Новый инструмент может помочь молекулярным биологам понять сложные процессы в клетках

Новый инструмент может помочь молекулярным биологам понять сложные процессы в клетках

Исследователи Northwestern Engineering разработали новую платформу, которая может отображать отдельные молекулы в 3-D, позволяя глубже исследовать внутреннюю работу клеток.

Платформа использует спектроскопическую микроскопию локализации одной молекулы (sSMLM), инструмент, который может одновременно собирать пространственную информацию об отдельных молекулах и их спектроскопических сигнатурах.

Исследователи усовершенствовали инструмент, объединив существующий sSMLM с двухзеркальной системой, что позволяет ему отображать молекулы в трехмерном изображении на гораздо больших глубинах. Этот новый инструмент может помочь молекулярным биологам понять сложные процессы внутри клеток.

«Наш дизайн относительно прост в реализации и позволит нам изучать молекулярные взаимодействия гораздо лучше, чем раньше», — сказал Хао Чжан, профессор биомедицинской инженерии и соавтор исследования. «Теперь мы можем видеть не только то, где находятся молекулы, но и то, что они есть». Чжан разработал технологию совместно с профессором машиностроения Ченгом Саном.

Результаты были опубликованы 21 мая в журнале Optica . Соавторы включены Ки-Хи Сонг, доктор философии. кандидат, и Ян Чжан, доктор наук, оба из отдела биомедицинской инженерии Northwestern.

Отображение в 3D

В последние годы ученые и инженеры использовали sSMLM для лучшего понимания молекулярных взаимодействий и клеточной динамики. Система предоставляет информацию о местонахождении молекул и о том, как эти молекулы взаимодействуют со светом, что говорит ученым, какой тип молекулы они видят.

Но система работает только в двух измерениях, давая лишь частичное представление о молекулах и их взаимодействиях.

Чжан и Сунь хотели расширить изображение до 3-D и первоначально разработали способ сделать это, добавив дополнительную линзу, но обнаружили, что пара зеркал может достичь того же эффекта гораздо более элегантным способом.

Зеркала работают путем введения оптической разницы в длину пути в системе, которая улучшает способ, которым система использует фотоны. В отличие от линз, большинство зеркал не ослабляют отраженный свет, что означает, что больше нанотонов можно использовать для наноскопической локализации, чтобы создать более четкое изображение и расширить изображение в 3-мерном диапазоне глубины.

Благодаря возможности трехмерной наноразмерной визуализации, исследователи могут видеть больше взаимодействий, происходящих во внутриклеточном объеме, без тени от поверхности. Например, Чжан, Сан и их сотрудники используют систему для изучения межклеточного распределения молекул, наблюдая за тем, как РНК транспортируется и взаимодействует с клеточными органеллами, прежде чем транслироваться в белки.

«Эта система может иметь глубокие последствия в молекулярной биологии», — сказал Чжан.

Хотя в предыдущих системах молекулярной визуализации использовались оптические фильтры для обнаружения различных типов молекул на основе их хорошо разделенных цветов излучения, новая система может обнаруживать незначительные различия в молекулярных излучениях каждой отдельной молекулы и анализировать спектр для их дифференциации.

«Теперь мы можем раскрашивать каждую молекулу в цвет», — сказал Сун. «Это ключевая сила».

Понимание наноразмерных процессов

Далее исследователи надеются продолжить совершенствовать технологию, а также использовать ее в исследованиях молекулярной биологии.

Они работают с сотрудниками, чтобы изучить структуру пор ядра и его участие в дифференцировке стволовых клеток, а также изучают деполяризацию мембраны митохондрий, событие, связанное со многими заболеваниями, включая потерю зрения у пациентов с диабетом. Они также надеются, что их технология помогает другим в этой области.

«Это очень элегантный дизайн, — сказал Сун. «Система может быть очень легко внедрена в других лабораториях, и она имеет прекрасную производительность».

Источник

Поделиться ссылкой ВКонтакте Поделиться ссылкой в Facebook Поделиться ссылкой в Twitter Поделиться новостью в ЖЖ Поделиться ссылкой в Моем Мире Поделиться ссылкой в Яндекс.Блоге Поделиться ссылкой в Одноклассниках

23.05.2019 8:06 | Сергей Стробин

0