Badacze z laboratorium Sama Penga w Massachusetts Institute of Technology oraz Broad Institute of MIT and Harvard opracowali metodę obrazowania superrozdzielczego o nazwie U-STORM. Platforma ma umożliwiać wyznaczanie położenia struktur molekularnych z precyzją lokalizacji (localization precision) sięgającą 0,6 Å. To wynik uzyskany dzięki specjalnie zaprojektowanym nanocząstkom, które mogą wielokrotnie i samoczynnie przełączać się między świeceniem a wygaszeniem. Metoda upraszcza także wielokolorowe obrazowanie, ponieważ do wzbudzania cząstek wykorzystuje jeden laser bliskiej podczerwieni. Opis badania opublikowano 27 lipca 2026 roku w czasopiśmie Nature Nanotechnology.
Nazwa U-STORM pochodzi od określenia Upconversion-enabled Stochastic Optical Reconstruction Microscopy. Jest to odmiana mikroskopii STORM, czyli techniki, w której obraz powstaje na podstawie wielu pomiarów położenia emiterów światła. Kluczowe znaczenie ma ich migotanie, określane po angielsku jako blinking. Poszczególne emitery pojawiają się w kolejnych momentach w stanie świecenia lub wygaszenia, dzięki czemu ich sygnały można analizować osobno, nawet gdy cząsteczki znajdują się blisko siebie. Zwykłe barwniki fluorescencyjne szybko tracą zdolność świecenia pod wpływem oświetlenia, co ogranicza czas zbierania danych. Przez dekady nanocząstki upkonwertujące, czyli upconverting nanoparticles lub UCNPs, uważano natomiast za materiały całkowicie stabilne optycznie i pozbawione użytecznego migotania.
Zespół kontrolował skład materiału nanocząstek, aby zmienić tę właściwość. W rezultacie około 10-nanometrowe cząstki o budowie rdzeń-powłoka zaczęły spontanicznie migotać podczas ciągłego wzbudzania promieniowaniem bliskiej podczerwieni. Zjawisko opisano jako trwałe i niewymagające okresowego odświeżania cząstek. W przeciwieństwie do wielu klasycznych układów eksperymentalnych metoda nie wymaga specjalnych buforów obrazowania, pochłaniaczy tlenu ani zewnętrznej modulacji optycznej. To właśnie połączenie kontrolowanego składu nanocząstek i ich przełączania stanów pozwala zastosować je w mikroskopii lokalizacyjnej.
Angstrem, oznaczany symbolem Å, to jednostka długości używana do opisu odległości w skali atomowej. Jeden angstrem odpowiada 0,1 nanometra, dlatego 0,6 Å to około 0,06 nm. W tym badaniu wartość ta odnosi się do precyzji lokalizacji, czyli dokładności, z jaką można wyznaczyć pozycję pojedynczego emitera na podstawie zebranego sygnału. Nie należy utożsamiać jej bezpośrednio z rozdzielczością każdej struktury widocznej na obrazie. Ostateczny obraz zależy również od rodzaju próbki, rozmieszczenia emiterów, jakości sygnału i sposobu analizy danych.
Tak wysoka precyzja była możliwa dlatego, że badacze mogli rejestrować dużą liczbę niezależnych zdarzeń pochodzących z tej samej nanocząstki. Materiał źródłowy podaje ponad 88 000 lokalizacji jednego emitera, co pozwoliło zawęzić niepewność wyznaczania jego położenia do 0,6 Å. Autorzy przedstawiają ten wynik jako precyzję o trzy rzędy wielkości wykraczającą poza nanometrową skalę kojarzoną ze standardowymi barwnikami fluorescencyjnymi. Jest to cecha pomiaru lokalizacyjnego, a nie deklaracja, że każdą próbkę biologiczną można dzięki tej metodzie oglądać w pełnej rozdzielczości atomowej.
Jednym z praktycznych uproszczeń U-STORM jest ograniczenie liczby źródeł światła. Tradycyjne wielokolorowe obrazowanie superrozdzielcze zwykle wymaga kilku drogich laserów oraz dokładnego ustawienia toru optycznego dla każdej długości fali. W opisanej platformie jeden laser bliskiej podczerwieni wzbudza jednocześnie nanocząstki emitujące różne kolory. Pozwala to rejestrować wiele kanałów w tym samym czasie, zamiast wykonywać kolejne rundy obrazowania i składać dane z następujących po sobie pomiarów. Mniejsza liczba elementów optycznych może uprościć obsługę aparatury i ograniczyć złożoność eksperymentu, choć sama jakość wyniku nadal zależy od przygotowania próbki oraz analizy sygnału.
Badacze przetestowali U-STORM, mapując dimery i multimery receptora epidermalnego czynnika wzrostu, znanego jako EGFR, w próbkach biologicznych. Dimer to układ złożony z dwóch połączonych jednostek, a multimer obejmuje większą liczbę jednostek. Eksperyment przeprowadzono w warunkach fizjologicznych i bez specjalnych buforów obrazowania. Demonstracja pokazuje, że nanocząstki mogą dostarczać informacji o organizacji wybranych struktur białkowych w środowisku biologicznym, a nie tylko w uproszczonym układzie testowym. Nie oznacza to jednak, że metoda została już zastosowana do wszystkich typów próbek lub że zastępuje inne techniki mikroskopowe.
Autorzy wskazują, że praca wyznacza także nową zasadę projektowania nanomateriałów lantanowcowych, ponieważ pokazuje możliwość celowego uzyskania trwałego migotania w materiałach wcześniej uznawanych za nieprzełączające się. Kolejne prace zespołu mają obejmować rozszerzenie palety kolorów, zmniejszenie rozmiaru cząstek i zwiększenie ich jasności. Naukowcy chcą również wykorzystać U-STORM do badania bardziej złożonej organizacji białek oraz szlaków sygnalizacji komórkowej. Są to kierunki dalszego rozwoju, a nie rezultaty przedstawione w obecnej demonstracji. Badanie Saptarshiego Mandala i współautorów opublikowano w Nature Nanotechnology pod DOI 10.1038/s41565-026-02233-x.
Słownik artykułu
Krótkie objaśnienia terminów występujących w tekście. Każde hasło prowadzi do szerszej definicji i przykładów użycia.
Techniki obrazowania, które pozwalają dokładniej wyznaczać położenie emiterów światła niż w klasycznej mikroskopii optycznej.
Nanocząstki, które pod wpływem promieniowania o jednej długości fali emitują światło o innej, zwykle krótszej długości fali.
Dokładność, z jaką na podstawie zarejestrowanego sygnału można wyznaczyć położenie emitera.
Losowe przełączanie emitera między stanem świecenia i stanem wygaszenia.
Jednostka długości równa jednej dziesięciomiliardowej części metra, używana między innymi do opisu odległości w skali atomowej.
Brak komentarzy. Bądź pierwszy!
