Näkemisen yksityiskohdat nisäkässoluissa

Avaimet 50 - Usko on näkymättömän näkemistä (Kesäkuu 2019).

Anonim

Vuonna 2014 WE Moerner, Stanford Universityn kemian professori Harry S. Mosher voitti kemian Nobel-palkinnon yhteistyössä kehittämään tapaa kuvataulujen muodostamiseksi soluissa erittäin korkealla resoluutiolla, jota kutsutaan superresoluution mikroskopiksi. Nyt hän ja hänen laboratorionsa ovat luoneet uuden mikroskoopin, joka tuottaa nikkelisolujen 3D-nanokokoisia kuvia kokonaisuudessaan.

"Solussa on koko kaupunki proteiineja, entsyymejä ja rakenteita, jotka toimivat koko ajan", Moerner sanoi. "Meillä on jonkinlainen käsitys siitä, mitä solussa on - monet meistä tuntevat piirustukset mitokondrioista tai endoplasmasta - mutta se on keskimääräinen ajatus. Kun tarkastelemme yksittäisiä soluja, tunnemme, että kaikki eivät ole täsmälleen samanlaisia ​​kuin kuvia, joita meillä on oppikirjoissa. "

Moerner-laboratorio yhdistää kemian, fysiikan, optiikan ja tekniikan luomaan parempia tapoja peittää soluja solujen näkemiseksi yksittäisten molekyylien toiminnan suhteen. Yhteistyössä monien muiden laboratorioiden kanssa ryhmä keskittyy biologisiin aiheisiin, kuten Huntingtonin taudin proteiinikuitujen rakenteiden mittaamiseen, DNA: n yksittäisten säikeiden organisointiin ytimessä ja dokumentoimalla solujen rakenteellisia muutoksia lääketieteellisten hoitojen aikana.

Pannukakkuja ja taikuutta

Uusi mikroskooppi, jonka tutkijat kutsuvat TILT3D: ää, ja jota kuvasivat äskettäin Nature Communicationsissa julkaistussa artikkelissa, yhdistää kaksi uutta kuvantamistekniikkaa superresoluution mikroskopiaan, jotta saadaan hyvin selkeät kolmiulotteiset kuvat rakenteista ja yksittäisistä molekyyleistä solussa.

Yksi kahdesta uudesta tekniikasta, jota kutsutaan kallistetuksi valolevyn valaistukseksi, kohdistuu ongelmien tarkentamiseen ja toiminnallisuuteen, jotka esiintyvät nykyisten valotustekniikoiden kanssa. Useimmissa valomikroskoopeissa solutesti valaistaan ​​alhaalta.

"Tämä on ongelma, jos haluat tutkia solun yksityiskohtia, koska se johtaa visuaalisesti valkeisiin kuviin, joissa vain jotkut osat ovat keskenään - kuten pitkän matkan ottamia kuvia", kertoo tutkija Anna-Karin Gustavsson. Moerner-laboratoriossa ja paperin johtajana.

Vakiovalolevyn valaistus saa tämän ongelman ympärille paistaa vain osittain valoa sisäänpäin, jotta saadaan näytteen pannukakkuinen valaistus. Jopa tämän edun vuoksi, jos yrität saada kevytarkki loistaa solun pohjasta, se kipuu näytteen sisältävän kammion kulmasta, joka vääristää kuvaa. Kallistamalla kevyt arkki, Moerner lab välttää lyömällä nurkkaan.

Sen lisäksi, että visuaalinen häiriö kallistetaan kevytlevyn kallistamalla, uusi mikroskooppi sisältää optisen menetelmän 3-D-kuvantamiseen. Tämän saavuttamiseksi tutkijat tunnistavat molekyylit solunäytteessä kemikaaleilla, jotka fluoresoivat valaistessaan ja käyttävät kemiallisia lisäaineita, jotta ne vilkkuvat kirkkaasti. Sitten, mitä Moerner kutsuu "optiseksi taikuudeksi", ryhmä säätää mikroskooppia muuntaakseen kukin loisteputki kahdeksi valokohdaksi eri kulmissa. Näillä kahdella pisteellä tutkijat voivat saada kunkin molekyylin aseman kolmessa ulottuvuudessa, mikä kertoo lopullisesta 3D-kuvasta.

Kolmiulotteisten kuvien pilkkominen päällekkäin, tutkijat voivat luoda solun top-to-bottom rekonstruoinnin. Kaltevien valokuvamallien avulla voidaan myös seurata 3-D-molekyylien liikkumista ajan mittaan kymmenien nanometrien tarkkuudella, mikä voisi kaapata molekyylit liimautumaan, liikuttamaan moottoreita tai satunnaisesti kulkemaan solun rakenteiden kautta.

Yhdistämällä TILT3D: n selkeät kuvat ja 3-D-ominaisuudet nykyisiin superresoluutioisiin tekniikoihin mikroskoopilla voidaan luoda tarkkoja kuvia superresoluutioisina - niin pieninä kuin kymmeniä nanometrejä tai noin 4 000 kertaa pienempiä kuin ihmisten hiukset ovat paksuja. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia tuottaa yksityiskohtaisia ​​3D-kuvia nisäkässolurakenteista, jopa niistä, jotka olivat aikaisemmin liian tiheitä kuvaan selkeästi.

Valmis jakamaan

Moerner ja hänen laboratoriomäärityksensä osal- listuivat onnistuneesti mikroskoopinsa tunnetuille solukkorakenteille. He ovat jo kävelemässä muissa laboratorioissa tämän mikroskoopin kopioinnin kautta. Suunnittelu voi olla modulaarinen lisä nykyisiin valomikroskoopeisiin. Tulevaisuudessa he toivovat, että heidän 3-D-kallistettua kevytlevyn valaistuskuvausta käytetään mihinkään projektiin.

"TILT3D on yksinkertaisempi kuin muut mikroskoopit, jotka on suunniteltu näiden haastavien näytteiden kuvaamiseen, ja niitä voidaan käyttää sekä staattisten rakenteiden että liikkuvien molekyylien kuvaamiseen", kertoo Gustavsson, jota osittain tukevat Karolinska Institutetin post doc -yhteisö Ruotsi. "Suunnittelimme sen olevan monipuolinen, ei sidottu tiettyyn kysymykseen."

Tutkijat jatkavat työskentelyä TILT3D: llä, erityisesti yhdistämällä staattisia ja dynaamisia tietoja useista eri proteiineista. Monien muiden innovaatioiden ja tutkimusten ohella soluvälitteisen kuvantamisen lisäksi he toivovat, että tämä tekniikka voi auttaa heitä ja muita oppimaan lisää solujen rakenteista ja prosesseista, yhdestä molekyylistä kerrallaan.

menu
menu