Новый метод визуализации окрашивает биологические молекулы в техноцвет

Новый метод визуализации PICASSO, названный в честь Пабло Пикассо, может прояснить структуру самого сложного объекта — мозга. Метод использует искусственный интеллект для разделения спектральных цветов флуорофоров — крошечных молекул, используемых для окрашивания белков. Это позволяет исследователям одновременно использовать более 15 цветов для визуализации и анализа перекрывающихся белков.

Разработчики PICASSO из Кореи опубликовали свой подход 5 мая в журнале Nature Communications.

Флуорофоры излучают определённые цвета при возбуждении светом, но если используется более четырёх флуорофоров, их цвета накладываются и смешиваются. Ранее для коррекции этого наложения использовались референсные спектры, полученные на образцах с одним флуорофором. Однако, как отметил соавтор работы Ён-Гю Юн из KAIST, в таких гетерогенных образцах, как мозг, спектры излучения сильно различаются в зависимости от субрегиона, что делает процесс получения референсов неэффективным.

"Чтобы решить эту проблему, мы разработали подход, не требующий измерения референсных спектров", — сказал Юн.

Метод получил название PICASSO ("Process of ultra-multiplexed Imaging of biomolecules viA the unmixing of the Signals of Spectrally Overlapping fluorophores"). Ультрамультиплексная визуализация позволяет увидеть множество отдельных компонентов в клетке.

"Мы разработали стратегию, основанную на теории информации: разделение сигналов выполняется путём итеративной минимизации взаимной информации между смешанными изображениями", — пояснил другой соавтор, Чже-Бём Чанг из KAIST. — Это позволяет отказаться от предположения о взаимном исключении пространственного распределения разных белков и обеспечивает точное разделение информации".

Для демонстрации возможностей PICASSO исследователи применили его для визуализации мозга мыши. В одном раунде окрашивания им удалось провести 15-цветную мультиплексную визуализацию. По словам Юна, комбинируя PICASSO с другим методом визуализации, команда достигла 45-цветной визуализации мозга мыши всего за три цикла окрашивания.

"PICASSO — это универсальный инструмент для мультиплексной визуализации биомолекул в культивируемых клетках, срезах тканей и клинических образцах", — сказал Чанг. — Мы ожидаем, что PICASSO будет полезен для широкого круга задач, где важна пространственная информация о биомолекулах. Одно из таких применений — изучение клеточной гетерогенности микроокружения опухоли, особенно гетерогенных популяций иммунных клеток, которые тесно связаны с прогнозом рака и эффективностью терапии".