$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Los sistemas tisulares complejos están compuestos por distintas subpoblaciones celulares cuyas ubicaciones espaciales y redes de interacción están profundamente entrelazadas con sus funciones y disfunciones 1,2. Para revelar la arquitectura del tejido e interrogar su complejidad, el conocimiento de las ubicaciones espaciales de las proteínas a resolución de una sola célula es esencial. Por lo tanto, las tecnologías de imágenes de proteínas altamente multiplexadas han sido cada vez más apreciadas y podrían convertirse en una piedra angular para el estudio de la biología de los tejidos 3,4,5. Los métodos actuales comunes de imágenes de proteínas multiplexadas se pueden clasificar en dos categorías principales. Una es la imagen de inmunofluorescencia en serie que se basa en múltiples rondas de tinción e imágenes de tejidos, y la otra es la citometría de masa de imágenes junto con anticuerpos marcados con metales pesados 6,7,8,9,10,11,12.
Aquí, se introduce una estrategia alternativa para la obtención de imágenes de proteínas basadas en anticuerpos multiplexados. A diferencia de la modalidad de imágenes de fluorescencia prevalente, que solo puede visualizar 4-5 canales simultáneamente debido a los amplios espectros de excitación y emisión (ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) ~ 500 cm-1), la microscopía Raman exhibe un ancho de línea espectral mucho más estrecho (FWHM ~ 10 cm-1) y, por lo tanto, proporciona una multiplexidad escalable. Recientemente, aprovechando el espectro estrecho, se ha desarrollado un nuevo esquema de microscopía Raman llamado microscopía de dispersión Raman estimulada por pre-resonancia electrónica (epr-SRS), que proporciona una poderosa estrategia para imágenes multiplexadas13. Al sondear los modos vibratorios acoplados electrónicamente de los tintes Raman, epr-SRS logra un efecto de mejora drástico de 1013 veces en las secciones transversales Raman y supera el cuello de botella de sensibilidad de la microscopía Raman convencional (Figura 1A)13,14,15. Como resultado, el límite de detección de epr-SRS se ha reducido a sub-μM, lo que permite la detección Raman de marcadores moleculares interesantes, como proteínas específicas y orgánulos dentro de las células13,16. En particular, utilizando anticuerpos conjugados con colorante Raman, se demostraron imágenes epr-SRS de proteínas específicas en células y tejidos (llamadas inmuno-eprSRS) con una sensibilidad comparable a la inmunofluorescencia estándar (Figura 1B)13,17. Al ajustar la longitud de onda de la bomba en solo 2 nm, la señal epr-SRS estará completamente apagada (Figura 1B), lo que muestra un alto contraste vibratorio.
En el lado de la sonda, se ha desarrollado un conjunto de sondas Raman similares al arco iris llamadas colorantes de dispersión Raman de Manhattan (MARS) para la conjugación de anticuerpos 13,18,19,20. Esta paleta Raman única consiste en nuevos tintes que llevan π triples enlaces conjugados (Material Suplementario), cada uno de los cuales muestra un pico epr-SRS único y estrecho en el rango espectral Bioorthogonal Raman (Figura 1C). Modificando la estructura del cromóforo central y editando isotópicamente ambos átomos del triple enlace (Material Suplementario), se han desarrollado sondas Raman separadas espectralmente. Aprovechando la multiplexidad escalable, la microscopía epr-SRS junto con la paleta de tintes MARS ofrece una estrategia óptica para imágenes de proteínas multiplex de una sola toma en células y tejidos.
Immuno-eprSRS proporciona una estrategia alternativa a los métodos actuales de imágenes de proteínas multiplex con fortalezas únicas. En comparación con los enfoques de fluorescencia con tinción cíclica, imágenes y eliminación de señales, esta plataforma basada en Raman garantiza la tinción e imágenes de una sola ronda. Por lo tanto, elude la complejidad práctica en los procedimientos cíclicos y simplifica en gran medida el protocolo, abriendo así nuevos territorios de imágenes de proteínas multiplexadas. Por ejemplo, aprovechando un protocolo de limpieza de tejidos adaptado a tinte Raman, immuno-eprSRS se ha extendido a tres dimensiones para el mapeo de proteínas altamente multiplexadas en tejidos gruesos intactos17. Se visualizaron más de 10 dianas proteicas a lo largo de tejidos cerebrales de ratón de un milímetro de grosor17. Más recientemente, también se ha demostrado el acoplamiento de inmuno-eprSRS con un protocolo optimizado de microscopía de expansión de retención de biomoléculas (ExM)21, imágenes a nanoescala de una sola toma de múltiples objetivos22. En comparación con la espectroscopia de masaspor imágenes 4,9, epr-SRS no es destructiva y tiene una capacidad de seccionamiento intrínsecamente óptica. Además, epr-SRS es más eficiente en el tiempo en la exploración de tejidos. Por lo general, una región tisular de 0,25 mm2 con un tamaño de píxel de 0,5 μm tarda solo unos minutos en obtener una imagen de un solo canal epr-SRS. Por ejemplo, el tiempo total de imagen de cuatro canales SRS más cuatro canales de fluorescencia en la Figura 4 es de aproximadamente 10 min.