Нов метод за визуализация разкрива безпрецедентни подробности за клетъчното делене
През 2014 година учените получиха Нобелова премия по химия за създаването на наноскопията – техника за биоизобразяване със свръхразделителна дарба, която дава опция за наблюдаване на обособените молекули. Тя обаче може да се употребява единствено за правене на моментни фотоси за няколко десетки секунди. Вдъхновен от тази техника, проучвателен екип създаде концепцията за суперразделителна дарба „ PINE “, която разрешава наблюденията да се удължат до 250 часа, разкривайки неподозирани до момента молекулярни елементи на клетъчното разделяне.
В природата всяка конструкция, жива или не, се образува и провежда посредством обединяването на милиарди обособени съставни елементи. Тази динамичност на сглобяване обгръща най-малко 3 порядъка по мярка и дължина и най-малко 5 порядъка по време. Свръхвисоката разграничителна дарба докара до гражданска война в региона на биоизображенията, като даде опция за проучване на тази динамичност в мащаби до 10 нанометра, което подхожда на резолюция от 100 атома.
Като цяло съществуващите техники за суперразделителна дарба включват съзнателно предизвикателство на фотоизбледняване. Целта на този развой е да се осветят молекулите, маркирани с флуорофор (флуоресцентен маркер), тъй че те да отразяват светлината, която изчезва след няколко десетки секунди. Въпреки високата разграничителна дарба на изображенията, реконструирани от флуоресцентните точки, този протокол предизвиква необратимо разграждане и доста лимитира времето за наблюдаване, което не е идеалното решение за наблюдаване на биомолекулните процеси за дълги интервали от време.
„ Живата клетка е динамично място с оживени протеини, които се появяват тук и там. Нашата система за супер разграничителна дарба е доста привлекателна за визуализиране на тази динамична интензивност “, отбелязва в известие за пресата Гуанджи Куи, докторант в катедрата по електротехника и компютърно инженерство в Мичиганския университет и един от разработчиците на новата техника.
Тази нова техника, разказана в детайли в Nature Communications, уголемява обсега на наблюдаване със суперразделителна дарба до 250 часа.
Устройството, създадено от Цуй и сътрудниците му, е фазово-интензивен наноскоп без потребление на избелване (PINE). То включва интегриран многослоен тъничък филм въз основата на поливинилов алкохол и течнокристални полимери. Този филм разрешава случайно систематизиране на златните наносонди, употребявани вместо флуорофори, и заобикаля фотографското изсветляване.
Предишни проучвания демонстрираха, че методът на наносондата обезпечава еластично разпръскване на светлината без обезцветяване, което разрешава по-дълга суперразделителна дарба. Тези способи обаче са склонни към отклонения, които понижават точността на суперразделителната дарба. Освен това можеха да се употребяват единствено няколко наносонди, до момента в който за оптимално възобновяване на изображенията на следените структури са нужни хиляди наносонди. Освен това те не са в положение да реализират равнища на суперразделителна дарба, по-малки от 10 нанометра.
Методът на откривателите от Мичиган разрешава потреблението на популация от няколко хиляди наносонди и по този метод предлага разграничителна дарба, по-малка от 10 нанометра. Пръчиците с нанометрови размери реагират на светлината, която полимерният филм разрешава да бъде открита посредством отразяване в сходство с точно определелната фаза. Тази точност дава опция за избор на нанопръчиците според от ъгъла на рухване на светлината. Чрез записването на 10 до 30 изображения, всяко от които е направено под друг ъгъл на нанопръчицата, и комбинирането им в едно изображение, екипът е съумял да следи елементи в клетката в протеинов мащаб. За съпоставяне, тези елементи в един стандартен микроскоп биха били тотално замъглени.
„ Можем да правим дълготрайна наноскопия при размери, по-малки от 10 nm, и да наблюдаваме появяването на огромни съвкупления, включващи стотици клетъчни архитектури (> 900) в клетките, което е невероятно да се получи със в този момент съществуващата флуоресценция “, се споделя в тяхното проучване.
Увеличаване на невижданите до момента елементи
За да тестват новата техника, учените се пробваха да открият актин – влакнест протеин, който поддържа клетките, с диаметър към 7 нанометра. Въпреки че нанонишките са към половината от размера на протеините, те разкриват невиждани детайлности за процеса на клетъчното разделяне. Въпреки че разбираме основите на този развой, той остава значително мистериозен заради лимитираните технологии за наблюдаване.
Техниката PINE даде опция за наблюдаване на набор от 904 актинови влакна и сподели, че по време на клетъчното разделяне те се разтягат и отдалечават една от друга. Това разгръщане по-късно ги принуждава да се сближат, което им разрешава да се свържат още веднъж. Този развой се лимитира от наклонността на протеиновата мрежа да се уголемява и да притегля други прилежащи протеини. В резултат на това получената мрежа има наклонност да се свива, колкото повече връзки има, и да се уголемява, в случай че има по-малко връзки.
Установено е също по този начин, че държанието на актина е тясно обвързвано с държанието на клетката. Когато протеиновата мрежа се уголемява, клетката хазаин се свива. Но в противоположния случай клетката-гостоприемник се свива, когато протеините се уголемяват. Тази спорна динамичност е следена за първи път и откривателите се надяват в близкото бъдеще да схванат нейните последствия и вероятно влияние. По-конкретно, дерегулацията на този развой може да е в основата на някои патологии.
Това достижение може доста сполучливо да бъде комбинирано с създадените неотдавна изкуствени неврони, които показват същото нелинейно държание в отговор на дразнителите, като същинските и работят съвсем без сила. Тази технология разкрива нови благоприятни условия за лекуване на сърдечната непълнота, невродегенеративните болести и други патологии.
