Новый метод позволяет четко и точно заглянуть внутрь человеческих клеток
Исследователи из Института передовой науки и технологий Бекмана разработали инновационный способ «увидеть» тонкую структуру и химический состав человеческой клетки с беспрецедентной четкостью и точностью. Их техника, опубликованная в PNAS, использует нестандартный подход к детектированию сигналов.
«Биология — одна из самых захватывающих наук нашего времени, потому что всегда существовал разрыв между тем, что мы можем видеть, и тем, что не можем», — говорит руководитель исследования, профессор биоинженерии Рохит Бхаргава.
Ранее получение высокоразрешенной химической «карты» клетки было практически невозможным. Новый метод позволяет рассматривать клетки с гораздо более высоким разрешением и значительной химической детализацией.
Как это работает:
Метод основан на химической визуализации с использованием инфракрасного (ИК) света. Когда клетка поглощает ИК-излучение, она нагревается и расширяется. Каждый тип молекул в клетке поглощает ИК-свет на слегка разной длине волны, испуская уникальную химическую сигнатуру.
Однако традиционный подход, направленный на постоянное увеличение мощности ИК-сигнала для лучшего «разогрева» клетки, имел фундаментальный недостаток: сильное расширение клетки создавало «шум» (статику), который мешал точным химическим измерениям.
«Это как увеличить громкость на радиостанции с помехами — музыка становится громче, но и шум тоже», — поясняет ведущий автор исследования Сет Кенкел.
Контр-интуитивное решение:
Вместо усиления сигнала исследователи нашли способ «отделить» ИК-сигнал от движения детектора. Это позволило усиливать полезный сигнал без увеличения сопутствующего шума. Они начали эксперименты с самого слабого управляемого сигнала, чтобы отработать решение, а затем уже повышали мощность.
«Мы свернули на обочину, посмотрели на карту и направили машину в правильном направлении. Теперь увеличение скорости — усиление сигнала — может эффективно двигать область вперед», — приводит аналогию Бхаргава.
Результат:
Техника позволяет проводить химическую и структурную визуализацию клеток в наномасштабе (в 100 000 раз меньше толщины волоса) без использования флуоресцентных меток (красителей). Это открывает новые возможности для изучения комбинированных химических и физических аспектов, управляющих развитием человека и болезнями.
Исследование стало примером междисциплинарной науки, объединившей спектроскопию, механическую инженерию, обработку сигналов и биологию.
