Новый метод объёмной визуализации позволит заглянуть внутрь живых клеток

Новая технология создаёт модель клеток, объединяя изображения её слоёв, снятых с помощью светового микроскопа

(иллюстрация Gabriel Popescu).

Исследователи объединили 140 снимков продольной проекции клетки эпителия кишечника с разным фокусным расстоянием для создания трёхмерной модели

(иллюстрация Taewoo Kim, Gabriel Popescu et al.).

Учёные из университета Иллинойса (University of Illinois) разработали новую технику визуализации, которая позволяет в мельчайших подробностях рассмотреть строение живых клеток с помощью обычного светового микроскопа без использования красителей и прочих химических веществ.

Напомним, что сегодня микробиологи для исследования клеток вынужденно прибегают к использованию токсичных веществ, ультрафиолетового излучения и механическим нагрузкам. Все эти составляющие, как правило, убивают хрупкие биологические образцы, а значит, одни и те же клетки невозможно изучить, к примеру, в динамике.

Новая технология создаёт модель клеток, объединяя изображения её слоёв, снятых с помощью светового микроскопа
Новая технология создаёт модель клеток, объединяя изображения её слоёв, снятых с помощью светового микроскопа
(иллюстрация Gabriel Popescu).

Метод под названием дифракционная томография белого света (white-light diffraction tomography) не уничтожает исследуемые объекты и не влияет на их жизнедеятельность. Таким образом он открывает биологам беспрецедентные возможности для изучения сложных клеточных процессов, таких как реакция на лекарственные препараты или дифференцировка стволовых клеток.

"Одна из задач визуализации клеток состоит в том, чтобы показать, как они функционируют, — говорит руководитель исследования Габриэль Попеску (Gabriel Popescu) в пресс-релизе университета. – Красители влияют на клеточные функции и мешают исследованию. Наша техника не препятствует жизненным процессам, и мы видим их естественный ход".

Команда разработчиков использовала обыкновенный световой микроскоп, который можно найти в любой лаборатории, и дополнила его специальным компонентом, необходимым для создания компьютерных 3D-образов.

Исследователи объединили 140 снимков продольной проекции клетки эпителия кишечника с разным фокусным расстоянием для создания трёхмерной модели
Исследователи объединили 140 снимков продольной проекции клетки эпителия кишечника с разным фокусным расстоянием для создания трёхмерной модели
(иллюстрация Taewoo Kim, Gabriel Popescu et al.).

Изменяя фокусное расстояние микроскопа, исследователи получают множество изображений поперечного сечения клетки на разной глубине. Затем, как и в обычной магнитно-резонансной и компьютерной томографии, отдельные снимки объединяют в трёхмерную модель.

Техника использует белый свет, который безопасен для живых клеток. Широкий спектр длины волны позволяет избежать проблем с помехами и шумами, свойственными лазерным микроскопам.

Как сообщается в статье, опубликованной в издании Nature Photonics, создание детальной трёхмерной модели из сотни отдельных слоёв занимает всего один час.

С помощью нового метода можно неоднократно исследовать одну и ту же клетку на протяжении её жизни, посмотреть, как она растёт и как перемещаются внутри неё органеллы.

Авторы отмечают, что их технология будет интересна не только биологам, но и физикам. Она впервые позволяет детально исследовать, что происходит со светом, когда он проходит через живые клетки.

Чтобы реализовать коммерческий потенциал технологии световой дифракционной томографии, Попеску и его коллеги учредили компанию Phi Optics.

Также по теме:
"Карманный" микроскоп умеет диагностировать рак кожи
Впервые удалось визуализировать активность генов в тысячах отдельных клеток
Cоздана самая детальная трёхмерная карта человеческого мозга
Британцы усовершенствовали электронный микроскоп
Учёные сделали в животе мышей окна для наблюдения за раковыми клетками
Выявить инфекции помогут светящиеся антибиотики
Японцы сделали ткани прозрачными при помощи сахара