Написано AZoNano [19459009[19459009 ]

С тех пор, как 350 лет назад Роберт Хук впервые описал клетку в Micrographia, микроскопия играет важную роль в понимании правил жизни.

Однако наименьшая разрешаемая особенность, разрешение, ограничена волновой природой света. Этот вековой барьер ограничил понимание клеточных функций, взаимодействий и динамики, особенно в масштабе от микрона до нанометра.

Флуоресцентная микроскопия сверхвысокого разрешения преодолевает этот фундаментальный предел, предлагая десятикратное улучшение разрешения, и позволяет ученым визуализировать внутреннюю работу клеток и биомолекул с беспрецедентным пространственным разрешением.

Однако такая способность к разрешению затрудняется при наблюдении внутри цельных клеток или образцов ткани, таких как образцы, часто анализируемые во время исследований рака или мозга. Световые сигналы, испускаемые молекулами внутри образца, проходят через разные части клеточных или тканевых структур с разными скоростями и приводят к аберрациям, которые ухудшают изображение.

Теперь исследователи Университета Пердью разработали новую технологию для решения этой проблемы.

«Наша технология позволяет нам измерять искажения волнового фронта, вызванные образцом, либо клеткой, либо тканью, непосредственно по сигналам, генерируемым отдельными молекулами – крошечными источниками света, прикрепленными к интересующим клеточным структурам» сказал Фанг Хуанг, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Техническом колледже Пердью. «Зная вызванное искажение, мы можем точно определить положение отдельных молекул с высокой точностью и точностью. Мы получаем тысячи или миллионы координат отдельных молекул в объеме клетки или ткани и используем эти координаты, чтобы выявить наноразмерную архитектуру составляющие образца. "

Технология команды Пердью недавно была опубликована в Nature Methods . Видео, показывающее анимированное трехмерное супер-разрешение, доступно по адресу https://youtu.be/c9j621vUFBM.

.

«Во время трехмерного изображения с супер-разрешением мы записываем тысячи или миллионы образцов излучения отдельных флуоресцентных молекул», сказал Фан Сюй, постдокторский сотрудник в лаборатории Хуана и соавтор первого автора публикация. «Эти диаграммы выбросов можно рассматривать как случайные наблюдения в различных осевых положениях, отобранные из базовой трехмерной функции рассеяния точек, описывающей формы этих диаграмм излучения на разных глубинах, которые мы стремимся извлечь. Наша технология использует два этапа: назначение и обновление, итеративно извлекать искажения волнового фронта и трехмерные отклики из записанного набора данных с одной молекулой, содержащего диаграммы эмиссии молекул в произвольных местах. "

Технология Purdue позволяет находить положения биомолекул с точностью до нескольких нанометров внутри целых клеток и тканей и, следовательно, разрешать клеточные и тканевые архитектуры с высоким разрешением и точностью.

«Это усовершенствование расширяет рутинную применимость микроскопии сверхвысокого разрешения от выбранных клеточных мишеней вблизи покровных стекол до внутри- и внеклеточных мишеней глубоко внутри тканей», сказал Донган Ма, постдокторский исследователь в лаборатории Хуанга и один из первых авторов публикации. «Эта новая способность визуализации могла бы помочь лучше понять нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, и многие другие заболевания, поражающие мозг и различные части тела».

Национальные институты здравоохранения оказали основную поддержку исследованиям.

Другими членами исследовательской группы являются Гэри Ландрет, профессор Медицинского факультета Университета Индианы; Сара Кальве, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Техническом колледже Пердью (в настоящее время доцент кафедры машиностроения в Университете Колорадо в Боулдере); Пэн Инь, профессор Гарвардской медицинской школы; и Александр Чубыкин, доцент кафедры биологических наук в Пердью. Полный список авторов можно найти в Nature Methods .

«Этот технический прогресс поразителен и существенно изменит точность, с которой мы оцениваем патологические особенности болезни Альцгеймера», – сказал Ландрет. «Мы можем видеть все меньшие и меньшие объекты и их взаимодействия друг с другом, что помогает выявить сложности структуры, которые мы раньше не ценили».

Кальве сказал, что технология – это шаг вперед в регенеративной терапии, способствующий восстановлению организма.

«Это развитие имеет решающее значение для понимания биологии ткани и возможности визуализировать структурные изменения», – сказал Калве.

Чубыкин, чья лаборатория занимается аутизмом и болезнями, влияющими на мозг, сказал, что технология визуализации высокого разрешения обеспечивает новый метод для понимания нарушений в мозге.

«Это огромный прорыв с точки зрения функционального и структурного анализа», – сказал Чубыкин . «Мы можем видеть гораздо более детальный обзор мозга и даже пометить определенные нейроны генетическими инструментами для дальнейшего изучения».

Команда работала с отделом коммерциализации технологий Бюро исследований Purdue, чтобы запатентовать технологию. Офис недавно переехал в Центр конвергенции инноваций и сотрудничества в Парке Дискавери, прилегающем к кампусу Пердью.

Изобретатели ищут партнеров для коммерциализации своей технологии.

Источник: https://www.purdue.edu/