El Dr. Masayasu está trabajando para elucidar los fenómenos biológicos que no podían visualizarse anteriormente a través el desarrollo de sondas basadas en nuevos tintes de fluorescencia y fluorescencia de infrarrojo cercano (NIR). En esta entrevista, preguntamos al Dr. Taki por qué se centra en el desarrollo de sondas, por qué el sistema FV3000 Red ayuda a solventar los problemas detectados en el proceso del desarrollo de sondas, y cuál cree que será el futuro del procesamiento de imágenes con NIR.
Acerca del Profesor adjunto el Dr. Masayasu Taki
El Dr. Taki ha cursado un Doctorado en Ingeniería en la Universidad de Osaka y actualmente es profesor adjunto en el Instituto de Biomoléculas Transformativas (ITbM) en la Universidad de Nagoya.
El Dr. Taki centra su investigación en las áreas de la biología química, especialmente en el desarrollo de herramientas químicas sintéticas para visualizar las biomoléculas específicas y los fenómenos biológicos utilizando un microscopio de fluorescencia. Ha publicado varios documentos sobre el procesamiento de imágenes de lapso de tiempo extendido usando la fluorescencia con NIR y la detección de iones intracelulares.
P: ¿Cuál es el enfoque actual de su trabajo de investigación?
Dr. Taki: Tanto yo como mi equipo estamos centrando la investigación en el desarrollo de tintes de fluorescencia para el procesamiento de imágenes de orgánulos y el desarrollo de sondas de fluorescencia a partir de estos colorantes.
Creo que los tintes de fluorescencia y las sondas de fluorescencia tienen un significado ligeramente distinto. Los tintes de fluorescencia brillan de forma continua, mientras que las sondas de fluorescencia cambian su fluorescencia en respuesta a otros estímulos. Hemos desarrollado tintes de fluorescencia que han permitido diseñar sondas con la capacidad de detectar acontecimientos que se producen dentro de las células.
| Actualmente, estamos interesados especialmente en los lípidos que forman el orgánulo. Recientemente, hemos trabajado en el desarrollo de una sonda que puede visualizar el metabolismo de los ácidos grasos y su aplicación en el procesamiento de imágenes. Aunque las proteínas fluorescentes pueden marcar las proteínas de las membranas, no pueden marcar la membrana del lípido. Estoy estudiando los tintes orgánicos de fluorescencia porque creo que podemos aprovechar su resistencia. Y después está el desarrollo de sondas y tintes de fluorescencia de infrarrojo cercano. El procesamiento de imágenes con NIR es complejo con proteínas fluorescentes, por lo que las moléculas fluorescentes pueden ayudar. |   |
P: ¿Por qué se ha centrado en el desarrollo de sondas y tintes de fluorescencia?
Dr. Taki: Las proteínas fluorescentes son herramientas muy potentes en el procesamiento de imágenes por fluorescencia. Sin embargo, como he mencionado antes, la dinámica de los lípidos y los glicanos no puede observarse directamente con las proteínas fluorescentes. Otro problema es que las proteínas fluorescentes tienden a desvanecerse rápidamente, por lo que resulta complicado continuar con la observación durante mucho tiempo.
La primera vez que experimenté el procesamiento de imágenes fue mientras estudiaba en la Universidad de Northwestern en los Estados Unidos, donde el equipo de laboratorio estaba sintetizando sondas de fluorescencia de zinc en el laboratorio del Profesor Thomas V. O'Halloran. Me resultó tan bonito y fascinante observar las moléculas brillando en el interior de las células que me tomé la libertad de cambiar el tema de mi investigación mientras el profesor se ausentó en las vacaciones de verano.
Desde entonces, siempre me ha interesado el desarrollo de sondas y tintes de fluorescencia. Durante algún tiempo, estudié el procesamiento de imágenes de biometales pero después me trasladé a la Universidad de Nagora y empecé a pensar "qué puede hacerse únicamente con moléculas" y esta idea me condujo a mi trabajo actual centrado en la observación de la dinámica de los lípidos y el procesamiento de imágenes con NIR.
P: ¿De qué forma el sistema FV3000 Red le ayuda a realizar sus experimentos?
