Использование инфракрасной спектроскопии колебаний на BESSY II для изучения биологии клеток
Согласно новому исследованию, проведённому группой учёных из HZB и Университета Гумбольдта в Берлине, инфракрасная вибрационная спектроскопия на BESSY II может быть использована для создания карт молекул высокого разрешения внутри живых клеток и клеточных органелл в их естественной водной среде.
Применение нано-ИК спектроскопии с s-SNOM на линии IRIS
Нано-ИК спектроскопия с использованием s-SNOM на линии IRIS теперь подходит для исследования крошечных биологических образцов в жидкой среде в нанометровом диапазоне и создания инфракрасных изображений молекулярных колебаний с нанометровым разрешением. Можно даже получить трёхмерную информацию.
Для проверки метода команда вырастила фибробласты на высокопрозрачной мембране из карбида кремния и исследовала их in vivo. Этот метод предоставит новые возможности для понимания биологии клеток.
Инфракрасная спектроскопия как метод исследования биологических тканей и клеток
Инфракрасная спектроскопия — это метод исследования биологических тканей и клеток без повреждения. Используя инфракрасный оптический микроскоп ближнего поля рассеивающего типа (s-SNOM), можно получить богатую информацию о молекулярном составе, структуре и взаимодействиях даже при небольших объёмах образца. Пространственное разрешение достигает 10 нм.
Исследование опубликовано в журнале Small.
Источник инфракрасного излучения
Линия IRIS на источнике синхротронного излучения BESSY II обеспечивает высокоинтенсивный и широкополосный инфракрасный свет, необходимый для этого метода. В недавнем исследовании, проведённом на BESSY II под совместным руководством доктора Александра Вебера из HZB и профессора доктора Янины Кнайп из HUB, команда продемонстрировала эффективность этого метода для записи колебательных спектров живых клеток в жидкостях.
В качестве тестовых образцов использовались фибробласты, которые отвечают за формирование соединительной ткани и выработку коллагена.
Новый метод исследования клеток
Впервые команда использовала ультратонкую мембрану из карбида кремния, которая служит защитным биосовместимым интерфейсом между клетками и их жидкой средой и зондом инфракрасного наноскопа на основе s-SNOM, который обнаруживает вибрации.
«Мы не только смогли визуализировать ядро и клеточные органеллы, но и прочитали индивидуальные вклады белков, нуклеиновых кислот, углеводов и мембранных липидов на основе обнаруженных колебательных спектров», — говорит Вебер.
Это стало возможным благодаря тому, что мембрана из карбида кремния высокопрозрачна для инфракрасного света. Наблюдаемая клеточная структура на наноуровне соответствует известной гетерогенности клеток, что подтверждает новый метод.
«Мы также могли варьировать параметры измерения, чтобы контролировать, насколько глубоко в образец мы обнаруживаем сигналы, что позволяет нам исследовать его различные слои. Это прокладывает путь к инфракрасной нанотомографии клеток, то есть детальной трёхмерной визуализации клеточной структуры и состава», — говорит Вебер.
Стандартизированная двумерная и трёхмерная вибрационная визуализация и спектроскопия могут ускорить прогресс в биофизике и наноматериалах.
«Этот метод предлагает возможность анализа биологических образцов и интерфейсов жидкость-твёрдое тело гораздо более точно, чем это было возможно ранее», — говорит Вебер. «В принципе, мы могли бы использовать его для изучения любого типа клеток, включая раковые».
Новая разработка доступна для национальных и международных групп пользователей линии IRIS.
Предоставлено Helmholtz Association of German Research Centres.