Исследователи из Хельмгольца в Мюнхене и Технического университета Мюнхена разработали новый микроскоп, который значительно улучшает наблюдение за биолюминесцентными сигналами в живых клетках.
Система, известная как QIScope, построена на базе высокочувствительной технологии камеры, способной обнаруживать крайне низкий уровень света. Благодаря более высокому разрешению изображения, широкому полю зрения и интеграции с другими методами визуализации QIScope открывает новые возможности для более детального и длительного изучения живых систем.
Работа опубликована в журнале Nature Methods.
Биолюминесценция как инструмент в науках о жизни
Биолюминесценция — это свечение, которое возникает благодаря специфическим ферментам в некоторых живых клетках. В отличие от флуоресцентной визуализации, которая требует сильного внешнего освещения и может влиять на поведение клеток или скрывать тонкие сигналы, биолюминесценция предлагает более мягкий вариант для долгосрочных наблюдений.
Однако основным недостатком биолюминесценции является слабость излучаемого света, что затрудняет получение детальных изображений.
Чтобы преодолеть это ограничение, команда под руководством доктора Цзиан Куи исследовала использование квантовых сенсоров изображения (QIS) — новой технологии камеры, которая, как они обнаружили, превосходит широко используемые камеры (EMCCD) в условиях низкой освещённости. Чтобы использовать весь потенциал QIS, исследователи разработали нетрадиционную оптическую систему, сочетающую особенности телескопа и микроскопа, что привело к созданию QIScope.
«Чтобы в полной мере использовать возможности сенсора, мы черпали вдохновение из оптической схемы телескопов», — говорит Жуйу Ма, первый автор исследования и докторант Хельмгольцского пионерского кампуса.
«Сочетая этот подход с камерой QIS, мы создали систему, которая может выявлять клеточные процессы с чёткостью и чувствительностью, невозможными для современных систем».
Команда исследователей продемонстрировала, что QIScope может отслеживать мелкомасштабную динамику в живых клетках, такую как движение везикул и поведение белков с низкой концентрацией, в течение длительных периодов времени.
«Наш микроскоп предлагает более высокую чувствительность, улучшенное разрешение, большее поле зрения и более широкий динамический диапазон — всё, что нужно для сложных экспериментов по визуализации живых клеток», — говорит руководитель исследования Цзиан Куи.
«Он также интегрирует другие методы визуализации, такие как эпифлуоресценция и, в принципе, фазовый контраст. Это открывает двери для наблюдения за живыми системами с гораздо меньшим вмешательством, что важно для понимания сложных биологических процессов в здоровье и болезни».
QIScope как ценный инструмент для исследователей
Решая ключевые ограничения традиционной биолюминесцентной визуализации, QIScope предоставляет исследователям ценный инструмент для изучения различных биологических систем — от отдельных клеток до органоидов и моделей тканей.
Способность выявлять тонкие и долгосрочные изменения в поведении клеток может способствовать прогрессу в различных областях исследований, включая клеточную биологию, моделирование заболеваний и поиск лекарств.