Note: Tormenta: An open source Python-powered control software for camera based optical microscopy

Until recently, PC control and synchronization of scientific instruments was only possible through closed-source expensive frameworks like National Instruments' LabVIEW. Nowadays, efficient cost-free alternatives are available in the context of a continuously growing community of open-source software developers. Here, we report on Tormenta, a modular open-source software for the control of camera-based optical microscopes. Tormenta is built on Python, works on multiple operating systems, and includes some key features for fluorescence nanoscopy based on single molecule localization.Fil: Barabas, Federico Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias ; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Masullo, Luciano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias ; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias ; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentin

Multiphoton single-molecule localization by sequential excitation with light minima

Using sequential excitation with a minimum of light to localize single fluorescent molecules represented a breakthrough because it delivers 1–2 nm precision with moderate photon counts, enabling tracking and super-resolution imaging with true molecular resolution. Expanding this concept to multi-photon regimes may be a useful complement to reach even higher localization precision and get deeper into biological specimens.Fil: Masullo, Luciano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentin

The actin/spectrin membrane-associated periodic skeleton in neurons

Neurons are the most asymmetric cell types, with their axons commonly extending over lengths that are thousand times longer than the diameter of the cell soma. Fluorescence nanoscopy has recently unveiled that actin, spectrin and accompanying proteins form a membrane-associated periodic skeleton (MPS) that is ubiquitously present in mature axons from all neuronal types evaluated so far. The MPS is a regular supramolecular protein structure consisting of actin "rings" separated by spectrin tetramer "spacers". Although the MPS is best organized in axons, it is also present in dendrites, dendritic spine necks and thin cellular extensions of non-neuronal cells such as oligodendrocytes and microglia. The unique organization of the actin/spectrin skeleton has raised the hypothesis that it might serve to support the extreme physical and structural conditions that axons must resist during the lifespan of an organism. Another plausible function of the MPS consists of membrane compartmentalization and subsequent organization of protein domains. This review focuses on what we know so far about the structure of the MPS in different neuronal subdomains, its dynamics and the emerging evidence of its impact in axonal biology.Fil: Unsain, Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Caceres, Alfredo Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra; Argentin

A common framework for single-molecule localization using sequential structured illumination

Localization of single fluorescent molecules is key for physicochemical and biophysical measurements, such as single-molecule tracking and super-resolution imaging by single-molecule localization microscopy. Over the last two decades, several methods have been developed in which the position of a single emitter is interrogated with a sequence of spatially modulated patterns of light. Among them, the recent MINFLUX technique outstands for achieving a ∼10-fold improvement compared with wide-field camera-based single-molecule localization, reaching ∼1–2 nm localization precision at moderate photon counts. Here, we present a common framework for this type of measurement. Using the Cramér-Rao bound as a limit for the achievable localization precision, we benchmark reported methods, including recent developments, such as MINFLUX and MINSTED, and long-established methods, such as orbital tracking. In addition, we characterize two new proposed schemes, orbital tracking and raster scanning, with a minimum of intensity. Overall, we found that approaches using an intensity minimum have a similar performance in the central region of the excitation pattern, independent of the geometry of the excitation pattern, and that they outperform methods featuring an intensity maximum.Fil: Masullo, Luciano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Lopez, Lucía Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentin

Shifting molecular localization by plasmonic coupling in a single-molecule mirage

Over the last decade, two fields have dominated the attention of sub-diffraction photonics research: Plasmonics and fluorescence nanoscopy. Nanoscopy based on single-molecule localization offers a practical way to explore plasmonic interactions with nanometre resolution. However, this seemingly straightforward technique may retrieve false positional information. Here, we make use of the DNA origami technique to both control a nanometric separation between emitters and a gold nanoparticle, and as a platform for super-resolution imaging based on single-molecule localization. This enables a quantitative comparison between the position retrieved from single-molecule localization, the true position of the emitter and full-field simulations. We demonstrate that plasmonic coupling leads to shifted molecular localizations of up to 30 nm: A single-molecule mirage.Fil: Raab, Mario. Technical University Of Braunschweig; AlemaniaFil: Vietz, Carolin. Technical University of Braunschweig; Alemania; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Acuna, Guillermo Pedro. Technical University Of Braunschweig; AlemaniaFil: Tinnefeld, Philip. Technical University Of Braunschweig; Alemani

