Новый метод визуализации позволяет наблюдать за работой живых клеток
Исследователи из EPFL объединили два метода микроскопии, чтобы одновременно наблюдать за процессами внутри клетки и на её мембране. Это даёт беспрецедентное понимание клеточных процессов, например, во время инфекции.
Клетки — фундаментальный компонент живых организмов. Для понимания расстройств, болезней и разработки методов лечения необходимо детально изучать сложные биологические явления в них. Однако наблюдение за живыми клетками в микро- и наномасштабе остаётся сложной задачей.
Проблемы существующих методов
"Доступные сейчас методы имеют много технических сложностей для наблюдения живых клеток на таком детальном уровне", — говорит Георг Фантнер, руководитель Лаборатории био- и нано-инструментовки (LBNI) EPFL.
- Электронная микроскопия даёт непревзойдённое разрешение поверхности клетки в наномасштабе, но требует помещения образцов в вакуум и облучения электронами, что губительно для живых организмов.
- Флуоресцентная микроскопия позволяет наблюдать образцы, не разрушая их, но достичь достаточного разрешения для трёхмерной поверхности клетки сложно. Кроме того, необходимая доза фотонов может повредить клетку.
Решение: комбинация двух методов
Исследователи EPFL объединили два взаимодополняющих, минимально инвазивных для живых клеток метода:
- Stochastic optical fluctuation imaging (SOFI) — позволяет наблюдать целевые молекулы и явления внутри клеток.
- Сканирующая ионно-проводящая микроскопия (scanning ion conductance microscopy — SICM) — разновидность сканирующей зондовой микроскопии. Вместо механического контакта зонда с образцом, который нарушает естественное состояние клеток, используется стеклянная нанопора, измеряющая поток ионов для бесконтактного обнаружения поверхности клетки.
Значение взаимодействия
Комбинация методов открывает путь к беспрецедентным научным наблюдениям. SOFI даёт возможность заглянуть внутрь отдельных клеток, а SICM позволяет генерировать 3D-топографические изображения клеточных мембран.
"Мембрана клетки — это место, где она взаимодействует с окружающей средой", — объясняет Сэмюэл Мендес Лейтан, аспирант LBNI, разработавший микроскоп SICM. "Здесь происходят многие биологические процессы и морфологические изменения, например, при инфицировании клетки. Наша система позволяет анализировать молекулярные расположения внутри клетки и сопоставлять их с динамикой мембраны. Более того, теперь мы можем отслеживать эту динамику в деталях в диапазоне от долей секунды до нескольких дней".
Улучшение качества изображения
"Ещё одно преимущество комбинирования двух методов — невероятное улучшение качества изображения", — говорит Вайтаутас Навикас, аспирант Лаборатории наномасштабной биологии (LBEN) EPFL, разработавший оптические компоненты системы. "Теперь мы можем наблюдать клеточные процессы с гораздо большим разрешением".
Новая система может использоваться для наблюдения таких явлений, как подвижность клеток, дифференцировка и межклеточная коммуникация. Она может быть крайне полезна в биологии инфекций, иммунологии и нейробиологии — областях, где важно понимать, как клетка реагирует в реальном времени на внешний стимул.
Результаты опубликованы в двух статьях: одна вышла в Nature Communications в июле, другая — сегодня в ACS Nano.