Архив рубрики ~Лента новостей~

Химики разработали метод микроскопии сверхвысокого разрешения без лазера. Алгоритм использует свет химических реакций

Химики разработали метод микроскопии сверхвысокого разрешения без лазера. Алгоритм использует свет химических реакций
Химики разработали метод микроскопии сверхвысокого разрешения без лазера. Алгоритм использует свет химических реакций

Алгоритм использует свет химических реакций

Китайские ученые разработали метод микроскопии сверхвысокого разрешения, который обходится без лазерного возбуждения: вместо этого используется свет химических реакций. Новый алгоритм реконструкции позволил разглядеть внутриклеточные структуры с разрешением около 100 нанометров и непрерывно наблюдать за живой клеткой на протяжении 41 часа. Работа опубликована в журнале Nature.

Микроскопия сверхвысокого разрешения обычно строится на возбуждении флуоресцентных меток лазером, и это накладывает ряд ограничений. Главная проблема состоит в том, что чем ярче и дольше светит лазер, тем быстрее метки выцветают, и тем сильнее повреждается живая клетка. Альтернатива найдена в химическом свечении — у него нет фонового засвета, и оно куда бережнее к клетке. Но фотонов от единичной реакции рождается мало, поэтому для одного снимка нужна выдержка в десятки секунд, а это делает недоступным сверхвысокое разрешение, которое обычно достигается за счет анализа множества быстро сменяющихся кадров.

Цзяньдун Фэн (Jiandong Feng) из Чжэцзянского университета и Харбинского технологического института и его коллеги нашли решение проблемы. Разработанный ими метод записывает последовательность кадров свечения и ищет в мерцании отдельных молекул-излучателей корреляции между соседними пикселями. Подход чем-то похож на флуктуационную флуоресцентную микроскопию, но настроен под особенности химического, а не лазерного свечения. Чтобы компенсировать неравномерность свечения по полю зрения, авторы добавили карту энтропии, которая показывает, где на самом деле есть излучающие молекулы, и взвешивает по ней корреляционный анализ, а затем восстанавливают изображение финальной деконволюцией с ограничениями на разреженность и непрерывность сигнала.

Для электрохемилюминесцентной (ЭХЛ) микроскопии авторы сначала улучшили саму химию свечения: вместо стандартного трипропиламина они использовали в качестве сореагента бис(2-гидроксиэтил)амино-трис(гидроксиметил)метан, что подняло яркость ЭХЛ-изображений клеток примерно в 1000 раз при оптимизированных условиях визуализации. Улучшение объясняется присущим радикалу данного вещества долгим временем жизни и увеличенным расстоянием диффузии, что повышает вероятность его взаимодействия и реакции с органеллами, меченными Ru(bpy)32+. Это позволило применить новый метод к микротрубочкам клетки и получить разрешение 97 нанометров, сопоставимое с современными флуоресцентными методами сверхвысокого разрешения, причем всего по 100 кадрам с выдержкой 20 миллисекунд каждый. Метод справился и с трехмерной реконструкцией, которая была одной из главных технических проблем ЭХЛ-микроскопии. Ступенчато повышая напряжение на электроде синхронно со сдвигом фокуса, авторы различили микротрубочки, разнесенные на 235 нанометров по глубине и 116 нанометров в плоскости кадра. Новый метод с ЭХЛ подходит и для больших полей зрения: изображение площадью 0,53 × 0,53 квадратного миллиметра из девяти сшитых кадров получено со средним разрешением 153 нанометра.

Поскольку ЭХЛ-реакция запускается прямо на поверхности электрода, метод особенно чувствителен к структурам у поверхности клетки. Эту особенность использовали для сверхчувствительной визуализации белка-маркера раково-эмбрионального антигена: порог обнаружения оказался в восемь раз ниже, чем у флуоресцентного сверхразрешения за счет полного отсутствия автофлуоресцентного фона.

Тот же подход авторы перенесли на хемилюминесценцию и биолюминесценцию, используя ферментативную систему на основе люциферазы NanoLuc и флуоресцентного белка mNeonGreen с субстратом фурфуримазином. Для хемилюминесцентной съемки фиксированных клеток новый метод дал трехмерную реконструкцию митохондрий с разрешением 102 нанометра в плоскости кадра и 221 нанометр по глубине. Для биолюминесценции в живых клетках метод достиг разрешения 117 нанометров при съемке микрофиламентов, эндоплазматического ретикулума и микротрубочек, что на порядок лучше обычной биолюминесцентной микроскопии, ограниченной дифракционным пределом.

