Начиная с изобретения первого микроскопа в конце 1500-х годов, ученые пытаются заглянуть в сохраненные клетки и ткани с еще большим увеличением. Новейшее поколение так называемых микроскопов "сверхвысокого разрешения" позволяет видеть внутри клеток с разрешением выше 250 нанометров.
Команда исследователей из Массачусетского технологического института в настоящее время применяет новый подход к получению таких изображений с высоким разрешением: вместо того, чтобы делать свои микроскопы более мощными, они открыли метод, который увеличивает образцы тканей, помещая их в полимер, который набухает при добавлении воды. Это позволяет физически увеличивать образцы, а затем получать изображения с гораздо более высоким разрешением.
Исследователи считают, что этот метод, в котором используются недорогие, коммерчески доступные химикаты и микроскопы, широко используемые в исследовательских лабораториях, должен предоставить гораздо большему числу ученых доступ к изображениям сверхвысокого разрешения.
Вместо того, чтобы приобретать новый микроскоп для съемки изображений с нанометрическим разрешением, можно делать снимки на обычном микроскопе.
Физическое увеличение
Большинство микроскопов работают с помощью объективов для фокусировки света, испускаемого образцом, на увеличенном изображении. Однако этот подход имеет фундаментальный предел, известный как предел дифракции, что означает, что он не может быть использован для визуализации объектов, значительно меньших, чем длина волны используемого света. Например, если вы используете сине-зеленый свет с длиной волны 500 нанометров, вы не можете видеть ничего меньше 250 нанометров.
Ученые придумали несколько "действительно умных приемов", чтобы преодолеть это ограничение. Тем не менее, эти методы сверхвысокого разрешения лучше всего работают с маленькими, тонкими образцами и требуют много времени для получения изображений больших размеров.
Для достижения этой цели группа MIT сосредоточила свое внимание на образце, а не на микроскопе. Их идея заключалась в том, чтобы увеличить изображение образцов с высоким разрешением путем вставки их в расширяемый полимерный гель из полиакрилата, очень впитывающего материала, обычно используемого в подгузниках.
До увеличения ткани исследователи сначала маркируют компоненты клеток или белки, которые они хотят исследовать, используя антитела, которые связываются с выбранными мишенями. Это антитело связано с флуоресцентным красителем, а также химическим якорем, который может присоединить краситель к полиакрилатной цепи.
Как только ткань маркирована, исследователи добавляют прекурсор в полиакрилатный гель и нагревают его для образования геля. Затем они переваривают белки, которые удерживают образец вместе, позволяя ему равномерно расширяться. Затем образец промывают в обессоленной воде для увеличения объема в 100 раз. Несмотря на то, что белки были разбиты на части, исходное положение каждой люминесцентной этикетки остается неизменным по отношению к общей структуре ткани, поскольку она прикреплена к полиакрилатному гелю.
Команда Массачусетского технологического института (MIT) провела съемку этого "литья" с помощью имеющихся в продаже конфокальных микроскопов, которые обычно используются для флуоресцентной визуализации, но имеют разрешение до сотен нанометров. С их увеличенными образцами, исследователи получили разрешение до 70 нанометров. Процесс расширительной микроскопии должен быть совместим со многими существующими разработками микроскопов и системами, уже существующими в лабораториях.
Большие образцы тканей
Используя эту технику, команда Массачусетского технологического института смогла с помощью стандартного конфокального микроскопа получить изображение участка мозговой ткани размером 500 на 200 на 100 микрон. Изображение таких больших образцов было бы невозможно с помощью других методов сверхвысокого разрешения, которые требуют несколько минут для получения изображения тканевого среза толщиной всего 1 микрон и ограничены в их способности получать изображения больших образцов путем оптического рассеивания и других аберраций.
Другие методы в настоящее время имеют лучшее разрешение, но труднее в использовании или медленнее. Преимущества метода заключаются в простоте использования и, что более важно, совместимости с большими объемами, что является проблемой для существующих технологий.
Исследователи предполагают, что эта технология может оказаться очень полезной для ученых, пытающихся получить изображение клеток мозга и составить карту того, как они соединяются друг с другом в больших районах.
Другие возможные применения этой технологии включают изучение метастаза опухоли и ангиогенеза (рост кровеносных сосудов для питания опухоли), или визуализацию того, как иммунные клетки атакуют определенные органы во время аутоиммунного заболевания.
