Революционная микроскопия раскрывает беспрецедентные клеточные детали в реальном времени

Ученые разработали новый микроскоп, который может визуализировать субклеточную динамику в многоклеточных организмах.

Для этого они соединили методы решетчато-светолистовой микроскопии и адаптивной оптики.

Они смогли наблюдать поведение органелл, когда они формируются внутри клеток, в реальном времени.

Вызов

Более трех веков исследователи использовали микроскопы для наблюдения за клетками. До сих пор лучшие визуализации получались из клеток, изолированных на стеклянных слайдах. Наблюдение за клетками в многоклеточных организмах в реальном времени, однако, оставалось гораздо более сложной задачей.

Большую часть времени целевые клетки окружены молекулярными структурами или тканями, которые нарушают луч света, входящего в объектив микроскопа и возвращающегося, размывая критические детали. Использование мощного луча не является идеальным решением, потому что он может частично повреждать/искажать ткани и другие молекулярные структуры.

Как они это сделали?

Для решения этих проблем исследователи соединили 2 техники:

1. Решетчато-светолистовая микроскопия, которая увеличивает скорость захвата изображения, снижая повреждение клеток фототоксичностью.
2. Адаптивная оптика, которая уменьшает искажения входящего волнового фронта за счет активного формирования зеркала. Обычно используется в астрономических телескопах.

В решетчато-светолистовой микроскопии структурированный световой лист используется для возбуждения флуоресценции в последовательных плоскостях образца. Это создает последовательность 3D-изображений, дающих представление о динамических биологических процессах.

Адаптивная оптика функционирует, анализируя искажения волнового фронта и компенсируя их с помощью инструмента, исправляющего эти ошибки, как жидкокристаллическая матрица или деформируемое зеркало.

Они применили эти принципы в области микроскопии с помощью двухфотонного лазера, генерирующего установку адаптивной оптики. По мере проникновения решетчатого светового листа в многоклеточный организм, эта установка поддерживает тонкое освещение листа, генерируя изображения без искажений целевых клеток.

Затем они подтвердили этот микроскоп на различных биологических образцах и разработали необходимые инструменты для эффективной визуализации информации. Это включает полностью интерактивные 3D-видео.

Результаты

На изображении видно, как раковая клетка [зеленая] пробирается сквозь стенку кровеносного сосуда [фиолетовая]. Ниже показаны клетки глаза зébrаfish в 3D.

Исследователи смогли визуализировать (в реальном времени) поведение органелл, когда они формируются внутри клеток. Фактически, они зафиксировали детали, близкие к молекулярным, рецептор-медированной эндоцитоза — процесса, при котором клетки поглощают гормоны, метаболиты и другие белки.

Что дальше?

Исследователи сейчас работают над тем, чтобы сделать эту технологию простой и менее дорогой. Текущая система занимает стол длиной 3 метра. Следующая версия будет компактной и доступной. Кроме того, первый микроскоп будет установлен в исследовательском кампусе Janelia, где другие ученые смогут им пользоваться.