Главное преимущество биолюминесценции — это полное отсутствие лазера, а с ним — фотоповреждения и выцветания меток. В сравнении со структурированным освещением, одним из стандартных методов сверхразрешения для живых клеток, разница разительна: под непрерывным лазером уже за 18 минут теряется большая часть сигнала, а разработанный авторами метод на биолюминесценции сохраняет стабильную яркость часами. Это позволило непрерывно снимать живые клетки со сверхвысоким разрешением на протяжении 41 часа подряд без потери контраста и интенсивности свечения. Пользуясь этой выносливостью, ученые проследили за движением отдельных митохондрий при разрешении 104 нанометра: оказалось, что они движутся быстрее у края клетки и медленнее около ядра, а после примерно 25 часов съемки их количество начинает падать, а средний диаметр — расти, что похоже на признаки апоптоза. Отдельно авторы разглядели, как митохондрии передаются от одной клетки к другой, и выделили два типа движения при таком переносе: «прямое» — с почти прямолинейными траекториями и равномерной скоростью, и «непрямое» — более сложное, с остановками и последующим направленным движением к клетке-реципиенту.

Авторы подчеркивают, что разработанный ими метод не заменяет флуоресцентную микроскопию сверхвысокого разрешения, а просто компенсирует ее недостатки: сверхточные флуоресцентные методы дают субнанометровую локализацию, но плохо подходят для больших полей зрения и долгих съемок, а быстрые флуоресцентные методы для живых клеток обычно ограничены умеренным разрешением. Новый метод занимает промежуточную нишу, это сочетание приемлемого разрешения, большого поля зрения и куда большей по времени съемки живых клеток.

Ранее мы писали о том, как физики из Франции сделали акустический аналог сканирующей микроскопии, где использовали в качестве щупа пузырек воздуха.

Химия

Источник: nplus1.ru

Оцените материал:

Поделиться
Понравилась статья? Расскажите другим
ВКонтакте
Читайте также
Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Как нейросеть превращает идею в 3D-объект, российские школьники могут узнать… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Промо для вашего проекта — без монтажёра и копирайтера Скилл… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ «Хочу, чтобы было вот так» — как объяснить ИИ задание… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Скайнет отменяется: OpenAI отложила релиз GPT-6.1 Astra OpenAI придержала выпуск… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Ideogram выкатила новую модель для дизайна, постеров и точной работы… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Suno заходит на территорию ИИ-озвучки — в бете появилась генерация… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ChatGPT научился делать картинки в ВЕКТОРЕ — для этого вышел… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Apple разрабатывает ИИ-камеру для умного дома, которая присылает текстовое описание… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ИИ впервые в истории прошел тест Тьюринга в живом видеозвонке…. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ 🔥 БЕСПЛАТНАЯ ПОЧТИ АЛЬТЕРНАТИВА SUNO: ГЕНЕРИРУЕМ МУЗЫКУ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ Вышел… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Suno запустила Speech Beta, отдельную модель для создания озвучки Она… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Узнаём, что жрёт место на диске — нашли опенсорсную тулзу… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ИИ превращают в дизайнера логотипов — вышел скилл для сборки… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Я знаю, что ты видишь во сне! ИИ научился понимать,… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Как нейросеть превращает идею в 3D-объект, российские школьники могут узнать… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Промо для вашего проекта — без монтажёра и копирайтера Скилл… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ «Хочу, чтобы было вот так» — как объяснить ИИ задание… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Скайнет отменяется: OpenAI отложила релиз GPT-6.1 Astra OpenAI придержала выпуск… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Ideogram выкатила новую модель для дизайна, постеров и точной работы… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Suno заходит на территорию ИИ-озвучки — в бете появилась генерация… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ChatGPT научился делать картинки в ВЕКТОРЕ — для этого вышел… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Apple разрабатывает ИИ-камеру для умного дома, которая присылает текстовое описание… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ИИ впервые в истории прошел тест Тьюринга в живом видеозвонке…. Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ 🔥 БЕСПЛАТНАЯ ПОЧТИ АЛЬТЕРНАТИВА SUNO: ГЕНЕРИРУЕМ МУЗЫКУ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ Вышел… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Suno запустила Speech Beta, отдельную модель для создания озвучки Она… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Узнаём, что жрёт место на диске — нашли опенсорсную тулзу… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ ИИ превращают в дизайнера логотипов — вышел скилл для сборки… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Я знаю, что ты видишь во сне! ИИ научился понимать,…

Оставить комментарий