Verhogen van informatie in fluorescentie beeldvorming door middel van slimme labels

Biologie is complex. Hoewel fluorescentiemicroscopie een nuttige aanpak biedt om inzicht te krijgen in levenswetenschappelijke vragen, vereist de biologische complexiteit voortdurende verbetering van bestaande technieken. Veel voorkomende noden zijn de verbetering van de beeldkwaliteit en de vermindering van beeldartefacten, kwantificatie van bestudeerde analyten en moleculaire eigenschappen, evenals de visualisatie van meerdere biologische structuren tegelijk. In dit proefschrift ga ik in op de bovengenoemde uitdagingen en stel ik vier verschillende oplossingsbenaderingen voor die kunnen worden gebruikt met of mogelijk worden gemaakt door slimme labels - zogenaamde reversibele schakelbare fluorescerende eiwitten. Ten eerste reduceer ik beeldartefacten in super-resolution optical fluctuation imaging, een post-processing microscopietechniek, die profiteert van de robuuste stochastische fluctuaties van deze photoswitchers. De kwantificatie van analyten wordt mogelijk gemaakt door de nieuwe 'photochromism-enabled absolute kwantificatie'-methode. Deze aanpak combineert een meet- en data-analyseconcept en wordt mogelijk gemaakt door photochrome biosensoren. Verder presenteer ik de simulatietool AniSim waarmee fluorescentie-anisotropietechnieken kunnen worden geëmuleerd, ontworpen en theoretisch bestudeerd, gevolgd door een bespreking van de toepassing ervan bij het ontwikkelen en begrijpen van experimenten die gebruik maken van de precieze controle van de toestanden van reversibele schakelbare fluorescerende eiwitten. Dit vergemakkelijkt de gekwantificeerde studie van grote, zeer asymmetrische of gebonden moleculen. Ten slotte wordt een multiplextechniek geïntroduceerd die het mogelijk maakt om vier spectraal en ruimtelijk overlappende fluorescente moleculen te ontrafelen met slechts vier verkregen beelden. Deze methode maakt het mogelijk om verschillende gelabelde structuren te onderscheiden en winst te maken uit de verschillende door licht geïnduceerde dynamiek van photoswitchers.