Ученые повысили эффективность визуализации в исследованиях клеточных структур

Ученые из Лаборатории биоинженерии и физических наук Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) разработали новую методику, позволяющую визуализировать тонкие детали клеточной структуры в трех измерениях в толстых срезах. Это дает больше информации об организации и функциях клеток. Работа описана в отчете, опубликованном на этой неделе в Nature Methods.

Новый метод электронной томографии, называемый BF STEM томографией, позволяет исследователям визуализировать образцы, которые более чем в три раза толще типичных образцов.

Электронная томография проводится в наномасштабе на отдельных клетках. Обычно высокоразрешающая визуализация биологических образцов достигалась путем нарезки клеток на тонкие срезы (300 нанометров или меньше) и раздельного изображения каждого среза. Хотя реконструкция всей структуры из тонких срезов трудоемка, тонкие срезы используются, потому что изображения более толстых срезов обычно размыты. Серийная BF STEM томография выполняет ту же работу, используя меньшее количество, но более толстых срезов образца, что приводит к более быстрой реконструкции интактных органелл, внутриклеточных патогенов и даже целых клеток млекопитающих.

Доктора Алиоска Соуза, Мартин Хохманн-Марриотт, Ричард Липман и их коллеги из NIBIB в сотрудничестве с доктором Джошуа Циммербергом и коллегами из Национального института детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер (NICHD) продемонстрировали осуществимость и преимущества BF-STEM томографии в исследовании эритроцитов, инфицированных Plasmodium falciparum — паразитом, вызывающим малярию. Высококачественные 3D-реконструкции целых клеток были созданы путем последовательной визуализации всего нескольких толстых срезов. Сложная система мембран эритроцитов и паразитов, а также нескольких органелл, видна в деталях.

«Мы считаем, что новая методика, разработанная доктором Соузой в проектной группе, приведет к улучшенной 3D-визуализации более крупных внутренних структур в клетках млекопитающих в наномасштабе. И она дополнит подходы криоэлектронной томографии и микроскопии сверхвысокого разрешения», — заявил доктор Липман.

Большинство высокопроизводительных электронных микроскопов можно легко оснастить для использования подхода BF STEM томографии. «Этот захватывающий новый метод, с его способностью предоставлять структурные детали в наномасштабе в трех измерениях, имеет потенциал для широкого применения в клеточной биологии, — говорит директор NIBIB Родерик Петтигрю. — Это должно открыть новые горизонты в понимании взаимодействия между клеточной структурой и функцией и является отличным примером исследований, поддерживаемых NIBIB, которые продвигают медицинскую науку через технологические инновации».

Источник: NIH/National Institute of Biomedical Imaging & Bioengineering