«Наша система основана на простой концепции, что является одним из ее преимуществ», – сказал доцент Такуро Идегучи из Исследовательского института фотонов и технологий Токийского университета. Результаты команды Идегучи были недавно опубликованы в журнале Optica, исследовательском журнале Оптического общества.
Новый метод также имеет преимущества, заключающиеся в том, что не нужно убивать клетки, повреждать их интенсивным светом или искусственно прикреплять флуоресцентные метки к определенным молекулам.
Этот метод сочетает в себе два ранее существовавших инструмента микроскопии и использует их одновременно. Комбинацию этих инструментов можно рассматривать просто как книжку-раскраску.
«Мы собираем черно-белый контур клетки и виртуально раскрашиваем детали о том, где расположены различные типы молекул», – сказал Идегучи.
Количественная фазовая микроскопия собирает информацию о черно-белом контуре клетки с помощью импульсов света и измерения сдвига световых волн после их прохождения через образец.
Эта информация используется для восстановления трехмерного изображения основных структур внутри клетки.
Молекулярно-вибрационная визуализация обеспечивает виртуальный цвет с использованием импульсов света в среднем инфракрасном диапазоне для добавления энергии определенным типам молекул.
Эта дополнительная энергия заставляет молекулы вибрировать, что нагревает их локальное окружение. Исследователи могут повысить температуру определенных типов химических связей, используя различные длины волн среднего инфракрасного света.
Исследователи получают количественное изображение клетки с помощью фазовой микроскопии с выключенным средним инфракрасным светом и изображение с включенным светом. Разница между этими двумя изображениями затем показывает как очертания основных структур внутри клетки, так и точное расположение типа молекулы, на которую нацелился инфракрасный свет.
Исследователи называют свой новый комбинированный метод визуализации биохимической количественной фазовой визуализацией с фототермическим эффектом в среднем инфракрасном диапазоне.
«Мы были впечатлены, когда впервые наблюдали характерную для белков молекулярную вибрационную сигнатуру, и мы были еще больше взволнованы, когда этот белок-специфический сигнал появился в том же месте, что и ядрышко, внутриклеточная структура, в которой ожидается большое количество белков», – сказал Идегучи.
Команда Идегучи надеется, что их метод позволит исследователям определить распределение основных типов молекул внутри отдельных клеток. Очертания основных структур с помощью количественной фазовой микроскопии могут быть виртуально окрашены с использованием различных длин волн света для целенаправленного воздействия на белки, липиды (жиры) или нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК).
В настоящее время создание одного полного изображения может занять 50 секунд или больше. Исследователи уверены, что смогут ускорить процесс с помощью простых улучшений своих инструментов, включая более мощный источник света и более чувствительную камеру.
Сотрудники Университета Осаки, других факультетов Токийского университета и Японского агентства науки и технологий также внесли свой вклад в это исследование.