Naujas, patobulintas biologinių mėginių vaizdavimo ir analizės metodas

Biologinius mėginius galima atvaizduoti įvairiais būdais, ir kiekvienas iš jų turi savų privalumų ir trūkumų. Pirmą kartą tyrėjų komanda, įskaitant Tokijo universiteto mokslininkus, sujungė dviejų pagrindinių vaizdavimo metodų aspektus ir sukūrė naują biologinių mėginių vaizdavimo ir analizės metodą. Jo koncepcija, vadinama RESORT, atveria kelią neregėtai detaliam gyvų sistemų stebėjimui.

Nuo tada, kai žmonija sugebėjo valdyti stiklą, mes naudojome optinius prietaisus, kad vis detaliau įsižiūrėtume į mikroskopinį pasaulį. Kuo daugiau matome, tuo daugiau galime suprasti, todėl vis dažniau tobuliname įrankius, kuriais naudojamės tyrinėdami mus supantį ir mūsų viduje esantį pasaulį. Šiuolaikiniai mikroskopinio vaizdavimo metodai gerokai pranoksta tradicinių mikroskopų galimybes. Dvi pirmaujančios technologijos yra superišsiskiriantis fluorescencinis vaizdavimas, užtikrinantis gerą erdvinę skiriamąją gebą, ir vibracinis vaizdavimas, kuris mažina erdvinę skiriamąją gebą, bet gali naudoti platų spalvų spektrą, padedantį žymėti įvairias ląstelių sudedamąsias dalis.

Tokių vaizdavimo metodų ribotumas paskatino mus pabandyti sukurti kažką geresnio ir esame įsitikinę, kad su RESORT mums tai pavyko. RESORT reiškia grįžtamuosius sotinamuosius optinius Ramano perėjimus ir sujungia superskiriamosios fluorescencijos ir vibracinio vaizdavimo privalumus, nepaveldėdamas nė vieno iš jų trūkumų. Tai lazeriu pagrįstas metodas, kuriame naudojama vadinamoji Ramano sklaida - ypatinga molekulių ir šviesos sąveika, padedanti nustatyti, kas yra mėginyje po mikroskopu. Siekdami patvirtinti šį metodą, sėkmingai atlikome RESORT ląstelių mitochondrijų vaizdavimą".

Profesorius Yasuyuki Ozeki, Tokijo universiteto Pažangiųjų mokslo ir technologijų tyrimų centras

RESORT vaizdavimas turi kelis etapus, ir nors jis gali atrodyti sudėtingas, jo sąranka nėra tokia sudėtinga kaip metodų, kuriuos jis siekia pakeisti. Pirma, tam tikrus vaizduojamo mėginio komponentus reikia pažymėti arba nudažyti specialiomis cheminėmis medžiagomis, vadinamomis fotojuosteliniais Ramano zondais, kurių Ramano sklaidą galima valdyti naudojant skirtingas RESORT naudojamų lazerių šviesos rūšis. Tada mėginys patalpinamas į optinį aparatą, naudojamą mėginiui tinkamai apšviesti ir jo vaizdui sukurti. Tam bandinys apšviečiamas dviejų spalvų infraraudonųjų spindulių lazerio impulsais, skirtais Ramano sklaidai aptikti, ultravioletine šviesa ir specialiu donuto formos regimosios šviesos spinduliu. Kartu jie apriboja sritį, kurioje gali vykti Ramano sklaida, o tai reiškia, kad paskutiniame etape - vaizdavimo - galima aptikti zondą labai tikslioje vietoje, todėl gaunama didelė erdvinė skiriamoji geba.

"Tai ne tik didesnės raiškos mikroskopinių mėginių vaizdų gavimas; juk elektroniniais mikroskopais šiuos dalykus galima atvaizduoti kur kas detaliau", - sakė Ozeki. "Tačiau elektroniniai mikroskopai neišvengiamai pažeidžia arba apsunkina stebimus pavyzdžius. Ateityje plėtojant ir papildant Ramano zondų paletę daugiau spalvų, RESORT galės atvaizduoti daugybę veikiančių gyvų mėginių komponentų ir analizuoti sudėtingas sąveikas kaip niekada anksčiau. Tai padės geriau suprasti pagrindinius biologinius procesus, ligų mechanizmus ir galimas terapines intervencijas."

Pagrindinis komandos tikslas buvo patobulinti mikroskopinį vaizdavimą, kad jį būtų galima naudoti medicinos tyrimų srityje ir susijusiose srityse. Tačiau jos padaryta pažanga kuriant lazerį galėtų būti panaudota ir kitose lazerių srityse, kur reikia didelės galios arba tikslaus valdymo, pavyzdžiui, medžiagų moksle.

Šaltiniai:

University of Tokyo. Journal reference: Shou, J., et al. (2023) Super-resolution vibrational imaging based on photoswitchable Raman probe. Science Advances.