Исследователи из Токийского университета разработали новый микроскоп, способный одновременно визуализировать структуры в 14 раз более широком диапазоне интенсивности, чем традиционные микроскопы. Важно отметить, что этого достигают без использования флуоресцентных красителей или других меченых агентов, что делает его исключительно бережным к живым клеткам и идеальным для долгосрочных наблюдений. Это открытие, опубликованное в Nature Communications, решает фундаментальное ограничение современной микроскопии: компромисс между разрешением крупномасштабных клеточных структур и отслеживанием отдельных наночастиц.
Дилемма Микроскопии
На протяжении веков микроскопия была движущей силой научного прогресса. Однако передовые методы исторически требовали специализации. Квантитативная фазовая микроскопия (КФМ) превосходно визуализирует структуры размером более 100 нанометров, обеспечивая широкий обзор клеток, но не обладает чувствительностью для обнаружения мелких деталей. Интерферометрическая скаттер-микроскопия (iSCAT), наоборот, может отслеживать отдельные белки и наночастицы, но испытывает трудности с захватом всестороннего клеточного контекста, видимого с помощью КФМ.
Этот раскол вынуждает исследователей выбирать между целостными снимками и динамическим отслеживанием – до сих пор.
Соединяя Разрыв: Одновременное Измерение Света
Исследовательская группа под руководством Кохи Хори, Кейичиро Тода, Такумы Накамуры и Такуро Идегути предположила, что одновременное измерение света, рассеянного вперед и назад, может преодолеть это ограничение. Анализируя, как свет взаимодействует с образцом с обоих направлений, они стремились выявить широкий спектр размеров и движений в пределах одного изображения.
«Я хотел бы понять динамические процессы внутри живых клеток, используя неинвазивные методы», – объясняет Хори, подчеркивая мотивацию работы.
Подтверждение Микроскопа: Наблюдение Клеточной Смерти
Чтобы протестировать свой новый микроскоп, команда сосредоточилась на динамическом процессе: клеточной смерти. Записывая одно изображение, кодирующее информацию от света, движущегося вперед и назад, они продемонстрировали способность количественно оценивать как движение более крупных клеточных структур, так и движение крошечных частиц внутри клетки.
«Наша самая большая проблема», – объясняет Тода, – «заключалась в чистом разделении двух видов сигналов из одного изображения, поддерживая при этом низкий уровень шума и избегая их смешивания».
Количественная Оценка Размера и Движения
Полученный микроскоп не только захватывает движение структур в разных масштабах, но и оценивает размер и показатель преломления каждой частицы. Показатель преломления, мера того, как свет изгибается при прохождении через вещество, дает дополнительную информацию о составе и свойствах наблюдаемых частиц.
Эта объединенная возможность позволяет исследователям отслеживать динамические изменения внутри живых клеток без артефактов, вносимых флуоресцентной маркировкой. Унифицированный подход обещает ускорить исследования в фармацевтике, биотехнологии и других областях, требующих высокоразрешающего, долгосрочного наблюдения клеток.
Это развитие представляет собой значительный шаг к универсальной микроскопической платформе, способной преодолеть разрыв между микро- и нано-визуализацией.