Changes in global gene expression in rat myometrium in transition from late pregnancy to parturition

The process of parturition involves the complex interplay of factors that change the excitability and contractile activity of the uterus. We have compared the relative gene expression profile of myometrium from rats before parturition (21 days pregnant) and during delivery, using high-density DNA microarray. Of 8,740 sequences available in the array, a total of 3,782 were detected as present. From the sequences that were significantly altered, 59 genes were upregulated and 82 genes were downregulated. We were able to detect changes in genes described to have altered expression level at term, including connexin 43 and 26, cyclooxygenase 2, and oxytocin receptor, as well as novel genes that have been not previously associated with parturition. Quantitative real-time PCR on selected genes further confirmed the microarray data. Here we report for the first time that aquaporin5 (AQP5), a member of the aquaporin water channel family, was dramatically downregulated during parturition (approximately 100-fold by microarray and approximately 50-fold by real-time PCR). The emerging profile highlights biochemical cascades occurring in a period of approximately 36 h that trigger parturition and the initiation of myometrium reverse remodeling postpartum. The microarray analysis uncovered genes that were previously suspected to play a role in parturition. This regulation involves genes from immune/inflammatory response, steroid/lipid metabolism, calcium homeostasis, cell volume regulation, cell signaling, cell division, and tissue remodeling, suggesting the presence of multiple and redundant mechanisms altered in the process of birth.Fil: Helguera, Gustavo Fernando. University of California at Los Angeles; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; ArgentinaFil: Eghbali, Mansoureh. University of California at Los Angeles; Estados UnidosFil: Sforza, Daniel. University of California at Los Angeles; Estados UnidosFil: Minosyan, Tamara Y.. University of California at Los Angeles; Estados UnidosFil: Toro, Ligia. University of California at Los Angeles; Estados Unidos. University of California at Los Angeles. School of Medicine; Estados UnidosFil: Stefani, Enrico. University of California at Los Angeles; Estados Unidos. University of California at Los Angeles. School of Medicine; Estados Unido

An alternative to MINFLUX that enables nanometer resolution in a confocal microscope

Localization of single fluorescent emitters is key for physicochemical and biophysical measurements at the nanoscale and beyond ensemble averaging. Examples include single-molecule tracking and super-resolution imaging by single-molecule localization microscopy. Among the numerous localization methods available, MINFLUX outstands for achieving a ~10-fold improvement in resolution over wide-field camera-based approaches, reaching the molecular scale at moderate photon counts. Widespread application of MINFLUX and related methods has been hindered by the technical complexity of the setups. Here, we present RASTMIN, a single-molecule localization method based on raster scanning a light pattern comprising a minimum of intensity. RASTMIN delivers ~1–2 nm localization precision with usual fluorophores and is easily implementable on a standard confocal microscope with few modifications. We demonstrate the performance of RASTMIN in localization of single molecules and super-resolution imaging of DNA origami structures.Fil: Masullo, Luciano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Szalai, Alan Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Lopez, Lucía Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Pilo Pais, Mauricio. Universite de Fribourg;Fil: Acuna, Guillermo P.. Universite de Fribourg;Fil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentin

Biosensado basado en modulación de fluorescencia por calentamiento plasmónico de nanovarillas de oro

