Наблюдение за живыми клетками вплоть до отдельных молекул

Учёные из EPFL смогли получить видео эволюции живых клеток с нанометровым разрешением, объединив атомно-силовую микроскопию и систему оптической микроскопии сверхвысокого разрешения, которая отслеживает молекулы, заставленные «мигать».

Объединив две передовые микроскопические техники в одном приборе, исследователи из Института биоинженерии EPFL получили изображения живых клеток с беспрецедентным разрешением и даже смогли наблюдать эволюцию их структуры и молекулярных характеристик. Их работа опубликована в журнале ACS Nano Letters.

Секрет — в комбинации изображений от двух технологий очень высокого уровня. Разработанное исследователями устройство состоит из высокоскоростного атомно-силового микроскопа (АСМ) — инструмента, который «ощупывает» поверхность с помощью чувствительной к силе иглы, — и микроскопа локализации одиночных молекул (техника, за изобретение которой её авторы получили Нобелевскую премию в прошлом году). Первый установлен над образцом, а второй, смонтированный «вверх ногами», наблюдает образец снизу. Учёные разработали специальное ПО, которое объединяет изображения с двух приборов и даёт точную 3D-визуализацию наблюдаемого образца.

Две точки зрения, одно изображение

«АСМ позволяет увидеть 3D-структуру клетки с нанометровым разрешением, — объясняет Паскаль Оддерматт, аспирант лаборатории био- и наноинструментарии EPFL. — С другой стороны, он не может определить природу молекул внутри клетки».

Вторая использованная технология, известная как PALM (фотоактивируемая локализационная микроскопия), использует контрасты, чтобы заставить определённые выбранные молекулы «мигать», а затем отслеживает их путь внутри клетки.

Объединив лучшее из этих двух миров, учёные могут поместить изображения сверхвысокого разрешения конкретных белков в структурный контекст клеток — даже живых.

Делая последовательные снимки одной и той же живой клетки, учёные впервые смогли отследить поведение белковых кластеров в отношении к 3D-структуре клетки. «Это могло бы, например, позволить нам наблюдать внутренние механизмы деления клетки или выяснить, как стволовые клетки реагируют на механические силы», — говорит Хенрик Дескаут, постдок из лаборатории нанометровой биологии EPFL.

Созданная в EPFL установка, которая всё ещё находится на стадии прототипа, уже привлекла интерес многих других исследователей, а также ведущих производителей микроскопов. Микроскоп может представлять большой интерес для исследователей в области клеточной, микро- и механобиологии, позволяя пролить новый свет на сложные механизмы, происходящие в живых клетках.