Создан флуоресцентный микроскоп с рекордным разрешением
Группа американских ученых из медицинского института Говарда Хьюза разработала флуоресцентный микроскоп IsoView, обладающий рекордным пространственным и временным разрешением одновременно. Микроскоп способен визуализировать клеточную динамику во всех трех измерениях в крупных организмах (наподобие данио-рерио или плодовой мушки) с разрешающей способностью вплоть до четкости структуры отдельных клеток. В работе, опубликованной в Nature Methods, авторы использовали микроскоп для визуализации перемещения клеток при развитии эмбриона и активности мозга личинки плодовой мушки.
Флуоресцентная микроскопия представляет собой метод получения увеличенных изображений с использованием люминесценции возбужденных атомов и молекул образца. В отличие от электронной и атомно-силовой, флуоресцентная микроскопия позволяет наблюдать за внутренней микроструктурой клеток и даже небольших организмов, причем не только фиксированных, но и живых.
Ранее в 2012 году команда разработала микроскоп SiMView, способный быстро визуализировать большие трехмерные объекты, однако у этого микроскопа была недостаточная разрешающая способность: внутренние клеточные структуры были размыты, что делало невозможным нормальное изучение процессов, протекающих в клетках.
Для решения этой проблемы команда самостоятельно собрала микроскоп с четырьмя объективами, расположенными под прямыми углами друг к другу. С каждой из четырех сторон находится принимающий объектив и лазерный источник света. Каждое из получаемых объективами изображений имеет низкое разрешение по одной из осей, однако совмещение всех изображений позволяет сформировать окончательное с высоким разрешением по всем направлениям.
Одним из важнейших этапов работы является разработка программного обеспечения, объединяющего четыре изображения в единое трехмерное. Поскольку типичный эксперимент на флуоресцентном микроскопе длится более часа, а четыре камеры передают приблизительно 3,2 гигабайта данных в секунду, в результате получается около 10 терабайт сырых данных. Пространственное разрешение собранного микроскопа составляет 1,1-2,5 микрометра, а временное – 2 герца.
Авторы использовали микроскоп для изучения клеточной активности всей нервной системы у личинки плодовой мухи, чей организм имеет более 10 тысяч нейронов. Ранее единственным животным, чья нервная система была поклеточно разрешена, была нематода Caenorhabditis elegans, в организме которой содержится приблизительно в 50 раз меньше нейронов. Исследователи также визуализировали активность в мозгу мальков данио-рерио, демонстрируя разрешение отдельных нейронов в глубине головного мозга.
В 2014 году за «создание флуоресцентной спектроскопии высокого разрешения» двоим американским и немецкому ученым была вручена Нобелевская премия по химии.