Изучая биологические функции молекулы в сложных и загадочных клетках, исследователи обычно маркируют интересующие молекулы флуорофором — разновидностью молекул, которые светятся при освещении. С помощью флуоресцентного микроскопа, распространенного в исследовательских лабораториях, молекулы, меченные флуорофором, могут быть обнаружены и отслежены с высокой точностью. Изобретение в 1994 году зеленого флуоресцентного белка (GFP), совместимого с визуализацией внутри живых клеток и животных, с тех пор сделало флуоресцентную микроскопию еще более популярной.
Однако, когда дело доходит до небольших биомолекул, мечение флуорофора проблематично, потому что флуорофоры почти всегда больше или сопоставимы по размеру с небольшими молекулами, представляющими интерес. В результате они часто нарушают нормальные функции этих небольших молекул, играющих важную биологическую роль.
Чтобы решить эту проблему, Мин и его команда отошли от традиционной парадигмы флуоресцентной визуализации флуорофоров и занялись новым сочетанием физики и химии. В частности, они объединили развивающуюся лазерную технику, называемую микроскопией вынужденного комбинационного рассеяния (SRS), с небольшой, но очень яркой алкиновой меткой (то есть C = C, тройная углерод-углеродная связь), химической связью, которая, когда она растягивается, производит сильный сигнал рамановского рассеяния на уникальной «частоте» (отличной от естественных молекул внутри клеток).
Этот новый метод, маркирующий небольшие молекулы этой крошечной алкиновой меткой, позволяет избежать возмущения, которое происходит с большими флуоресцентными метками, при этом обеспечивая высокую специфичность и чувствительность обнаружения с помощью SRS-визуализации. Настраивая цвета лазера на частоту алкина и быстро сканируя сфокусированный лазерный луч по образцу, точка за точкой, SRS микроскопия может уловить уникальное растягивающее движение связи C = C, переносимое небольшими молекулами, и произвести трехкратную -мерная карта молекул внутри живых клеток и животных.
Таким образом, команда Мин продемонстрировала отслеживание содержащих алкины препаратов в тканях мышей и визуализацию синтеза ДНК, РНК, белков, фосфолипидов и триглицеридов de novo посредством метаболического включения малых предшественников, меченных алкинами, в живые клетки.
«Основные преимущества нашей техники заключаются в превосходной чувствительности, специфичности и биосовместимости с динамикой живых клеток и животных для визуализации малых молекул», — говорит ведущий автор Лу Вэй, доктор философии.D. кандидат химии.
Затем команда Мин применит этот новый метод к биомедицинским вопросам, таким как обнаружение опухолевых клеток и исследование фармакокинетики лекарств на животных моделях. Они также создают другие меченные алкинами биологически активные молекулы для более универсальных приложений визуализации.
«Наша новая методика откроет путь к многочисленным, в остальном трудным, исследованиям малых биомолекул в живых клетках и животных», — говорит Мин. "Помимо фундаментальных исследований, наша методика может также внести большой вклад в переводческие приложения. Я считаю, что SRS-визуализация алкиновых меток может сделать для небольших биомолекул то же, что и флуоресцентная визуализация флуорофоров, таких как GFP, для более крупных видов."