ResumenDebido a su carácter poco invasivo, la microscopía óptica es el método de elección para la investigación de procesos celulares. En particular las modalidades basadas en fluorescencia han tenido grandes avances en los últimos años, incluyendo la detección de moléculas individuales y los métodos de super- resolución [1-3]. Sin embargo, una de las grandes limitaciones de esta técnica es el lograr discriminar la señal de interés de contribuciones de fondo como la autofluorescencia o la marcación inespecífica [4]. Un enfoque reciente para abordar este problema consiste en utilizar sondas fluorescentes cuya emisión pueda modularse de manera específica. De este modo es posible usar esquemas de detección que filtren y amplifiquen las componentes de la señal a la frecuencia modulada [4,5]. En este trabajo investigamos esta posibilidad en sondas híbridas compuestas de nano-varillas de oro y fluoróforos orgánicos. Caracterizamos su funcionamiento como sondas fluorescentes modulables y evaluamos su posible aplicación para biosensado homogéneo.Biosensing based on modulation of fluorescence by plasmonic heating of gold nanorods. Due to its low invasive character, optical microscopy is the method of choice for the investigation of cellular processes. In particular, modalities based on fluorescence have shown a tremendous development, including the detection and tracking of single molecules and the super-resolution techniques. [1-3]. However, fluorescence methods find limitations in complex systems where background contributions such as auto-fluorescence or unspecific labelling become non-negligible [4]. A recent approach to tackle this problem consists of using fluorescent probes whose emission could be modulated specifically. In this way, highly sensitive detection schemes that filter and amplify the signal components at the modulation frequency are possible [4-5]. In this work we investigate this possibility using hybrid fluorescent probes made of gold nanorods and organic fluorophores. We characterize their performance as modular fluorescent probes and examine their application for homogeneous biosensing.Fil: Pellegrotti, Jesica Vanesa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Caldarola, Martín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreuzer, Mark Patrick. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Cortés, Emiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Bordenave, Martín Diego. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Sánchez, Alfredo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Ojea, Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigaciones Matemáticas "Luis A. Santaló". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigaciones Matemáticas "Luis A. Santaló"; ArgentinaFil: Bragas, Andrea Veronica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentin

Pulsed Interleaved MINFLUX

We introduce p-MINFLUX, a new implementation of the highly photon-efficient single-molecule localization method with a simplified experimental setup and additional fluorescence lifetime information. In contrast to the original MINFLUX implementation, p-MINFLUX uses interleaved laser pulses to deliver the doughnut-shaped excitation foci at a maximum repetition rate. Using both static and dynamic DNA origami model systems, we demonstrate the performance of p-MINFLUX for single-molecule localization nanoscopy and tracking, respectively. p-MINFLUX delivers 1-2 nm localization precision with 2000-1000 photon counts. In addition, p-MINFLUX gives access to the fluorescence lifetime enabling multiplexing and super-resolved lifetime imaging. p-MINFLUX should help to unlock the full potential of innovative single-molecule localization schemes.Fil: Masullo, Luciano Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Steiner, Florian. Ludwig Maximilians Universitat; AlemaniaFil: Zähringer, Jonas. Ludwig Maximilians Universitat; AlemaniaFil: Lopez, Lucía Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Bohlen, Johann. Ludwig Maximilians Universitat; AlemaniaFil: Richter, Lars. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Cole, Fiona. Ludwig Maximilians Universitat; AlemaniaFil: Tinnefeld, Philip. Ludwig Maximilians Universitat; AlemaniaFil: Stefani, Fernando Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentin

A fluorescence nanoscopy marker for corticotropin-releasing hormone type 1 receptor: Computer design, synthesis, signaling effects, super-resolved fluorescence imaging, and: In situ affinity constant in cells

Class B G protein-coupled receptors (GPCRs) are involved in a variety of human pathophysiological states. These groups of membrane receptors are less studied than class A GPCRs due to the lack of structural information, delayed small molecule drug discovery, and scarce fluorescence detection tools available. The class B corticotropin-releasing hormone type 1 receptor (CRHR1) is a key player in the stress response whose dysregulation is critically involved in stress-related disorders: psychiatric conditions (i.e. depression, anxiety, and addictions), neuroendocrinological alterations, and neurodegenerative diseases. Here, we present a strategy to label GPCRs with a small fluorescent antagonist that permits the observation of the receptor in live cells through stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) with 23 nm resolution. The marker, an aza-BODIPY derivative, was designed based on computational docking studies, then synthesized, and finally tested in biological cells. Experiments on hippocampal neurons demonstrate antagonist effects in similar concentrations as the well-established antagonist CP-376395. A quantitative analysis of two color STORM images enabled the determination of the binding affinity of the new marker in the cellular environment.Fil: Szalai, Alan Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Armando, Natalia Giannina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Barabas, Federico Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Stefani, Fernando Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Giordano, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; ArgentinaFil: Bari, Sara Elizabeth. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Cavasotto, Claudio Norberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Silberstein Cuña, Susana Iris. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Aramendia, Pedro Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman"; Argentin