Техника микроскопии раскрывает скрытые наноструктуры в клетках и тканях

Исследователи MIT разработали новый метод, позволяющий визуализировать молекулы и клеточные структуры, которые ранее были невидимы из-за высокой плотности упаковки в живых клетках.

Суть метода

Технология, названная expansion revealing (раскрытие при расширении), решает проблему невозможности доступа крупных флуоресцентных меток (антител, ~10 нм) к плотно упакованным целевым белкам (2–5 нм).

Метод основан на более ранней технике микроскопии расширения (expansion microscopy), но с ключевым улучшением:

  1. Сначала расширение, затем маркировка. Образец ткани расширяется в 20 раз с помощью нагрева (вместо ферментативного расщепления белков), что сохраняет белки целыми.
  2. После расширения и "разуплотнения" молекул становятся доступными для связывания с флуоресцентными антителами.

Ключевые результаты

  • В синапсах нейронов удалось детально визуализировать наностолбики (nanocolumns) — структуры из кальциевых каналов, выстроенных в ряд с другими синаптическими белками, что повышает эффективность синаптической передачи.
  • В мозге мышей с моделью болезни Альцгеймера обнаружены новые паттерны бета-амилоида:
    • Периодические нанокластеры, включающие калиевые каналы.
    • Спиральные структуры вдоль аксонов.

Значение и перспективы

  • Технология доступна: для её использования требуется оборудование, обычно имеющееся в академических лабораториях.

  • Открывает новую биологию: метод позволяет увидеть "целые категории явлений", упускаемые при классическом окрашивании.

  • Применения: изучение синаптических дисфункций при нейродегенеративных заболеваниях, белковых агрегатов при болезни Паркинсона, патогенов и процессов старения мозга.

  • Будущее развитие:

    • Одновременная визуализация до 20 белков.
    • Адаптация для работы с образцами человеческих тканей.
    • Интеграция с нанопроводниковыми устройствами для объединения структурного и функционального анализа мозга.

Авторы: Старшие авторы — Эдвард Бойден (MIT), Ли-Хуэй Цай (MIT) и Томас Бланпид (Университет Мэриленда). Ведущие авторы — Деблина Саркар (MIT), Джинён Кан и Асмамау Васси. Исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.