In New York is een microscopietechniek bedacht die labels in 24 verschillende kleurtjes uit elkaar kan houden. Dat zijn er dus negentien meer dan je met klassieke fluorescentiemicroscopie kunt gebruiken, schrijven Wei Min en collega’s van Columbia University in Nature.

Ze noemen het electronic pre-resonance stimulated Raman scattering microscopy, afgekort epr-SRS, en ze stellen dat het de voordelen van fluorescentie- en Ramanmicroscopie combineert.

Beide technieken komen er op neer dat je (bio)moleculen in een levende cel voorziet van labels die reageren op lichtgolven van een bepaalde frequentie. Als je daarbij kunt beschikken over verschillende labels die elk hun eigen frequentie hebben, dan kun je verschillende moleculen tegelijk labelen en zo zien of er een verband is tussen hun concentraties.

SRS gebruikt hiervoor labels die reageren op infrarood licht, bijvoorbeeld omdat er drievoudige C≡C of C≡N-bindingen in zitten verwerkt. Dat levert spectra op met relatief smalle pieken, zodat je binnen het gebruikte golflengtegebied een groot aantal verschillende labels kunt onderscheiden die telkens op een net iets andere golflengte reageren. Het signaal is echter niet overdreven sterk. Als je biomoleculen voorziet van dergelijke labels komt de detectiegrens uit op iets van 200 µM, wat betekent dat je het detecteren van de meeste eiwitten en metabolieten wel kunt vergeten.

Klassieke fluorescentiemicroscopie met groen fluorescerend GFP-eiwit en aanverwante labels is stukken gevoeliger. Maar dergelijke labels reageren op een veel breder golflengtegebied. Vandaar dat de color barrier zo ongeveer bij vijf verschillende kleurtjes ligt; gebruik je er meer tegelijk, dan kun je het verschil niet meer goed zien.

Min en postdoc Lu Wei hebben nu bedacht hoe je de SRS-signalen met een factor duizend kunt versterken zonder dat de achtergrondruis net zo sterk toeneemt. Ze claimen dat ze nu moleculen kunnen detecteren waarvan er maar 30 of 40 onder de microscoop aanwezig zijn.

Vervolgens hebben ze een strategie ontwikkeld om, uitgaand van één label, een bibliotheek te ontwikkelen van tientallen verschillende ‘kleurtjes’. Zie de afbeelding: ze breiden de basisstructuur van het uitgangsmolecuul (een xantheenderivaat) in twee verschillende richtingen steeds verder uit terwijl ze tegelijk spelen met koolstof- en stikstofisotopen in de C≡N-groep. In sommige gevallen overlappen de resultaten elkaar maar het leverde toch nog 20 labels op die met epr-SRS zijn te onderscheiden.

Daarnaast kun je nog vier klassieke fluorescentiemicroscopie-labels gebruiken die werken in het zichtbare gebied, zodat je op 24 labels in totaal komt.

De auteurs tekenen er bij aan dat je in theorie minstens 50 verschillende labels moet kunnen maken. Er zitten grenzen aan de infraroodfrequenties waarmee je een levende cel kunt bekijken zonder dat het zijn functioneren beïnvloedt, maar het beschikbare deel van het spectrum is nog lang niet helemaal benut.

bron: Nature, Columbia University