Nowe techniki mikroskopii pozwalają na obserwacje zjawisk zachodzących w komórkach

0

Nowe techniki obrazowania pozwalają na obserwację procesów w żywych komórkach z niespotykaną dotąd rozdzielczością.

Naukowcy z Howard Huges Medical Institute Janelia Research Campus opracowali nową technikę mikroskopii optycznej w znacznie poprawionej rozdzielczości przestrzennej. Jest to aktualnie jedna z najlepszych metod obserwacji procesów zachodzących w żywych komórkach. Przykład wykorzystania znajduje się na filmie poniżej:

Ten film pochodzi z obrazowania pozyskanego za pomocą mikroskopu “High numerical aperture TIRF-SIM”. Zebrano tu 181 klatek na pięciosekundowy okres w komórce COS-7 w temperaturze 37 stopni Celsjusza. W komórce występuje ekspresja mEmerald-CLTA (zielone) oraz mCherry-Lifeact (pomarańczowe-czerwone). Credit: Betzig Lab, HHMI/Janelia Research Campus

Wideo ukazuje ruch i interakcje między proteinami w trakcie pracy komórki, na przykład zmian zachodzących w membranie w celu wychwytywania molekuł z zewnątrz.

Do jego wykonania przysłużyła się technika mikroskopii zwana w skrócie SIM (structured illumination microscopy), znacznie poprawiona przez zespół z grupy Janelia. Metoda ta opiera się na zaawansowanych technikach programistycznych i matematycznych. Wykorzystuje się w niej zjawiska związane z dyfrakcją (prążki Moira), a z próbek w dziedzinie częstotliwości tworzy się obrazy o bardzo wysokiej rozdzielczości.

Droga do poprawy rozdzielczości – ze 100 nm do 45-62 nm przebiegała dwuetapowo. W pierwszym etapie naukowcy poprawili sprzęt i użyli mikroskopii fluorescencyjnej całkowitego wewnętrznego odbicia, schodząc do 84 nm. Następnie opracowali specjalną technikę fotoaktywacji części fluorescencyjnych wskaźników w próbce za pomocą wzorów świetlnych. Ich uruchamianie i dezaktywacja prowadzą do znacznej poprawy jakości, ponieważ niektóre obszary położone są głębiej, przez co tworzą się różne cienie i wzory (w zależności od tego, które wskaźniki aktywowano lub dezaktywowano) i na tej podstawie można określić strukturę 3D próbki (przy zastosowaniu zaawansowanych algorytmów przetwarzających obrazy). Istotny jest także czas naświetlania próbek, ponieważ zbyt długa ekspozycja na światło o dużym natężeniu uszkadza komórki a chodzi o badanie żywych i działających obiektów. W technice zastosowanej przez badaczy naświetlaniu ulegają tylko niewielkie fragmenty próbek i dodatkowo jest to światło o niewielkim natężeniu.

Naukowcy twierdzą, że nowa technika „otwiera drzwi do wysokorozdzielczych badań, które minimalnie oddziałują na próbki i pozwalają na obserwacje dynamicznych procesów takich jak: endocytoza, egzocytoza, ścieżki sygnałowe, dyfuzja białek, inwazje wirusów, przekształcenia cytoszkieletu, interakcja z macierzą pozakomórkową oraz ewolucja raftu lipidowego”.

Jak to się ma do badań astronautyki? Właściwie wszystkie techniki badawcze opracowywane na rzecz medycyny są mocno związane z bezpieczną astronautyką załogową. Obserwacje tak małoskalowych struktur mogą przysłużyć się także badaniom komórek poddanych stresie w kosmosie. A stresorów jest tam wiele.

Źródło: Science

Przekaż dalej

Komentarze są wyłączone.