Атомно-силовой микроскоп приспособили для наблюдений за живыми клетками

Изображения разных стадий клеточного деления с помощью атомно-силового микроскопа
D. Guan et al./ Physical Review Applied, 2017
Физики из Франции и Гонконга разработали конфигурацию атомно-силового микроскопа, которая позволяет наблюдать за движением живых клеток. В качестве зонда микроскопа была выбрана длинная иголка, частично погруженная в жидкость, причем использовались одновременно две частоты колебаний иголки. С помощью предложенного метода можно получить изображение более высокого разрешения по сравнению с традиционными методами оптической микроскопии, а также измерить динамику изменения механических свойств клеток. Работа опубликована в Physical Review Applied.
Несмотря на то, что изначально атомно-силовая микроскопия разрабатывалась исключительно как метод получения трехмерных изображений твердых поверхностей, сейчас с помощью нее ученые получают много дополнительной информации. Так, атомно-силовой микроскоп дает информацию о химическом составе поверхности, ее механических свойствах и толщине покрывающей ее капиллярной пленки. Возможность того или иного способа использования атомно-силового микроскопа зависит во многом от свойств иголки-зонда, с помощью которой проводится эксперимент. Эти иголки могут отличаться по длине, заостренности кончика и материала. Иногда вместо иголок в качестве зонда используют частицы других форм.
В своей новой работе физики из Франции и Гонконга разработали методику, которая позволяет использовать атомно-силовую микроскопию для изучения движущихся клеток. Работа с клетками подразумевает проведение самого эксперимента в водной среде, поэтому для измерений ученые выбрали следующую конфигурацию. В качестве зонда была использована иголка длиной около 150 микрон, что примерно в 10 раз длиннее тех, что используются в стандартных конфигурациях. Такая иголка позволяет погрузить в жидкость только ее нижнюю часть, а место крепления при этом остается на воздухе. Кроме того, для ослабления возможного взаимодействия между иголкой и клеткой, использовалась не металлическая, а стеклянная иголка.
Другой особенностью работы системы было наложение двух частот колебаний иголки. Частота в 50 килогерц использовалась для определения положения клетки, а частота 300 килогерц использовалась для определения ее механических свойств.
Для проверки предложенного механизма авторы работы изучили процесс деления раковых клеток человека HeLa. В результате ученым не только удалось получить трехмерные изображения клеток в процессе деления с высоким разрешением, но и проследить за изменением упругих свойств клеточной мембраны.
Обычно для исследования клеточной динамики используются различные методы оптической микроскопии с повышенным пространственным и временным разрешением. Пространственное разрешение оптических методов обычно не превосходит 1 микрона, зато они дают возможность с помощью флуоресцентных меток исследовать клеточную динамику в небольших живых организмах, например некоторых насекомых.
Александр Дубов