Ученые из Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) объединили две разные микроскопические технологии для получения более четких изображений быстро движущихся процессов внутри клетки.
В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Methods, Хари Шрофф, доктор философии, руководитель лабораторного отдела NIBIB по оптической визуализации высокого разрешения (HROI), описывает свои новые усовершенствования традиционной флуоресцентной микроскопии с полным внутренним отражением (TIRF).. TIRF-микроскопия освещает образец под острым углом, так что свет отражается назад, освещая только тонкий участок образца, который находится очень близко к покровному стеклу. Этот процесс создает очень контрастные изображения, потому что он устраняет большую часть фона, расфокусированного света, который улавливают обычные микроскопы.
Хотя TIRF-микроскопия использовалась в клеточной биологии на протяжении десятилетий, она дает размытые изображения мелких деталей внутри клеток. В прошлом методы микроскопии сверхвысокого разрешения, применяемые к микроскопам TIRF, позволяли улучшить разрешение, но такие попытки всегда снижали скорость, делая невозможным четкое изображение быстро движущихся объектов. В результате многие клеточные процессы остаются слишком маленькими или быстрыми, чтобы их можно было наблюдать.
Шрофф и его команда поняли, что если бы они могли взять высокоскоростной микроскоп сверхвысокого разрешения и модифицировать его, чтобы он действовал как микроскоп TIRF, они могли бы получить преимущества обоих. Микроскопия с мгновенным структурированным освещением (iSIM), разработанная лабораторией Шроффа в 2013 году, может снимать видео со скоростью 100 кадров в секунду, что более чем в 3 раза быстрее, чем в большинстве фильмов или интернет-видео. Однако iSIM не имеет такого контраста, как микроскопы TIRF. Команда разработала простую «маску», которая блокировала большую часть освещения от iSIM, имитируя микроскоп TIRF. Сочетание сильных сторон обоих типов микроскопии позволило исследователям наблюдать за быстро движущимися объектами примерно в 10 раз быстрее, чем с помощью других микроскопов с таким же разрешением.
«Микроскопия TIRF существует уже более 30 лет, и она настолько полезна, что, скорее всего, будет использоваться еще как минимум следующие 30 лет», - сказал Шрофф. «Наш метод улучшает пространственное разрешение TIRF-микроскопии без ущерба для скорости - то, на что не способен ни один другой микроскоп. процессы работают."
Например, с помощью нового микроскопа Шрофф и его команда смогли проследить за быстро движущимися частицами Rab11 вблизи плазматической мембраны клеток человека. Прикрепленные к молекулярному грузу, который транспортируется по клетке, эти частицы движутся так быстро, что становятся размытыми при отображении в другие микроскопы. Они также использовали свою технику, чтобы выявить динамику и пространственное распределение HRas, белка, который способствует росту раковых опухолей. Как и в случае со всеми микроскопами, разработанными командой Шроффа, исследователи могут связаться с лабораторией, чтобы опробовать микроскоп или получить бесплатные схемы технологии.