Визуализация высокого разрешения позволила заглянуть внутрь живых клеток — видео
Ученые из Пекинского университета, Восточного технологического института Нинбо и Сиднейского технологического университета (UTS) разработали новый метод визуализации внутренних структур живых клеток с помощью сверхразрешающей микроскопии, искусственного интеллекта и глубокого обучения. Авторы описали инновационный подход в Nature Communications.
«Это как пролететь на самолете над ночным городом и наблюдать все происходящие взаимодействия в реальном времени, — сравнил профессор UTS Дайонг Цзинь. — Эта передовая технология откроет новые горизонты в изучении сложного мира внутри наших клеток».
Многие заболевания и патологические состояния возникают из-за нарушений на клеточном уровне. Визуализация процессов внутри клеток позволит ученым лучше понять причины таких болезней, как рак, нейродегенеративные расстройства и метаболические нарушения — и значит, продвинуться в разработке их лечения.
Новая технология решает ключевые проблемы современных методов визуализации структур внутри живых клеток.
«Существующие инструменты, такие как флуоресцентная микроскопия, имеют ограничения в разрешении, из-за чего трудно разглядеть крошечные структуры внутри клеток или отследить детальные процессы. Кроме того, традиционные методы могут вызывать фотоповреждение и фотообесцвечивание — повреждение клеток из-за воздействия света. Они также не позволяют одновременно отображать несколько структур из-за ограничений в количестве используемых цветов», — пояснил профессор.
Новый метод позволяет с высокой точностью предсказывать 15 различных субклеточных структур, используя всего один лазер и два детекционных канала. Это и упрощает исследования, и ускоряет их.
Высококачественные изображения точно фиксируют различия между органеллами, создавая своего рода «оптический отпечаток». Технология также обладает высокой адаптивностью и может применяться к различным типам микроскопов, клеток и даже сложных живых тканей.
Такая гибкость позволяет ученым исследовать трехмерную структуру живых клеток на разных стадиях деления и наблюдать за быстрыми взаимодействиями между внутриклеточными компонентами.
Эффективность технологии проверили на любимых научным миром плодовых мушках. В размеченных пигментом клетках семенников личинок 3-й стадии Drosophila melanogaster (сложная многоклеточная ткань, где традиционные методы визуализации часто малоинформативны из-за плохой проникающей способности красителей) нейросеть успешно идентифицировала шесть структур.
По словам Цзиня, команда уже сотрудничает с рядом медицинских исследовательских институтов, включая вирусологов, изучающих взаимодействие вирусов с клетками и их защитные механизмы, а также ученых, визуализирующих кардиомиоциты для лучшего понимания болезней сердца.
