Хоча нанорозмірне структурне зображення клітин тепер можливе, прямий запис хімічного складу цих доменів відсутній. Вчені з Інституту передових наук і технологій Бекмана створили нову техніку, щоб «бачити» складні деталі та хімічний склад людської клітини з неперевершеною чіткістю та точністю. Їхній метод підходить до ідентифікації сигналу унікальним і неінтуїтивним способом.
Рохіт Бхаргава, професор біоінженерії в Університет штату Іллінойс Урбана-Шампейн який проводив дослідження, сказав: «Тепер ми можемо легше, ніж будь-коли, бачити всередині клітин у набагато кращій роздільній здатності та зі значними хімічними деталями. Ця робота відкриває багато можливостей, включаючи новий спосіб дослідження хімічних і фізичних аспектів, які керують розвитком людини та захворюваннями».
Ця нова робота створена завдяки останнім досягненням у хімічному зображенні.
Опромінювання клітини ІЧ-промінням підвищує її температуру та призводить до розширення клітин. Ми можемо порівняти пуделя з лавкою в парку, щоб побачити, що немає двох предметів, які однаково поглинають інфрачервоні хвилі. Окуляри нічного бачення також показують, що тепліші об’єкти створюють сильніші ІЧ-сигнали, ніж холодніші. Те саме вірно всередині клітини, де кілька типів молекул вивільняють певну хімічну сигнатуру та поглинають ІЧ-проміння на різній довжині хвилі. Вчені можуть визначити місцезнаходження кожного за допомогою спектроскопічного аналізу моделей поглинання.
Замість того, щоб аналізувати моделі поглинання як колірний спектр, вчені інтерпретували ІЧ-хвилі за допомогою детектора сигналу: маленький промінь, прикріплений до мікроскопа одним кінцем, з тонким кінчиком, який шкрябить поверхню клітини, як нанорозмірна голка програвача.
Після розширення клітини рух детектора сигналу стає більш перебільшеним і генерує «шум»: так звану статику, яка перешкоджає точним хімічним вимірюванням.
Бхаргава сказав, «Це інтуїтивно зрозумілий підхід, оскільки ми звикли вважати більші сигнали кращими. Ми вважаємо, що чим сильніший ІЧ-сигнал, тим вищою стає температура клітини, тим більше вона розширюється, і тим легше її буде бачити».
Сет Кенкель, докторант у лабораторії професора Бхаргави та провідний автор дослідження, сказав: «Це схоже на збільшення циферблата на статичній радіостанції — музика стає голоснішою, але шуми теж».
«Іншими словами, незалежно від потужності ІЧ-сигналу, якість хімічного зображення не може покращитися».
«Нам потрібне було рішення, щоб зупинити зростання шуму разом із сигналом».
Замість того, щоб зосередити свою енергію на найпотужнішому ІЧ-сигналі, вчені почали експериментувати з найменшим сигналом, яким вони могли керувати, гарантуючи, що вони зможуть ефективно реалізувати своє рішення, перш ніж підвищити силу.
Kenkel сказав, «Хоча це було «контрінтуїтивно», але почати з малого дозволило нам вшанувати десятиріччя досліджень спектроскопії та закласти важливу основу для майбутнього галузі».
Цей підхід дозволяє отримати хімічні та структурні зображення клітин з високою роздільною здатністю на нанорозмірі — масштабі, який у 100,000 XNUMX разів менший, ніж нитка волосся. Найважливіше те, що ця методика не містить флуоресцентних міток або фарбувальних молекул, щоб підвищити їх видимість під мікроскопом.
Довідка з журналу:
- Сет Кенкел, Марк Грика та ін. Хімічне зображення клітинної ультраструктури за допомогою інфрачервоних спектроскопічних вимірювань нульового відхилення. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
