Физики предложили визуализировать клетки при помощи нелинейной оптики

23 августа 2021
46

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

«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 ядрышки отдельных клеток в сильно рассеивающих биологических тканях для целей биомедицины»,– добавил младший научный сотрудник ВМК МГУ Матвей Почечуев.