Метод 3DOM: картографирование ориентации молекул в 3D для изучения клеток
Из-за высокой прозрачности клеток наблюдение за органеллами внутри них затруднено. Биологи используют флуоресцентное окрашивание, чтобы пометить специфические органеллы. Большинство флуоресцентных молекул ведут себя как направленные диполи при поглощении или испускании света.
Ориентация флуорофоров может раскрыть важную информацию о структуре и динамике связанных с ними органелл. Однако существующие методы, такие как микроскопия флуоресцентной поляризации, ограничены оптической дифракцией.
Чтобы преодолеть это ограничение и получить высокое пространственно-временное разрешение для изучения биологических филаментов (например, актиновых филаментов и микротрубочек) in vivo, исследовательская группа профессора Си Пэна из Пекинского университета разработала метод 3DOM (super-resolution 3D orientation mapping microscope).
Принцип работы 3DOM
Метод основан на поляризованной структурированной микроскопии:
- Применяется обратный принцип интерференции в щелях Юнга и обратимости хода лучей.
- Используются полосы под разными углами для создания положительных и отрицательных дифракционных максимумов первого порядка в разных направлениях.
- Наклонное освещение в одном направлении создается простым блокированием соответствующего отрицательного максимума.
- Наклон проецируется на разные углы относительно оси Z.
- Для реконструкции изображения используется алгоритм FISTA.
- Высокоточное определение ориентации диполя достигается комбинацией коэффициентов поляризационной модуляции и результатов реконструкции в обратном пространстве.
Преимущества и применение
Метод 3DOM эффективно преодолевает ограничения в пространственном разрешении и 3D-картографировании ориентации для широкопольной микроскопии.
3DOM позволяет:
- Различать организации цитоскелета (актиновые филаменты и микротрубочки).
- Получать информацию о компактности связывания филаментов и упорядоченности субклеточных структур.
- Изучать изгиб ДНК и ориентацию мембранных органелл.
Ключевые преимущества:
- Простота модернизации существующих широкопольных систем.
- Высокая точность 3D-информации об ориентации диполя.
- Превосходное пространственно-временное разрешение.
Этот инструмент открывает новые возможности для изучения сложности субклеточной структуры, биомеханики и биодинамики, углубляя понимание клеточных процессов на наномасштабе.