Новый метод позволяет заснять движение молекул

Метод рассеивающей микроскопии позволяет увидеть движение белковых молекул в коже (на снимке) и в других тканях живого организма (Фото: Science/AAAS)

Более 10 лет сотрудники лаборатории профессора Синней Хи (Sunney Xie) в Гарвардском Университете в Кембридже в штате Массачусетс (Harvard University) разрабатывали новый метод, который получил название «рассеивающей комбинационной микроскопии» (Raman scattering microscopy или SRS). Результаты экспериментов были недавно опубликованы в журнале Science [1].

Рассеивающая комбинационная микроскопия обнаруживает молекулы, регистрируя колебания их химических связей. Микроскопы подают сигнал на объект с помощью двух лазерных лучей, настроенных так, чтобы разница частоты испускаемого ими излучения совпадала с частотой колебаний изучаемой молекулы [2].


Метод показывает проникновение дейтерированного диметилсульфоксида в живую кожу (на снимке) и в будущем может быть использован для контроля проникновения лекарств в здоровую ткань и в ткани опухолей (Фото: Science/AAAS).

Сдвиг длины волны, возникающий в результате рассеивания света введенным в структуру молекулы химическим красителем, можно использовать для визуализации молекулы без применения методик окрашивания флюоресцирующими веществами, которые необходимы при использовании других методов микроскопии. Конечно, введение флюоресцирующего красителя в структуру молекулы позволяет получить более точные и специфичные изображения молекулы, чем при применении метода рассеивающей микроскопии, который, например, не различает молекулу одного белка от другого. Однако внедрение в молекулу специальной флюоресцирующей метки значительно увеличивает ее размеры, что влияет на движение молекул и может нарушать их функционирование в живом организме. Новый метод рассеивающей комбинационной микроскопии решает эту проблему.

«Применение предыдущей версии метода рассеивающей микроскопии было ограничено низкой скоростью получения изображений. Среднее время фотографирования одной молекулы составляло 45 секунд, что было слишком медленно для получения изображения живого объекта», - рассказывает один из авторов статьи, аспирант лаборатории Кристиан Фрейдигер (Christian Freudiger).

Кристиан Фрейдигер вместе с другим аспирантом Брайаном Сааром (Brian Saar), который сейчас работает в Лаборатории Линкольна в Массачусетском Технологическом Институте в Лексингтоне (Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory), и их коллегами создали новый усилитель, позволяющий делать 25 фотографий объекта в секунду.

Кроме того, группа ученых отрегулировала детектор освещения в микроскопе, чтобы усилить его чувствительность рассеянного света. В результате ученые смогли получить изображение с тончайших срезов ткани.

«Именно перенаправление, а не поглощение света не позволяет вам посмотреть сквозь вашу руку. Если вы хотите изучить тонкие срезы, то не сможете получить фотографии молекулы в движении, потому что образец имеет слишком большие размеры», - объясняет Фрейдигер.

«Я впечатлен усовершенствованиями микроскопа, которые были сделаны моими коллегами. Новый микроскоп воспринимает как минимум в 10 раз больше обратно рассеянного света по сравнению с микроскопом, описанным несколько лет назад этой же командой ученых в журнале Science [2]. Усиление чувствительности метода позволит использовать его для изучения проникновения лекарственных препаратов в здоровые ткани и ткани опухолей. При этом в структуру лекарственного вещества не нужно будет вводить специальные красители», - говорит инженер в области биомедицинских технологий из Эдинбургского Университета в Великобритании (University of Edinburgh) Энди Доунс (Andy Downes), который работает с похожими микроскопами.

Фрейдигер и его коллеги проводят совместные эксперименты с биоинженером Эриком Сейбелом (Eric Seibel) из Университета Вашингтона в Сиэтле (University of Washington). Вместе они пытаются уменьшить размеры системы, используя волоконную оптику. Ученые уже разработали прототип микроскопа, ширина которого составляет один сантиметр, а размеры сравнимы с размерами шариковой ручки. Кроме того, Фрейдигер работает вместе с хирургами, с которыми пытается разработать методику применения нового микроскопа во время хирургических операций.

«Я надеюсь создать микроскоп шириной в один миллиметр», - говорит Фрейдигер.

Литература:
1. Saar, B.G. et al. Science 330, 1368-1370 (2010)
2. Freudiger, C.W. et al. Science 322, 1857-1861 (2008)

По материалам:
NatureNews