Новая технология точного наносегментирования повысит качество 3D-визуализации клеток

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) разработали инновационный подход, значительно повышающий прецизионность подготовки биологических образцов для криоэлектронной томографии (криоЭТ). Данная технология позволяет воссоздавать трехмерные модели внутриклеточных структур с субнанометровым разрешением, однако для ее реализации требуются ультратонкие срезы толщиной не более 200 нанометров.

Основная сложность заключается в том, что большинство клеток, включая человеческие, обладают слишком высокой плотностью для прямого прохождения электронного пучка. Чтобы преодолеть этот барьер, ученые применяют ионно-лучевое травление для формирования тончайших пластин из клеточного материала. Ранее процесс точного попадания в конкретную органеллу — будь то рибосома или хлоропласт — носил во многом вероятностный характер и требовал множества трудоемких попыток.

Предложенная методика интегрирует световую микроскопию непосредственно в процесс ионно-лучевого фрезерования. Специалисты задействовали систему совмещения трех осей (tri-coincident system), которая синхронизирует фокальные плоскости сканирующего электронного микроскопа, ионного пучка и оптического модуля. В отличие от стандартных коммерческих решений, эта установка позволяет осуществлять флуоресцентный мониторинг непосредственно в процессе обработки образца.

В основе метода лежит феномен интерференции света. По мере истончения клеточного слоя ионным лучом флуоресцентное излучение от целевого объекта, помеченного специальными маркерами, отражается от поверхности и взаимодействует с падающим светом. Специализированное программное обеспечение анализирует колебания интенсивности свечения, вычисляя точное пространственное положение структуры, что гарантирует ювелирную точность наведения луча.

Эффективность системы была подтверждена получением детализированных снимков вирусной частицы диаметром всего 26 нанометров. Новая методика открывает доступ к изучению биологических объектов, которые ранее были недосягаемы для криоЭТ, включая различные типы вирусов и миниатюрные белковые комплексы, отвечающие за деление клеток.

В перспективе команда планирует дополнить систему наиболее совершенными методами оптической визуализации. Это позволит существенно повысить качество исходных данных и сделать криоэлектронную томографию еще более информативным инструментом для современной биологии.

Источник: iXBT