Microscopia di svuotamento dell'emissione stimolata (STED) nella ricerca

La microscopia di svuotamento dell'emissione stimolata (STED) conta sull'eccitazione controllata di una serie di emettitori seguiti dal loro svuotamento successivo per la rappresentazione super-risolta.

STED è un modulo di microscopia (SR) di fluorescenza di super-risoluzione. La microscopia dello SR terra-sta rompendosi per la comunità di ricerca biomedica mentre permette alla rappresentazione ad alta definizione oltre il limite di diffrazione. Prima del loro sviluppo, rappresentazione convenzionale prodotta vaga, immagini del ampio-campo di risoluzione bassa che non potevano mostrare le interazioni molecolari specifiche. Il premio Nobel 2014 per chimica ha ricevuto ad alcuni degli scienziati che hanno sviluppato queste tecniche.

Mentre lavorando all'università di Turku in Finlandia, l'inferno di Stephen ed i suoi colleghi hanno sviluppato la microscopia di STED. STED ha una simile impostazione a quella di un microscopio confocale. La tecnica usa un raggio di svuotamento con un punto focale a forma di ciambella che è sovrapposto da un punto focale di eccitazione. Ciò permette all'ottimizzazione controllata dei fluorophores e che impedisce la fluorescenza periferica permettendo che la rappresentazione super-risolta sia raggiunta.

Frontiere in neurobiologia

Per i neurobiologi, la microscopia confocale è stata una graffetta per la loro ricerca. La tecnica ha una vasta schiera delle applicazioni ma dovuto la sua incapacità di andare oltre il limite di diffrazione, la rappresentazione di basso risoluzione è stato sempre un'emissione con il suo uso. La microscopia di STED ha potuta aggirare il limite di diffrazione ed ha rivoluzionato la rappresentazione in materia.

Le spine dorsali dentritiche sporgono dalle superfici dei dendrites. Contengono i neurotrasmettitori ed i sistemi di segnalazione richiesti per la trasmissione e la plasticità sinaptiche. È presupposto che ci sia un gran numero di diversità funzionale fra le spine dorsali dentritiche dovuto il vasto assortimento delle forme e le dimensioni che sono state osservate. Tuttavia, la morfologia di queste spine dorsali può cambiare rapidamente basato sui meccanismi dell'attività-indipendente e attività-dipendenti. Il debito il loro dinamismo e dimensione (µm di lunghezza), spine dorsali del   0-2 è il meglio osservato in vivo. La rappresentazione in tensione delle cellule facendo uso di STED ha permesso per le interazioni fra le spine dorsali di essere debito osservato le sue capacità della rappresentazione a meno di 70 nanometro. Uno studio 2010 poteva esaminare le interazioni sottili loro nella corteccia cerebrale di un mouse vivente.

I vertici di Ranvier sono le regioni unmyelinated di neuroni. Una volta sani, tengono conto la propagazione dei potenziali d'azione alle velocità più veloci. La disfunzione a queste regioni è associata con varie malattie e circostanze neurodegenerative che pregiudicano il sistema nervoso centrale quali le lesioni di sclerosi a placche, del colpo e del midollo spinale. Glial e le celle dell'assone sono conosciuti per avere forti interazioni ai vertici di Ranvier. Di conseguenza, queste regioni sono inondate con le proteine axonal e glial. Uno studio 2017 poteva osservare 12 tipi di queste proteine e determinare l'allineamento e l'interazione fra queste proteine nel citoscheletro sia delle celle glial che axonal. Prima di questo studio, l'organizzazione molecolare di queste proteine al nanoscale era sconosciuta. Ciò potrebbe potenzialmente piombo agli studi futuri che osservano l'architettura strutturale ai vertici di Ranvier e del suo effetto sui meccanismi patogeni di varie malattie neurodegenerative.

Rappresentazione in tensione delle cellule della membrana di plasma

Le interazioni fra le proteine ed i lipidi nella membrana di plasma sono probabilmente cruciali per una pletora di trattamenti membrana-associati. Tuttavia, molte delle caratteristiche strutturali della membrana di plasma sono di meno di 200 nanometro nella dimensione. Di conseguenza, le osservazioni di varie strutture come i cluster della proteina e le zattere del lipido non possono essere raggiunto facendo uso dei moduli convenzionali di microscopia. Con l'uso di microscopia di STED, la proteina ragruppa più piccolo di 70 nanometro nella dimensione sono stati osservati.
La spettroscopia di correlazione della fluorescenza (FCS) è un'analisi di correlazione di fluttuazione spaziale e temporale dell'intensità della fluorescenza. Una volta applicata a STED, permette a regolarsi della tecnica. L'uso di STED-FCS ha tenuto conto la mappatura della mobilità degli analoghi del lipido alle aree multiple nella membrana di plasma con la rappresentazione super-risolta. Ciò non sarebbe stata precedentemente possibile poichè STED produrrebbe soltanto la rappresentazione dai diversi punti focali.

STED già si è provato come strumento inestimabile nella neurobiologia e nella biologia della membrana ma per il futuro le sue applicazioni possono essere trovate più molto lontano. L'uso di STED contribuirà a rivelare una pletora di trattamenti e di risposte cellulari del ritrovamento di guida alle domande per quanto riguarda le interazioni del nanoscale e l'organizzazione strutturale.

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Last Updated: Aug 23, 2018

Maryam Mahdi

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Maryam Mahdi

Maryam is a science writer with a passion for travel. She graduated in 2012 with a degree in Biomedical Sciences (B.Sc.) from the University of Manchester. Maryam previously worked in scientific education and has produced articles, videos, and presentations to highlight the association between dietary choices and cancer. She produces a range of articles for News-Medical, with a focus on microbiology and microscopy.

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