Электронная микроскопия дает ученым возможность заглянуть внутрь клетки, которую можно представить в виде Вселенной в миниатюре. И наши познания о ней также не имеют конца, как и познания о Космосе. С помощью даже самых мощных оптических микроскопов ученые могут увидеть только такие крупные компоненты клетки, как митохондрии и ядро. Но когда на помощь им приходит сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия, то пытливому глазу исследователя становятся доступны объекты размером в несколько нанометров
В наши дни электронная микроскопия (ЭМ) нашла широкое применение в микробиологии, вирусологии, биохимии, онкологии, медицинской генетике и иммунологии. Благодаря ЭМ раскрыта субмикроскопическая структура клеток, открыт ряд неизвестных ранее клеточных органелл, таких как лизосомы, рибосомы, микротрубочки, цитоскелет и прочие структуры, специфичные для разных видов клеток. С ее помощью удалось понять многие тонкие механизмы развития болезней, в том числе на ранних этапах их возникновения, еще до появления четкой клинической симптоматики.
К сожалению, просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) ограничена в своих возможностях по исследованию и диагностике поверхности клеточных структур, и четверть века назад вопрос о том, как заглянуть внутрь ядра и получить трехмерное изображение внутриядерных и околоядерных структур, был неразрешим. Дело в том, что тонкие срезы ткани, которые изучаются под микроскопами, являются двумерными и не позволяют судить о трехмерной структуре клеточных компонентов. Трехмерное изображение можно получить лишь после реконструкции сотен серийных срезов, и это длительный и трудоемкий процесс.
К настоящему времени разработаны прямые методы получения трехмерного изображения. Один из них состоит в изучении образца в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), который обычно меньше и устроен проще, чем просвечивающий электронный микроскоп. Для получения изображения в просвечивающем электронном микроскопе используются электроны, проходящие напрямую через образец, а в сканирующем электронном микроскопе регистрируются электроны, рассеиваемые или излучаемые его поверхностью. Для изучения в СЭМ образец должен быть сначала зафиксирован, высушен и покрыт тонкой пленкой тяжелого металла, после чего он сканируется узким пучком электронов. Электроны, отраженные и рассеянные при облучении образца, попадают в детектор, анализирующий полученную информацию, которая затем преобразуется в увеличенное изображение на экране.
Метод сканирующей электронной микроскопии обеспечивает значительную глубину фокусировки. Более того, поскольку масштабы рассеивания электронов определяются углом поверхности по отношению к сканирующему лучу, то на изображении возникают чередующиеся светлые и темные участки, создающие впечатление трехмерности. А с появлением высокоразрешающего сканирующего автоэмиссионного электронного микроскопа ученым удалось получить уникальные трехмерные снимки цитоплазматической и внутриядерной поверхности ядерной оболочки, изучить тонкое строение ядерных поровых комплексов и заглянуть непосредственно внутрь ядра. В России первый подобный сканирующий микроскоп был приобретен в апреле 2008 г. Институтом биомедицинской химии РАН (Москва).
Все представленные здесь и ряд других фотографий внутриклеточных структур были получены с использованием высокоразрешающего сканирующего электронного микроскопа к.б.н. Е.В. Киселевой (ИЦиГ СО РАН, Новосибирск) во время научных командировок в Институт раковых исследований им. Паттерсона (Манчестер, Великобритания). Снимки были использованы для иллюстраций результатов совместных исследований с британскими учеными в статьях, опубликованных в таких ведущих научных журналах, как Nature Cell Biol., Nature Review Mol. Cell Biol., J. Cell Sci., J. Mol. Biol.
