«У клетки есть целый город белков, ферментов и структур, работающих все время», сказал Моернер. «У нас есть некоторая идея того, что находится в клетке – многие из нас знакомы с рисунками митохондрий или endoplasmic сеточки – но это – средняя идея. Когда мы смотрим на отдельные клетки, мы признаем, что они все точно не похожи на картины, которые мы имеем в учебниках».Лаборатория Moerner смешивает химию, физику, оптику и разработку, чтобы создать лучшие способы всмотреться в клетках, чтобы видеть работы отдельных молекул. Сотрудничая со многими другими лабораториями, группа сосредотачивается на биологических предметах, таких как измерение структур волокон белка, связанных с болезнью Хантингтона, наблюдение организации отдельных берегов ДНК в ядре и документировании структурных изменений в клетках во время лечений.
Блины и волшебствоНовый микроскоп, который исследователи называют TILT3D и который был недавно описан в работе, опубликованной по своей природе Коммуникации, объединяет два новых метода отображения с микроскопией суперрезолюции, чтобы захватить очень ясные 3D изображения структур и отдельных молекул в клетке.Один из двух новых методов, известных как наклоненное легкое листовое освещение, решает проблемы с центром и функциональностью, которые происходят с существующими методами освещения.
В большинстве оптических микроскопов образец клетки освещен снизу.«Это – проблема, если Вы хотите исследовать детали клетки, потому что это приводит к визуально туманным изображениям, где только некоторые части находятся в центре – как фотография, принятая большое расстояние», сказала Анна-Карин Гастэвссон, постдокторант в лаборатории Moerner и ведущий автор статьи.Стандартное легкое листовое освещение обходит эту проблему, сияя только часть света в со стороны, чтобы получить подобное блину освещение образца. Даже с этим преимуществом, при попытке заставить легкий лист сиять на самом основании клетки, оно подпрыгивает от угла палаты, содержащей образец, который искажает изображение.
Наклоняя легкий лист, лаборатория Moerner старается не поражать угол.В дополнение к прояснению визуального беспорядка, наклоняя легкий лист, новый микроскоп включает оптический метод для отображения в 3D. Чтобы достигнуть этого, исследователи помечают молекулы в образце клетки с химикатами, которые флюоресцируют, когда освещенный и используют химические добавки, чтобы заставить их мигнуть ярко.
Затем через то, что Моернер называет «оптическим волшебством», группа регулирует микроскоп, чтобы преобразовать каждое флуоресцентное мерцание в два места света под различными углами. С этими двумя местами исследователи могут получить положение каждой молекулы в трех измерениях, которая сообщает заключительному 3D изображению.Складывая их спарашютировавшие 3D изображения друг сверху друга, исследователи могут создать реконструкцию от начала до конца клетки.
Наклоненное легкое листовое отображение также позволяет отследить 3D движение молекул со временем с точностью десятков миллимикронов, которые могли захватить соединение молекул, перемещение двигателями или путешествие беспорядочно через структуры клетки.Объединяя ясное изображение TILT3D и 3D возможности с существующими методами суперрезолюции, микроскоп может создать точные изображения в суперрезолюции – всего десятки миллимикронов или приблизительно в 4,000 раз меньший, чем человеческие волосы густы. Это открывает новые возможности произвести подробные 3D изображения структур клетки млекопитающих, даже, которые были ранее слишком плотными к изображению ясно.
Готовый разделитьКак часть их статьи, Moerner и его члены лаборатории успешно проверили их микроскоп на известных клеточных структурах.
Они уже идут другие лаборатории посредством процесса дублирования этого микроскопа. Дизайн может быть модульным дополнением к существующим оптическим микроскопам. В будущем они надеются, что их 3D наклоненное легкое листовое отображение освещения будет использоваться для любого количества проектов.
«TILT3D более прост, чем другие микроскопы, которые были разработаны для отображения этих сложных образцов, и это может использоваться для отображения обе из статических структур и движущихся молекул,» сказал Гастэвссон, который частично поддержан постдокторским товариществом из Каролинского института в Швеции. «Мы проектировали его, чтобы быть универсальными, не связанный с конкретным вопросом».Исследователи продолжат работать над TILT3D, особенно над объединением статической и динамической информации от нескольких различных белков.
Вместе с их многими другими инновациями и исследованиями в клеточном отображении, они надеются, что эта технология может позволить им и другим узнать больше о структурах и процессах клеток, одна молекула за один раз.