Новая техника окрашивает биомолекулы в тканях

Дополнительный детектор на электронном микроскопе помогает определить, какие молекулы находятся в каких частях клетки. Об этом сообщают учёные из UMCG и Делфтского технического университета в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

«Этот детектор позволяет нам присвоить цвет молекулам в клетке», — говорит руководитель группы из Гронингена Бен Гипманс. «Многоцветные электронные микроскопы — это новое дополнение к медицинским исследованиям, и они могут дать интересные результаты».

Электронные микроскопы могут показывать мельчайшие структуры в клетке с высокой детализацией, что делает их гораздо более точными, чем оптические микроскопы. «Но электронный микроскоп всегда показывает изображения в оттенках серого, — объясняет Гипманс. — Мы продемонстрировали, что с помощью этого детектора можно ввести цвет. Это можно сравнить с Google Earth — спутниковые изображения дают хорошее представление о том, как выглядит небольшая часть Земли, но если раскрасить дороги и города, ориентироваться становится намного проще. Точно так же, окрашивая молекулы, вы облегчаете понимание того, на какие биологические структуры вы смотрите».

Идентификация элементов

Исследователи использовали детектор, разработанный для материаловедения. «Мы приобрели детектор для изучения чрезвычайно малых структур в полупроводниковой промышленности, — говорит руководитель делфтской группы Якоб Хогенбум. — Мы уже работали с UMCG над другими проектами. Они использовали сопоставимые техники для окрашивания биологических образцов, но это давало только два цвета. Поэтому мы решили изучить их и с этим детектором».

Детектор может идентифицировать отдельные строительные блоки молекул, включая азот (N), фосфор (P), серу (S), железо (Fe) и другие металлы. Гипманс поясняет: «Например, ДНК содержит много фосфора. Если мы картируем фосфор в клетке и присвоим ему цвет, мы сможем увидеть, где находится ДНК».

Применение

Исследователи применили технику в своей области исследований — диабете 1 типа. «Мы изучили клетки поджелудочной железы крысы, чувствительной к диабету 1 типа. Мы могли чётко идентифицировать различные клетки поджелудочной железы. Клетки, производящие инсулин, приобрели цвет из-за серы, потому что инсулин содержит много серы, тогда как клетки, производящие глюкагон, получили другой цвет, поскольку этот гормон содержит другие элементы».

Ткань была идентифицирована в Гронингене и отправлена в Делфт, где новый детектор использовали для анализа определённых областей. Это привело к неожиданным наблюдениям. «У этой крысы мы могли видеть вещества в частях поджелудочной железы, где они обычно не встречаются», — объясняет Гипманс.

UMCG теперь имеет собственный детектор для «цветной ЭМ», и Гипманс уже получает клеточный материал из разных стран для тестирования новой техники.

Исследователи не первые, кто окрашивает элементы с помощью электронного микроскопа. «В предыдущем исследовании можно было окрасить только два вещества. Теперь мы можем одновременно измерять и окрашивать множество различных элементов. Я знал, что это должно быть возможно. Я долго об этом мечтал, но дело сдвинулось с мёртвой точки, только когда мы начали работать с Делфтом и использовали их детектор на нашей ткани».

Междисциплинарное сотрудничество привело к конкретным результатам. «Что, пожалуй, лучше всего в этой технике, так это её доступность. Это действительно новый инструмент микроскопии, который мы уже используем для многих исследовательских групп».

Изображения с цветного электронного микроскопа доступны по адресу: nanotomy.org.