Ученые открыли новые горизонты для криогенной микроскопии
Ученые из EPFL создали новый исследовательский инструмент для наблюдения за биологическими образцами тканей, подготовленными с использованием метода, открытого около сорока лет назад нобелевским лауреатом Жаком Дюбоше. Их прибор — CryoNanoSIMS — единственный в своем роде в мире и открывает многообещающие новые направления исследований.
Группе профессора Андерса Мейбома потребовалось почти 10 лет и несколько прототипов, чтобы усовершенствовать метод анализа, известный как наномасштабная масс-спектрометрия вторичных ионов (NanoSIMS). CryoNanoSIMS может анализировать химический и изотопный состав витрифицированных (остеклованных) образцов тканей.
Используемый метод подготовки образцов был разработан в 1980-х годах Жаком Дюбоше, получившим за это прорыв Нобелевскую премию по химии 2017 года. Этот процесс, лежащий в основе современной криогенной электронной микроскопии, сохраняет все компоненты биологического образца в их первоначальном посмертном состоянии. Описание прибора и его потенциальных преимуществ опубликовано в BMC Biology.
"Теперь мы можем получать изображения, показывающие, где именно в клетке или образце ткани хранится или используется конкретное питательное вещество, или куда попадает данный препарат. Другого способа получить эту информацию не существует", — говорит Андерс Мейбом.
Новые исследовательские горизонты
С помощью CryoNanoSIMS ученые могут:
- Напрямую наблюдать точное субклеточное распределение соединений, важных для лечения бактериальных инфекций и рака.
- Визуализировать распределение микроэлементов в тканях растений, что критически важно для улучшения роста растений, урожайности и отслеживания загрязнителей окружающей среды.
- Проводить анализ с субклеточным пространственным разрешением.
"Наш прибор CryoNanoSIMS создает совершенно новые исследовательские возможности", — отмечает Мейбом.
Жак Дюбоше назвал новый инструмент "важным расширением области биологической химии".
Швейцарская точность
Технология NanoSIMS, представленная около 20 лет назад, уже произвела революцию в области визуализации, обеспечивая разрешение изображений 100 нм. Однако сопутствующие методы подготовки образцов приводят к искажению морфологии тканей и потере растворимых соединений.
Чтобы преодолеть эти препятствия, команда Мейбома:
- Разработала криогенный процесс подготовки образцов.
- Добавила новые физические компоненты (включая резервуар с жидким азотом) в аппарат NanoSIMS для работы с криогенными образцами.
"Было чрезвычайно сложно превратить прибор, работающий при комнатной температуре, в устройство, способное анализировать замороженные образцы тканей, сохраняя их холодными и стабильными в течение многих часов. Но нам это удалось", — говорит Мейбом.
От гидры до кораллов
Авторы исследования протестировали свой метод на образцах зеленой гидры. С помощью CryoNanoSIMS они смогли напрямую наблюдать, как это животное поглощает и усваивает аммоний — ключевое питательное вещество для многих водных организмов.
Следующим шагом будет применение метода к кораллам — еще одной области экспертизы лаборатории Мейбома. Это позволит изучать механизмы симбиоза между водорослями и кораллом и определять факторы, приводящие к обесцвечиванию и гибели кораллов.