Новый двунаправленный микроскоп позволяет исследователям наблюдать за микро- и наномасштабной активностью внутри живых клеток без использования красителей. Эта система позволяет наблюдать как клеточные структуры, так и крохотные движущиеся частицы, причём одновременно, что даст более полную картину жизни клетки. Создатели испытали оборудование, проанализировав изменения в процессе клеточной смерти и смогли оценить размер частиц и рефракционный индекс.
Исследователи Коки Хори, Кеичиро Тода, Такума Накамура и Такуро Идегучи из Токийского университета создали микроскоп, способный распознавать сигналы в диапазоне интенсивности в четырнадцать раз шире, чем есть у существующих стандартных инструментов. Кроме того, система работает без окраски образцов. Такой подход позволяет клеткам сохранять целостность в процессе длительной съёмки, что поможет повысить достоверность испытаний на клеточных культурах.
Статья об изобретении опубликована в Nature Communications.
Микроскопы двигают научный прогресс с XVI века, но для новых достижений требуются всё более специализированные инструменты. В количественной фазовой микроскопии (КФМ, англ. QPM) используется прямое освещение для визуализации структур микроуровня (в данном исследовании — свыше 100 нанометров), что делает её полезной для получения снимков крупных клеточных элементов. Но метод КФМ не даёт возможности рассмотреть более мелкие детали. Для «мелочей» существует интерферометрическая микроскопия (iSCAT), основанная на принципе интерференции рассеянного света с отражёнными лучами. Это метод, позволяющий визуализировать даже такие мелкие структуры, как отдельные белки. Таким образом iSCAT позволяет исследователям «отслеживать» отдельные частицы и наблюдать за быстрыми изменениями внутри клеток, но ему недостаёт более широкой перспективы, которую обеспечивает КФМ.
«Мне бы хотелось понять динамичные процессы внутри живых клеток, используя неинвазивные методы», — говорит Хори, один из первых авторов статьи.
Движимые этой целью, учёные исследовали, можно ли, используя как прямой, так и отражённый свет одновременно, обойти ограничения известных методов и работать в широком диапазоне размеров и движений одновременно. Чтобы исследовать перспективы идеи и подтвердить, что новый микроскоп работает как надо, японские инженеры наблюдали за поведением клеток в процессе клеточной смерти, крайне важном для здоровья организма процессе. В ходе экспериментов они получили изображение, содержащее информацию от как направленного вперёд, так и отражённого света.
«Самой большой проблемой для нас, — объясняет Тода, первый соавтор исследования, — было аккуратно разделить два типа сигналов от одного изображения, удерживая шум на низком уровне и избегая смешения между ними».
Учёным удалось идентифицировать движение крупных клеточных структур (микро), а также намного более мелких частиц (нано). Сравнив рисунок в прямом и отражённом свете, они смогли оценить размер каждой из частиц и их рефракционный индекс, описывающий, насколько сильно свет отклоняется или рассеивается, проходя через материал.
«Мы планируем изучать даже ещё более мелкие частицы», — говорит Тода, — такие как экзосомы и вирусы, и оценивать их размер и рефракционный индекс в различных образцах. Мы также хотим показать как живые клетки двигаются по направлению к смерти, контролируя их состояния и тщательно сверяя наши результаты с другими методами».
