Nowa metoda obrazowania daje żywy wgląd w funkcjonowanie komórek

Łącząc dwie metody mikroskopii, naukowcy EPFL są w stanie jednocześnie zobaczyć, co dzieje się wewnątrz komórki i na jej błonie, dając niespotykany dotąd wgląd w procesy komórkowe zachodzące na przykład podczas infekcji.

Komórki są podstawowym składnikiem organizmów żywych i są gospodarzem wielu złożonych zjawisk biologicznych. Naukowcy muszą być w stanie szczegółowo zbadać te zjawiska, aby zrozumieć określone rodzaje zaburzeń i chorób, a następnie opracować skuteczne metody leczenia. Ale aktywnie monitoruj życie komórki W skali mikro lub nano wciąż jest wyzwaniem. Łącząc dwie różne metody mikroskopii, naukowcy EPFL z dwóch różnych laboratoriów opracowali system, który można wykorzystać do obserwowania żywych komórek w akcji z niezrównaną dokładnością. Ich odkrycia pojawiają się w dwóch artykułach: jednym opublikowanym w Komunikacja przyrodnicza w lipcu, a drugi ukazuje się dziś w ACS nano.

„Obecnie dostępne metody stwarzają kilka wyzwań technicznych, które należy monitorować żywe komórki Na tak szczegółowym poziomie „mówi George Vantner, szef Laboratorium EPFL ds. Nanomateriałów i Biologii (LBNI).” Techniki takie jak Mikroskop elektronowy Pozwala na niezrównaną precyzję powierzchni komórki w nanoskali, ale wymaga umieszczenia próbek pod próżnią i bombardowania elektronami. Organizmy po prostu nie mogą przetrwać tego rodzaju leczenia. Inną popularną metodą jest mikroskopia fluorescencyjna. Chociaż pozwala na obserwację próbek bez ich niszczenia, trudno jest uzyskać wystarczającą rozdzielczość, aby rozwiązać trójwymiarową powierzchnię komórki. Ponadto wymagana dawka fotonów może spowodować uszkodzenie komórek”.

Dlatego naukowcy z EPFL postanowili połączyć dwa uzupełniające się mikroskopy, aby obserwować powierzchnię komórki i aktywność molekularną wewnątrz, które są minimalnie inwazyjne dla żywych komórek. Połączyli stochastyczne obrazowanie oscylacji optycznej (SOFI), które można wykorzystać do oglądania docelowych cząsteczek i zjawisk zachodzących w komórkach, z Badanie mikroskopowe sondy (a dokładniej mikroskopia przewodnictwa jonowego – SICM). Mikroskopia sondy na ogół obejmuje dotykanie próbki komórki bezpośrednio końcówką sondy w celu ujawnienia jej powierzchni i odwzorowania jej topografii. Jednak mechaniczny kontakt między próbką a końcówką jest szkodliwy dla obserwacji żywych komórek, ponieważ zaburza pierwotny stan komórek. Dlatego zespół EPFL opracował mikroskop, w którym fizyczną sondę zastąpiono szklanym nanootworem, który mierzy przepływ jonów w celu bezkontaktowego wykrywania powierzchni komórki.

Chodzi o interakcję

Połączenie tych dwóch metod toruje drogę bezprecedensowym obserwacjom naukowym. Podczas mikroskop fluorescencyjny Dając naukowcom wgląd do wnętrza poszczególnych komórek, mikroskopia skaningowa przewodnictwa jonowego umożliwia im tworzenie trójwymiarowych obrazów topograficznych błon komórkowych. W ten sposób EPFL umożliwia naukowcom jednoczesne oglądanie wewnętrznych i zewnętrznych części komórek, dając im cenny wgląd w powiązania między zjawiskami zachodzącymi jednocześnie w tych dwóch zjawiskach. różne miejsca.

„Błona komórkowa wchodzi w interakcję z otoczeniem”, mówi dr Samuel Mendes Leitão. Studentka LBNI opracowała mikroskop SICM. „To tam zachodzi wiele procesów biologicznych i zmian morfologicznych, na przykład podczas infekcji komórki. Nasz system pozwala naukowcom analizować układy molekularne w komórce i mapować ich związek z dynamiką błony. Co więcej, możemy teraz bardzo szczegółowo śledzić tę dynamikę dla skali czasu poniżej sekundy Możliwość ciągłego obrazowania w nanoskali przez dłuższy czas jest jednym z głównych wyzwań w żywej komórce mikroskopia, ponieważ komórki są bardzo wrażliwe na drobne perturbacje”.

Poprawiona jakość obrazu

dr Vitotas Navikas Student z Laboratorium Nanobiologii EPFL (LBEN) opracował komponenty optyczne systemu: „Kolejną korzyścią z połączenia tych dwóch metod jest to, że niesamowicie poprawia jakość obrazu. Możemy teraz oglądać procesy komórkowe Dużo dokładniej.

Zespół EPFL jest przekonany, że ich system, który można wykorzystać do obserwacji takich zjawisk, jak ruch komórek, różnicowanie i komunikacja komórka-komórka, otwiera wiele nowych obszarów badań. Może być bardzo przydatny w biologii infekcji, immunologii i neuronauce – obszarach, w których ważne jest zrozumienie, jak komórka reaguje w czasie rzeczywistym na bodziec zewnętrzny.

Badanie to jest również dobrym przykładem przełomu, który może nastąpić, gdy naukowcy z dwóch różnych laboratoriów w EPFL łączą się i łączą swoją wiedzę ekspercką w dążeniu do wspólnego celu.