Рисунок 1

Рисунок 1

 

Сотрудники научной школы МГУ «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект»  предложили новый метод для биомедицины, позволяющий  визуализировать тонкие особенности строения клеток, включая структуру ядра. Ядрышки – это динамические многофункциональные субъядерные структуры, которые играют важнейшую роль в биогенезе рибосом и рибонуклеопротеинов, клеточном ответе на стресс, регуляции митоза и росте клеток. Всестороннее изучение ядрышек позволяет лучше понять динамику развития генетических нарушений в процессе деления клеток, выявлять  признаки предрасположенности к онкологическим и нейродегенеративным заболеваниям. Статья опубликована в высокорейтинговом журнале Optics Letters.

Для визуализации биологических тканей, где способности линейных оптических методов сильно ограничены из-за сильного поглощения и рассеяния, подходы, основанные на нелинейной оптике, предлагают уникальную возможность формировать с большой глубины ткани яркие контрастные изображения с высоким пространственным разрешением. Более того, нелинейно-оптическая микроскопия позволяет осуществлять одновременную регистрацию по нескольким оптическим каналам сигналов оптических гармоник, флуоресцентных маркерных белков, химически селективного комбинационного рассеяния света.

Учёные физического факультета и факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) в рамках деятельности научно-образовательной школы МГУ «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект» провели эксперименты на живых срезах мозга мыши и показали, что метод нелинейной оптики позволяет получать об исследуемом объекте уникальную взаимодополняющую информацию.

«Мы показали, что при правильно подобранном флуоресцентном маркировании специфичные ядерные белки могут быть визуализированы методами двух- и трехфотонного возбуждения, позволяя получать контрастные изображения ядер и ядрышек клеток из глубины сильно рассеивающей ткани. Эксперименты проведены на широком наборе биологических моделей: культуры клеток HeLa, нейроны, астроциты, живые срезы мозга мыши», – отметил профессор кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ Алексей Жёлтиков.

Центральным моментом в данном подходе является интеграция нескольких методов нелинейно-оптической микроскопии на базе компактной универсальной лазерной платформы, что позволяет визуализировать различные компартменты  (пространство внутри клетки, окруженное мембраной и связанное с выполнением определенной функции) клеток как с окрашиванием, так и без него.

Рисунок 2

Рисунок 2

 

«Объединение нескольких техник необходимо для точной перекрестной проверки и калибровки методик микроскопии на базе генерации оптических гармоник, что в дальнейшем позволяет использовать их в качестве безмаркерных методов визуализации тела, ядра и ядрышек отдельных клеток в сильно рассеивающих биологических тканях для целей биомедицины», – добавил младший научный сотрудник ВМК МГУ Матвей Почечуев.

Рисунок 1. Мультимодальная нелинейно-оптическая визуализация клеток HeLa. Цитоплазма и ядро клеток HeLa визуализированы методами двухфотонного возбуждения белка SypHer3s (a), ядрышки клеток – методами трехфотонного возбуждения белка PhiYFP, ассоциированного с белком фибрилларином (b), цитоплазматическая и ядерная мембраны, липидные тельца, ядро и ядрышки – методом генерации третьей оптической гармоники (c). (d) Совмещенные вместе изображения.  Размер масштабной линейки 10 мкм. Pochechuev et al, Optics Letters 2021, 46, 3608. Матвей Почечуев/МГУ

Рисунок 2. Полностью безмаркерная нелинейно-оптическая визуализация мозга мыши на глубине 200 мкм от поверхности методами генерации третьей оптической гармоники и возбуждения двухфотонной автофлуоресценции, демонстрирующая нейроны и антрациты, окруженные плотной сетью аксонов, дендритов и кровеносных сосудов с эритроцитами. В телах клеток больших пирамидальных нейронов хорошо различимы ядра и ядрышки. Полный размер изображения 250 мкм. Pochechuev et al, Optics Letters 2021, 46, 3608. Матвей Почечуев/МГУ

 

Источник информации и фото: пресс-служба МГУ