3D-световая микроскопия показала передвижение клеток внутри эмбриона

  • 23 апреля, 2018
    0 Comments

    Исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза доработали методику флюоресцентной микроскопии таким образом, что с ее помощью стало возможным снимать с высоким разрешением динамические процессы, происходящие в живом организме. Возможности микроскопии светового листа, совмещенной с адаптивной оптикой (AO-LLSM), ученые продемонстрировали в статье в Science. Пример визуализации процессов, например, съемки передвижения иммунных клеток в эмбрионе рыбки, представлены в редакционной статье Nature.

    Расширение возможностей световой микроскопии, в частности, разработка флюоресцентной микроскопии высокого разрешения, сегодня позволяет рассматривать даже трехмерные фрагменты живых тканей. Пионерские работы по преодолению дифракционного предела разрешения светового микроскопа и разработке методов неинвазивной флюоресцентной визуализации принадлежат Эрику Бетцигу, Штефану Хеллу и Уильяму Мернеру. За свои достижения эти ученые были удостоены Нобелевской премии по химии в 2014 году.

    Одна из последних разработок Бетцига — флюоресцентная микроскопия плоскостного освещения (light sheet fluorescence microscopy) — позволяет визуализировать объемные живые биологические образцы в течение длительного времени. Ее модификация, микроскопия светового листа с дискретным освещением (lattice light sheet microscopy — LLSM) позволяет добиться визуализации быстрых динамических процессов. В основе этих методов лежит быстрое сканирование образца тонким плоским пучком света, которое позволяет накапливать большое количество двумерных изображений, которые затем объединяют в трехмерную модель.

    Тем не менее, эти методы имеют свои ограничения. Так, неоднородность окружающих тканей вносит искажения при детекции сигнала, что уменьшает разрешение картинки. Даже в отсутствие искажений высокое разрешение требует высокой интенсивности облучения, которое может повредить живой образец. Поэтому получение самых качественных изображений все равно требовало фиксации и специальной подготовки образцов.

    В новой публикации команда Бетцига смогла обойти эти ограничения и представила комбинированную технику микроскопии, при помощи которой ученые смогли пронаблюдать за множеством разных процессов прямо в живом организме. Так, авторы засняли движение клатриновых пузырьков, динамику клеточных органелл, рост отростков нервных клеток в формирующемся спинном мозге и перемещение иммунных клеток в эмбрионе модельной рыбки данио-рерио. К примеру, на представленном ниже видео показана миграция клеток иммунитета в перилимфатическое пространство внутреннего уха эмбриона.

    Для улучшения метода LLSM ученые использовали методы адаптивной оптики, применяемые в конструировании наземных астрономических телескопов. Авторы измеряли величину искажений при детекции специальной флюоресцентной метки и корректировали их изменением формы адаптивного зеркала. Комбинированная техника получила название AO-LLSM. Уменьшить фототоксичность пучка удалось при помощи ограничения освещения только тонкой плоскостью образца без облучения его основного объема.

    Авторы работы надеются, что их разработка поможет сделать качественный скачок в исследовании клеток в их естественном окружении. Сейчас инженеры работают над уменьшением стоимости и увеличением компактности микроскопа, который, по их словам, пока занимает трехметровый стол.

    Оригинал: Портал "N+1" Дарья Спасская https://nplus1.ru/news/2018/04/21/AO-LLSM

  • Экспертная колонка

    27 марта 2017

    Термин «стволовые клетки» придумал русский ученый А.А. Максимов еще в начале прошлого века, исследуя процесс кроветворения, затем А.Я. Фриденштейн доказал наличие других, не только кроветворных стволовых клеток. С тех пор мировая наука существенно продвинулась в изучении этого вопроса.

    Сегодня известно, что стволовые клетки являются основой самоподдержания и обновления организма человека. Установлено, что они входят в состав не только костного мозга, но и соматических и висцеральных тканей нашего организма. С различной степенью регулярности эти клетки обновляются, тем самым поддерживая здоровье человека на должном уровне.

    Некоторые клетки организма обновляются раз в две недели, а другие – раз в год, третьи – не обновляются совсем (например, нейроны), однако возраст и болезни уменьшают их количество. Таким образом, резерв стволовых клеток, «перезагружающих» и «ремонтирующих» наш организм истощается. Стало очевидно, что нужно повышать их потенциал, для чего можно, например, изымать стволовые клетки из организма, приумножать их в сотни, тысячи раз и вводить обратно. Кроме того, ученые с помощью стволовых клеток научились выращивать ткани и некоторые органы.

    Однако академик считает, что это не решит проблемы, потому что благодаря развитию медицины продолжительность жизни человека растет с каждым годом. Это может приводить к тому, что будет появляться все больше пациентов, которые будут нуждаться в органах для трансплантации: сердце, почках, печени, легких.

    Решение проблемы и логичное развитие регенеративной медицины он видит не в том, чтобы искусственно вырастить орган и подсадить его человеку (своего рода «паллиативное решение проблемы»), но научиться контролировать обновление клеток и программировать эту регенерацию внутри человеческого организма.

  • Видео недели

    Ученые из клиники Майо решили изучить влияние микрогравитации на рост и биологические свойства стволовых клеток, для чего в ближайшее время будет подготовлен эксперимент по культивирования стволовых клеток человека на МКС. Спицалисты считают, что микрогравитация и невесомость могут не просто менять регенеративный потенциал стволовых клеток, но и стать новым способом более эффективного культивирования и найти свое применение в тканевой инженерии.

  • Twitter лента