Микроскопия с треугольной интерференцией для длительного наблюдения за живыми клетками в режиме сверхразрешения

от

Микромскопия со структурированным освещением (SIM) — наиболее предпочтительная система для визуализации живых клеток в режиме сверхразрешения. Она позволяет наблюдать сложную внутриклеточную динамику. Однако традиционная SIM долгое время основывалась на сложном вращении одномерного полосатого освещения под тремя углами, что требовало девяти экспозиций для реконструкции изображения с равномерным сверхразрешением. Это сильно замедляло процесс визуализации и приводило к ненужному фотообесцвечиванию, ограничивая поток доступной информации при наблюдении за живыми клетками.

Команда профессора Си Пэна из Колледжа будущих технологий Пекинского университета разработала метод интерференционной микроскопии с треугольным лучом (3I-SIM), который обеспечивает более мягкое и продолжительное наблюдение за живыми клетками в режиме сверхразрешения. Этот новый метод увеличивает скорость сверхразрешения до беспрецедентных значений в килоГерцах и позволяет вести наблюдение в течение половины дня. Это даёт возможность изучать сложные и быстрые биологические процессы с более высокой пропускной способностью данных.

Работа опубликована в журнале Nature Photonics.

Суть метода:

  • Опираясь на простоту и эффективность треугольных структур, в этом исследовании используется интерференция треугольных лучей для достижения двумерной модуляции решётки, расширяя высокочастотную пространственную информацию в обоих измерениях за одно воздействие.

  • В то время как традиционная двумерная SIM требует многократной одномерной модуляции под разными углами, 3I-SIM генерирует двумерную гексагональную решётку освещения с помощью трёхлучевой интерференции.

  • Для работы 3I-SIM требуется всего семь исходных кадров, смещённых в одном измерении, что позволяет эффективно снизить фотообесцвечивание во время получения изображения и повысить скорость в три раза за счёт минимизации избыточной пространственной выборки и непрерывной скользящей реконструкции.

В результате 3I-SIM достигает скорости визуализации до 1697 Гц при скользящей реконструкции одного кадра и обеспечивает сверхразрешающую визуализацию длительностью до 13 часов с более чем 100 000 временных точек записи.

Прорыв в области 3I-SIM позволил изучить активность органелл, которая была недоступна для предыдущих методов. Используя 3I-SIM, исследовательская группа зафиксировала тонкие морфологические изменения в конусах роста нейронов на срок до 13 часов, а также переходные сигналы от актиновых структур, регулирующих динамику эндоплазматического ретикулума.

Система 3I-SIM может быть гибко модернизирована на обычных платформах двумерной SIM, что эффективно снижает технический барьер и позволяет большему числу исследовательских групп получить доступ к визуализации живых клеток в режиме сверхразрешения нового поколения.

Предоставлено Пекинским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте