Международная группа исследователей из Морской биологической лаборатории (MBL) разработала гибридный микроскоп, объединяющий технологию поляризованной флуоресценции с двухсторонним световым микроскопом (diSPIM). Новый прибор впервые позволяет одновременно наблюдать полную трёхмерную ориентацию и положение группы молекул, например, меченых белков внутри клеток.
«Существуют важные биологические процессы, которые невозможно увидеть, наблюдая только за изменением положения молекулы», – объясняет первый автор исследования Талон Чендлер из CZ Biohub в Сан-Франциско.
Одним из примеров применения нового микроскопа является изучение веретена делящейся клетки – задача, долгое время остававшаяся сложной для исследователей. Как отмечает соавтор работы, старший научный сотрудник MBL Рудольф Ольденбург, традиционная микроскопия, включая поляризованный свет, позволяет хорошо изучать веретено только когда оно находится в плоскости, перпендикулярной направлению обзора. При наклоне плоскости получаемые данные становятся неоднозначными. Новый инструмент позволяет корректировать наклон и при этом фиксировать трёхмерную ориентацию и положение молекул веретена (микротрубочек).
Идея создания микроскопа возникла в 2016 году когда учёные работали со специально разработанным микроскопом diSPIM. Особенность этого микроскопа заключается в наличии двух оптических путей, встречающихся под прямым углом на образце, что позволяет освещать и получать изображение образца с двух ракурсов. В ходе обсуждения учёные поняли, что двухсторонний микроскоп может также решить ограничение поляризационной световой микроскопии, связанное со сложностью эффективного освещения образца поляризованным светом вдоль направления распространения света.
Команда исследователей оснастила diSPIM жидкими кристаллами для изменения направления входной поляризации. Талон Чендлер и Мин Го провели значительную работу над алгоритмами реконструкции данных, пока не достигли цели получения полных трёхмерных реконструкций молекулярной ориентации и положения.
В настоящее время команда работает над увеличением скорости системы, чтобы наблюдать изменения положения и ориентации структур в живых образцах в режиме реального времени. Исследователи также надеются, что разработка новых флуоресцентных зондов позволит использовать их систему для визуализации более широкого спектра биологических структур.