В то время как наноразмерные структурные изображения клеток теперь возможны, прямая запись химического состава этих доменов отсутствует. Ученые из Института передовых наук и технологий Бекмана создали новую методику, позволяющую «видеть» сложные детали и химический состав человеческой клетки с беспрецедентной ясностью и точностью. Их метод подходит к идентификации сигнала уникальным и нелогичным способом.
Рохит Бхаргава, профессор биоинженерии Университет Иллинойса Урбана-Шампейн который руководил исследованием, сказал, «Теперь мы можем видеть внутренности клеток в гораздо более высоком разрешении и со значительными химическими подробностями легче, чем когда-либо. Эта работа открывает множество возможностей, в том числе новый способ изучения комбинированных химических и физических аспектов, которые управляют человеческим развитием и болезнями».
Эта новая работа вдохновлена последними достижениями в области химической визуализации.
Облучение клетки ИК-светом повышает ее температуру и приводит к расширение клеток. Мы можем сравнить пуделя со скамейкой в парке, чтобы увидеть, что никакие два предмета не поглощают инфракрасные волны одинаково. Очки ночного видения также показывают, что более теплые объекты генерируют более сильные ИК-сигнатуры, чем более холодные. То же самое верно внутри клетки, где несколько типов молекул испускают определенную химическую сигнатуру и поглощают ИК-свет с разной длиной волны. Ученые могут определить местонахождение каждого из них, спектроскопически анализируя модели поглощения.
Вместо того, чтобы анализировать паттерны поглощения как цветовой спектр, ученые интерпретировали ИК-волны с помощью детектора сигнала: крошечного луча, прикрепленного к микроскопу на одном конце, с тонким наконечником, который царапает поверхность клетки, как наноразмерная игла проигрывателя.
После расширения клеток движение детектора сигнала становится более преувеличенным и создает «шум»: так называемые статические помехи, которые мешают точным химическим измерениям.
Бхаргава сказал: «Это интуитивный подход, потому что мы привыкли считать более сильные сигналы лучшими. Мы считаем, что чем сильнее ИК-сигнал, тем выше становится температура клетки, тем больше она расширяется и тем легче ее будет увидеть».
Сет Кенкель, научный сотрудник лаборатории профессора Бхаргавы и ведущий автор исследования, сказал: «Это похоже на то, как если бы вы включили радиостанцию со статическими помехами — музыка становится громче, но помехи тоже».
«Другими словами, каким бы мощным ни был ИК-сигнал, качество химического изображения не могло улучшиться».
«Нам нужно было решение, чтобы шум не увеличивался вместе с сигналом».
Вместо того чтобы сосредоточить свои усилия на максимально сильном ИК-сигнале, ученые начали экспериментировать с самым слабым сигналом, с которым они могли справиться, гарантируя, что они смогут эффективно реализовать свое решение, прежде чем увеличивать мощность.
Кенкель — сказал, «Хотя это и «нелогично», начав с малого, мы смогли отметить десятилетие исследований в области спектроскопии и заложить фундамент для будущего этой области».
Этот подход позволяет получать химические и структурные изображения клеток с высоким разрешением в наномасштабе — масштабе, в 100,000 XNUMX раз меньшем, чем нить волосы. Что наиболее важно, этот метод не требует флуоресцентной маркировки или окрашивания молекул, чтобы улучшить их видимость под микроскопом.
Справочник журнала:
- Сет Кенкель, Марк Грика и др. Химическая визуализация клеточной ультраструктуры с помощью измерений инфракрасной спектроскопии с нулевым отклонением. PNAS, DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
