Что вибрации молекул могут рассказать о клеточной биологии

Новый метод инфракрасной наноспектроскопии позволяет создавать высокодетализированные карты молекул внутри живых клеток и их органелл в естественной водной среде.

Суть метода

  • Технология: Используется инфракрасная спектроскопия комбинационного рассеяния ближнего поля (s-SNOM) на станции IRIS синхротронного источника BESSY II.
  • Возможности: Метод подходит для исследования биологических образцов в жидкой среде с нанометровым разрешением (до 10 нм) и позволяет получать инфракрасные изображения молекулярных вибраций, а также 3D-информацию.
  • Преимущества: Метод не повреждает образцы и требует минимального объёма пробы для получения данных о молекулярном составе, структуре и взаимодействиях.

Тестирование на фибробластах

Для проверки метода команда учёных из HZB и Университета Гумбольдта в Берлине под руководством доктора Александра Вебера и профессора Янины Кнайпп вырастила фибробласты (клетки соединительной ткани) на ультратонкой мембране из карбида кремния (SiC).

Ключевые результаты:

  • Мембрана SiC служит биосовместимым интерфейсом между клетками в жидкости и зондом спектрометра, оставаясь при этом прозрачной для ИК-излучения.
  • Учёным удалось не только визуализировать ядро и клеточные органеллы, но и идентифицировать в спектрах вибраций индивидуальные вклады белков, нуклеиновых кислот, углеводов и мембранных липидов.
  • Наблюдаемая на наноуровне структура клетки соответствовала известной гетерогенности клеток, что подтвердило валидность метода.
  • Изменяя параметры измерения, можно контролировать глубину проникновения сигнала, что открывает путь к инфракрасной нанотомографии клеток — детальной 3D-визуализации их структуры и состава.

Значение и перспективы

По словам Александра Вебера, метод позволяет анализировать биологические образцы и границы раздела жидкость-твёрдое тело с беспрецедентной точностью и в принципе применим к любым типам клеток, включая раковые. Новая разработка доступна для пользователей станции IRIS на BESSY II.

Исследование опубликовано в журнале Small.