Уникальный рентгеновский микроскоп показал впечатляющие 3D-изображения клеток

Чтобы полностью понять клетки, необходимо охарактеризовать структуры, из которых они состоят, и определить их содержимое. Однако увидеть, как все эти части движутся, изменяются и взаимодействуют внутри динамичной живой клетки, всегда было более сложной задачей.

Команда из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) представила новый подход к визуализации целых клеток, используя первый в мире микроскоп мягкого рентгеновского излучения (soft X-ray tomography, SXT), созданный для биологических и биомедицинских исследований. В последнем исследовании, опубликованном в Science Advances, команда использовала свою платформу для выявления ранее невиданных деталей секреции инсулина в клетках поджелудочной железы крыс. Работа выполнена в сотрудничестве с консорциумом исследователей, занимающихся моделированием целых клеток, — Консорциумом по изучению β-клеток поджелудочной железы (Pancreatic β-Cell Consortium).

Преимущества метода SXT

Авторы отмечают, что SXT уникально подходит для визуализации целых клеток без изменений, вызванных красителями или добавлением меченых молекул (как в случае флуоресцентной микроскопии), и без химической фиксации и срезов, необходимых для традиционной электронной микроскопии. Кроме того, подготовка клеток для SXT происходит намного быстрее и проще.

Исследование секреции инсулина

Свободные от традиционных технических и временных ограничений, исследователи смогли визуализировать изолированные инсулин-секретирующие клетки (бета-клетки) до, во время и после стимуляции различными уровнями глюкозы и препаратом, усиливающим выработку инсулина. У крыс и других млекопитающих бета-клетки реагируют на повышение уровня глюкозы в крови, высвобождая инсулин — гормон, регулирующий метаболизм глюкозы в организме.

Ключевое открытие

«Мы обнаружили, что стимуляция бета-клеток вызывает быстрые изменения в количестве и молекулярной плотности инсулиновых везикул — мембранных "конвертов", в которых инсулин хранится после производства», — сказала автор работы Кэролайн Ларабелл, директор Национального центра рентгеновской томографии (NCXT). «Сначала это было удивительно, потому что мы ожидали увидеть меньше везикул во время секреции, когда они опустошаются за пределами клетки. Но мы наблюдаем быстрое созревание существующих незрелых везикул».

Значение работы

«Наши данные показывают, что SXT — мощный инструмент для количественной оценки внутриклеточных перестроек в ответ на лекарства, — отметила Ларабелл. — Это важный первый шаг к преодолению давнего разрыва между структурной биологией и физиологией».