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Lo studio dell'organizzazione molecolare dei tessuti in un contesto tridimensionale (3D) può fornire una nuova comprensione delle funzioni biologiche e dello sviluppo della malattia. Tuttavia, questi ambienti su nanoscala sono al di là delle capacità di risoluzione dei microscopi tradizionali a diffrazione limitata (200-300 nm), dove la distanza minima risolvibile, d è definita da d / /NA. Qui è la lunghezza d'onda della luce e NA è l'apertura numerica (NA) del sistema di imaging. Recentemente, la visualizzazione diretta delle molecole fluorescenti etichettate è stata resa possibile dalle tecniche di imaging a super-risoluzione di recente sviluppo1,2,3, compreso l'esaurimento stimolato delle emissioni (STED), microscopia di localizzazione ad attivazione fotofoto (PALM), microscopia da ricostruzione ottica stocastica (STORM) e microscopia ad illuminazione strutturata (SIM). Sebbene queste tecniche di imaging abbiano rivoluzionato la comprensione della funzione biologica su scala nanometrica, in pratica, spesso si basano su apparecchiature costose e/o specializzate e fasi di elaborazione delle immagini, possono avere tempi di acquisizione più lenti rispetto a l'imaging ottico convenzionale, richiedono fluorofori con caratteristiche specifiche (come la capacità di commutazione fotografica e/o l'elevata fotostabilità). Inoltre, rimane una sfida eseguire l'imaging 3D a super-risoluzione su campioni di tessuto.
La microscopia di espansione (ExM), introdotta per la prima volta nel 20154,fornisce un mezzo alternativo di imaging di funzionalità su nanoscala (<70 nm) espandendo fisicamente campioni conservati incorporati in un idrogel polielettrolitico gonfiabile. Qui, le biomolecole e/o le etichette chiave sono ancorate in situ a una rete polimerica che può essere espansa isotopicamente dopo l'elaborazione chimica. Poiché l'espansione fisica aumenta la risoluzione effettiva totale, le molecole di interesse possono essere risolte utilizzando sistemi di imaging convenzionali con diffrazione limitata. Dalla pubblicazione del protocollo originale, in cui le etichette fluorescenti sintetizzate personalizzate erano ancorate alla rete polimerica4, sono state utilizzate nuove strategie per ancorare direttamente le proteine (Protein retention ExM, o proExM)5, 6,7,8,9 e RNA9,10,11,12 all'idrogel, e aumentare l'ingrandimento fisico attraverso iterativo espansione13 o adattando la chimica del gel8,14,15.
Qui presentiamo una versione adattata di proExM, chiamata patologia di espansione (ExPath)16, che è stata ottimizzata per i formati di patologia clinica. Il protocollo converte campioni clinici, tra cui campioni di tessuto umano fissati in formalina (FFPE), ematossialina ed eosina (H&E) macchiati e campioni di tessuto umano appena congelati montati su vetrini di vetro, in uno stato compatibile con ExM. Le proteine sono poi ancorate all'idrogel e viene eseguita l'omogeneizzazione meccanica (Figura 1)16. Con un'espansione lineare di 4 volte dei campioni, le immagini a super-risoluzione multicolore (70 nm) possono essere ottenute utilizzando un microscopio confocale convenzionale con una risoluzione di soli 300 nm e possono anche essere combinate con altre tecniche di imaging a super-risoluzione.