De senaste framstegen inom fluorescensmikroskopi gör det möjligt för forskare att studera biologiska processer under den klassiska diffraktionsgränsen för ljus. Ralf Jungmann, Professor för experimentell fysik vid Ludwig-Maximilians-Universität i München och forskargruppsledare vid Max Planck Institute of Biochemistry, och kollegor utvecklade DNA-PAINT, en variant av dessa så kallade superupplösningsmetoder. "DNA-PAINT ger superupplösta bilder med jämförbara enkla mikroskop", säger Jungmann. Tekniken använder kort, färgmärkta DNA-strängar som övergående interagerar med sina målbundna komplement för att skapa den nödvändiga "blinkningen" för rekonstruktion med superupplösning. Detta tillvägagångssätt möjliggör sub-10-nm rumslig upplösning och enkel multiplexering genom användning av ortogonala DNA-sekvenser för olika mål.

"Under de senaste åren har vi har optimerat DNA-PAINT inom några viktiga områden. Dock, en stor begränsning kvarstår, vilket förhindrar att DNA-PAINT kan appliceras på biomedicinsk relevanta studier med hög genomströmning:Den ganska långsamma bildinsamlingshastigheten ", säger Jungmann. Klassiska DNA-PAINT-experiment kan enkelt pågå från tiotals minuter till timmar. "Vi har noga kollat ​​varför det tar så lång tid", säger Florian Schüder, huvudförfattare till den aktuella studien och medarbetare i Jungmanns grupp. "Optimerad DNA -sekvensdesign och förbättrade bildbuffertförhållanden tillät oss att påskynda saker i storleksordningen", tillägger Schüder.

Från DNA -origami -brödbrädan till celler

För att kvantitativt bedöma förbättringarna av DNA-PAINT, forskarna använde DNA origami -strukturer, som är självmonterade, DNA-objekt i nanometerstorlek som autonomt viks till fördefinierade former. Dessa strukturer kan användas för att arrangera DNA-PAINT-bindningsställen med avstånd från varandra exakt på t.ex. 5 nm avstånd. Detta gjorde det möjligt för forskarna att utvärdera hastighetsförbättringen i DNA-PAINT med hjälp av väldefinierade förhållanden. I ett nästa steg, teamet tillämpade hastighetsförbättringen också på ett cellulärt system. För detta, mikrotubuli, som är en del av cytoskelettet, visualiserades med superupplösning, 10 gånger snabbare än tidigare. "Den ökade bildhastigheten tillät oss att förvärva en yta på en kvadratmillimeter med en upplösning på 20 nm på bara 8 timmar. Detta skulle ha tagit oss nästan fyra dagar innan", förklarar Schüder.

Ralf Jungmann avslutar:"Med dessa nuvarande förbättringar, vilket gör att vi kan bilda 10 gånger snabbare, vi tar DNA-PAINT till nästa nivå. Det borde nu vara möjligt att tillämpa det på studier med hög genomströmning med biologisk och biomedicinsk relevans t.ex. i diagnostiska applikationer. "