Dr. Taki: Uno de los fluorocromos de NIR que desarrollamos es el PREX710, que tiene un pico de fluorescencia a 740 nm. La sensibilidad del detector GaAsP PMT usado en los microscopios confocales ordinarios desciende abruptamente después de 750 nm, por lo que el detector, que tiene la luminosidad suficiente para la observación de fluorescencia ordinaria, no es eficaz para los fluorocromos de NIR. Sin embargo, el detector GaAs PMT modelo FV3000 Red ha sido toda una sorpresa, ya que permite observar tintes de fluorescencia de NIR que antes eran difíciles de observar. Ahora estoy revisando mis experimentos de nuevo porque puedo observar algunas cosas que había abandonado antes de usar el sistema FV3000 Red.
Una de las ventajas de usar la solución para NIR del FV3000 Red es la capacidad de aumentar el número de canales de observación en la región de infrarrojo cercano. El tinte de fluorescencia de infrarrojo cercano que hemos desarrollado puede usarse con rodamina de silicona (SiR). Estos compuestos químicos tienen una resistencia a la luz excelente y provocan pocos daños en las células por la irradiación solar, lo que permite observar los contactos de los orgánulos durante un largo periodo de tiempo. La corrección de deriva Z TruFocus™ del sistema FV3000 Red es fundamental, especialmente si la observación se prolonga varias horas. La combinación de láser, sensibilidad de detección y corrección de deriva Z del sistema FV3000 Red resulta muy útil.
Procesamiento de imágenes multicolor del retículo endoplásmico y microtúbulos
P: ¿Cuál cree que será el futuro del procesamiento de imágenes con NIR?
Dr. Taki: Creo que la mayoría de investigadores que actualmente trabajan en el procesamiento de imágenes con NIR lo hacen para la observación biológica profunda. Naturalmente, es importante demostrar la utilidad del procesamiento de imágenes profundo, pero a mí me gustaría realizar una investigación centrada en el procesamiento de imágenes celulares. La fototoxicidad, el desvanecimiento de la fluorescencia y la autofluorescencia son algunos de los desafíos del procesamiento de imágenes celulares, y los fluorocromos como el PREX710 pueden superar estos desafíos. Si desarrollamos un tinte de fluorescencia que sea compatible con el láser de 785 nm del sistema FV3000 Red, la observación multicolor de infrarrojo cercano será posible.
Con todo, el rendimiento cuántico fluorescente de los tintes de fluorescencia de infrarrojo cercano no es muy alto, y el principal problema es la baja luminancia de la emisión. Baja luminancia significa que la potencia del láser de excitación puede ser más fuerte, lo que aumenta la cantidad de especies reactivas del oxígeno (ROS) y daña las células. Esto reduce a la mitad la eficacia de usar la luz de infrarrojo cercano.
Quiero dilucidar por qué no brillan y, mientras soluciono este problema, me gustaría desarrollar moléculas y crear algo que quieran usar los investigadores de todo el mundo. Paralelamente, no existe una sonda de observación para la dinámica de los lípidos que sea compatible con NIR y me gustaría ser el primero en desarrollar una. Si desarrollamos sondas y tintes de fluorescencia excelentes, y acumulamos ejemplos de procesamiento de imágenes con NIR a nivel celular, cada vez más investigadores los utilizarán y me gustaría contribuir al avance de las licencias de la vida desde la vertiente química.
Soluciones de infrarrojo cercano (NIR) para la microscopía confocal
El sistema FV3000 Red amplía las capacidades de detección de longitud de onda del microscopio FV3000 en la zona de NIR. Al actualizar cada módulo de procesamiento de imágenes para la detección de NIR (como el láser, la óptica, la lente del objetivo y el detector), el sistema FV3000 Red proporciona una solución especializada para un procesamiento de imágenes NIR multicolor más sensible y preciso.
Más información sobre nuestras soluciones de NIR
Referencias
- A negative-solvatochromic fluorescent probe for visualizing intracellular distributions of fatty acid metabolites
K. Kajiwara, H. Osaki, S. Greßies, K. Kuwata, J-H. Kim, T. Gensch, Y. Sato, F. Glorius, S. Yamaguchi, M. Taki Nat. Commun., 13, 2533 (2022). - Late-stage Functionalisation of Alkyne-modified Phospha-Xanthene Dyes: Lysosomal Imaging Using an OFF-ON-OFF Type of pH Probe
H. Ogasawara, Y. Tanaka, M. Taki, S. Yamaguchi
Chem. Sci., 12, 7902-7907 (2021). - A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging
M. Grzybowski, M. Taki, K. Senda, Y. Sato, T. Ariyoshi, Y. Okada, R. Kawakami, T. Imamura, S. Yamaguchi Angew. Chem. Int. Ed., 57, 10137-10141 (2018). - A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging
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