Платформа PRISM обеспечивает взгляды на ячейки Интерьеры

. Метод, который позволяет «видеть» за пределами дифракции света, – это микроскопия сверхвысокого разрешения, которая обеспечивает непревзойденные представления через клетки и их внутренние структуры и органеллы. В последнее время этот метод получил все большее внимание, особенно потому, что исследователи, которые его разработали, в 2014 году выиграли Нобелевскую премию по химии.

Проекция максимальной интенсивности клеток HeLa для трехмерного bSOFI 2-го порядка маркированных микротрубочек, цвет кодирует z-положение одним слоем дополняющее трехмерное фазовое изображение, обеспечивающее сотовый контекст. (Image credit: T. Lasser / EPFL)

Однако существует огромный недостаток, который ограничивает применение микроскопии с высоким разрешением – он обеспечивает только пространственное разрешение. Хотя это достаточно для статических образцов, таких как неподвижные клетки или твердые материалы, в случае биологии вопросы очень сложны. Живые клетки очень динамичны и основаны на сложном наборе биологических процессов, которые происходят в течение субсекундных временных масштабов, постоянно изменяясь. Поэтому для визуализации и понимания поведения здоровых и больных живых клеток требуется также временное или временное разрешение.

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Тео Лэссером, заведующим Лабораторией биомедицинской оптики (LOB) в EPFL, теперь предприняла более длительные шаги, чтобы преодолеть эту проблему, разработав метод, способный выполнять как быструю 3D-визуализацию фаз, так и Трехмерная микроскопия с высоким разрешением в одном приборе. Фазовое изображение представляет собой метод, в котором изменения фазы света, вызванные клетками и их органеллами, преобразуются в карты показателя преломления самих клеток.

Отличительная платформа, называемая «4D-микроскоп» объединяет высокое временное разрешение и чувствительность фазового изображения с высоким пространственным разрешением и спецификой флуоресцентной микроскопии. Ученые создали инновационный алгоритм с возможностью восстановления фазовой информации из кучи изображений яркого поля, захваченных классическим микроскопом.

С помощью этого алгоритма мы представляем новый способ достижения трехмерной количественной фазовой микроскопии с использованием обычного микроскопа с ярким полем Это позволяет непосредственно визуализировать и анализировать субклеточные структуры в живых клетках без маркировки .

Адриен Десклоу, ведущий автор

Чтобы добиться быстрого 3D-изображения, исследователи разработали индивидуальную съемную призму, которая позволяет одновременно записывать стопку восьми изображений с замещением z. Это указывает на то, что микроскоп может выполнять высокоскоростную трехмерную фазовую визуализацию по объему с размерами 2,5 мкм 50 мкм 50 мкм. Скорость микроскопа в основном ограничена скоростью его камеры. Для этой иллюстрации исследователи смогли отобразить внутриклеточную динамику почти на 200 Гц.

« С призмой в качестве дополнения вы можете превратить классический микроскоп в сверхбыстрый 3D-имидж », – заявила Кристин Груссмайер, другие ведущие авторы исследования.

Призма также может быть использована для 3D-флуоресцентной визуализации, которая была исследована исследователями, приняв оптическую флуоресценцию с высоким разрешением (SOFI). Этот метод использует преимущества мигания флуоресцентных красителей для улучшения 3D-разрешения путем проведения корреляционного анализа сигнала. Приняв это, команда выполнила трехмерную суперразрешающую визуализацию окрашенных структур в ячейках и интегрировала ее с 3D-визуализацией без метки. Эти два метода хорошо дополняли друг друга, демонстрируя интригующие образы внутренней структуры, цитоскелета и органелл в живых клетках над характерными временными точками.

« Мы в восторге от этих результатов и возможностей, предлагаемых этой техникой », – заявил профессор Хилал Лашуэль, чья лаборатория в EPFL сотрудничала с лабораторией профессора Лассера, приняв инновационный метод исследования механизмов, с помощью которых белковая агрегация играет жизненно важную роль в развитии и развитии нейродегенеративных заболеваний, например, при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. « Технический прогресс позволил визуализацию высокого разрешения образования патологических альфа-синуклеиновых агрегатов в нейронах гиппокампа »

Исследователи назвали инновационную платформу для микроскопии как PRISM, которая представляет собой инструмент Phase Retrieval Instrument с микроскопом с высоким разрешением.

Мы предлагаем PRISM в качестве нового инструмента для микроскопии и ожидаем, что он будет быстро использоваться в сообществе наук о жизни, чтобы расширить возможности для 3D-высокоскоростной визуализации для биологических исследований. Мы надеемся, что он станет обычной рабочей лошадкой для неврологии и биологии .

Тео Лассер

Это исследование финансировалось Европейским Союзом (Horizon 2020, Соглашение о гранте Марии Склодовской-Кюри и Европейским консорциумом AD-gut) и Швейцарским национальным научным фондом (SNSF).

Ссылка

а. Десклоу, К. С. Грузмайер, Э. Бостан, Т. Луке, А. Боувенс, А. Шарипов, С. Гейссбюлер, А.-Л. Махул-Мелли, Х. А. Лашуэль, М. Лютенеггер, Т. Лассер. Комбинированная многоплановая фазовая синхронизация и оптическая флуктуационная визуализация с высоким разрешением для 4D-клеточной микроскопии. Nature Photonics 12, 165-172 (26 февраля 2018 г.). DOI: 10.1038 / s41566-018-0109-4

Source link