Muchos de los secretos del cáncer y otras enfermedades se encuentran en el núcleo de la célula. Pero camino hasta ese nivel, ver e investigar el material genético importante ubicado allí, requiere pensamiento creativo y las técnicas de imagen muy potentes.
Una poderosa herramienta de imagen de la Universidad de Northwestern es la primera en medir la estructura de los cromosomas aislados sin el uso de etiquetas fluorescentes. Crédito: Northwestern University
Vadim Backman y Zhang Hao, expertos en imagen a nanoescala en Northwestern University, han desarrollado una nueva tecnología de proyección de imagen que es la primera en ver el "blink", o fluorescencia del ADN. La herramienta permite a los investigadores estudiar biomoléculas individuales, así como importantes patrones globales de expresión génica, que podría arrojar información sobre el cáncer.
Backman habló sobre la herramienta y sus aplicaciones — incluyendo el nuevo concepto de macrogenomics, una tecnología que pretende regular los patrones globales de expresión génica sin edición de gen: el viernes (17 de febrero) en la Asociación Americana para la reunión anual de avance de la ciencia (AAAS) en Boston.
La charla, "Imágenes de Super-Resolución Sin Etiqueta de la Estructura y Dinámica de la Cromatina," es parte del Simposio "Imagen nanoescala óptica: Desenredando la relación estructura-función de la Cromatina" que se llevó a cabo de 1 a 2:30 de la tarde hora del este, Febrero 17 en la Sala 206, del centro de convenciones Hynes.
La herramienta Northwestern cuenta con una resolución de seis nanómetros y es el primero en romper el umbral de resolución de 10 nanómetros. Pueden obtener imágenes de ADN, cromatina y las proteínas en las células en su estado nativo, sin necesidad de etiquetas..
Durante décadas, los libros de texto han declarado que las macromoléculas dentro de células vivas, tales como ADN, ARN y proteínas, no tienen fluorescencia visible por su propia cuenta.
"Las personas han pasado por alto este efecto natural porque no cuestionan la sabiduría," dijo Backman, Walter Dill profesor de ingeniería biomédica en la escuela McCormick de ingeniería. "Con nuestra proyección de imagen de súper-resolución, encontramos que el ADN y otras biomoléculas son fluorescentes, pero sólo por un tiempo muy corto. Luego descansan por un tiempo muy largo, en un estado 'oscuro'. La fluorescencia natural era hermosa de ver."
Backman, Zhang y colaboradores ahora utilizan la técnica libre de etiqueta para el estudio de la cromatina, el paquete de material genético en el núcleo celular, para ver cómo está organizado. Zhang es profesor asociado de ingeniería biomédica en McCormick.
"Las penetraciones en los funcionamientos de la cromatina plegado de código, que regula los patrones de expresión génica, nos ayudará a comprender mejor el cáncer y su capacidad para adaptarse a entornos cambiantes," dijo Backman. "El cáncer no es una enfermedad de gen único."
La tecnología actual para la proyección de imagen ADN y otro material genético se basa en especiales tintes fluorescentes para aumentar el contraste cuando son imágenes de macromoléculas. Estos tintes pueden perturbar la función de la célula y algunos finalmente matar a las células, efectos indeseables en estudios científicos.
En cambio, la técnica del Northwestern, llamada nanoscopía óptica de localización de fotones de contraste intrínseco espectroscópico (SICLON), permite a los investigadores estudiar biomoléculas en su entorno natural, sin necesidad de estas etiquetas fluorescentes.
Backman, Zhang y Cheng Sun, profesores asociados de ingeniería mecánica en McCormick, descubrieron que cuando se ilumina con luz visible, las biomoléculas se excitan y encienden bien lo suficiente para ser reflejadas sin manchas fluorescentes. Cuando se excitaron con la longitud de onda adecuada, las biomoléculas incluso se iluminan mejor de lo que harían con las etiquetas fluorescentes mejores, más potentes.
"Nuestra tecnología nos permitirá y a la comunidad de investigación más amplia impulsar aún más los límites de imágenes nanoscópicas y biología molecular," dijo Backman.
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