3D ВИЗУАЛИЗАЦИЯ КЛЕТОК С ПОМОЩЬЮ ЗВУКА БЕЗ ИХ ПОВРЕЖДЕНИЯ

Ученые  из  Японии  и  Таиланда  применили  пикосекундный  ультразвук для  исследования  единичных  клеток  на  нано­уровне.  Метод  визуализации позволяет получить пространственное разрешение в 150 нанометров, что дает ученым  возможность  делать  виртуальные  срезы  клеток  и  тканей  без  их повреждения.

Работа,  проведенная  командой  ученых,  является  подтверждением концепции для использования пикосекундного  ультразвука,  которая раньше применялась для исследования механических и термальных качеств металлов и полупроводников. Биологические ткани идеально подходят для такого вида исследования, поскольку они чувствительные к скорости звука, плотности и импедансу.

Ученые  выбрали  два  типа  биологических  тканей:  бычью эндотелиальную клетку аорты и адипоцит (жировая клетка) мыши. Решение использовать  эти два  вида  клеток неслучайное, потому  что  эндотелиальные клетки  играют  ключевую  роль  в  физиологии  кровяных  телец,  а  жировые клетки имеют другую геометрию и поэтому создают контраст.

Исследование  проводилось  путем  размещения  клетки  в  раствор  на сапфирном  субстрате  с  титановым  покрытием,  а затем  сканирования  точки образования  высокочастотного  звука,  генерированного  лучом сфокусированных  ультразвуковых  лазерных  импульсов  на  титановую пленку. Следовательно, фокусируя другой луч лазерных импульсов на той же точке  для  фиксирования  изменений  в  оптических  отражениях,  вызванных звуком,  команда  смогла  собрать необходимые  данные  для  конструирования изображения.

“Сканируя  два  луча  одновременно,  мы  смогли  создать  акустическое изображение клетки, которое представляет один его срез, – объяснил соавтор профессор  Оливер  Б.  Райт  (отделение  прикладной  физики,  факультет инженерии  университета  Хоккайдо).  –  Мы  можем  визуализировать отдельный  срез  клетки  на  определённой  глубине  путем  изменения  расчета времени между двумя лучами лазерных импульсов”.

Результаты  работы  показали,  что  3D  визуализация  клетки  и  органелл возможна  без  повреждения  самой  клетки,  но  она  все  еще  находится  на раннем  этапе  разработки.  На  сегодняшний  день,  этот  метод  занимает слишком много времени, чтобы применяться в практике.

Хотя  в  данном  эксперименте  ученые  не  смогли  дифференцировать содержание  клетки,  они  уверены,  что  с  усовершенствованием методики  это станет возможным. Ученые уже имеют на примете несколько путей решения этих  ограничений:  использовать  ультрафиолетовый  импульсный  лазер вместо  инфракрасного,  что  лимитирует  пространственное  разрешение,  а также  использовать  бриллиантовый  субстрат,  что  значительно  улучшит качество  изображений  и  силу  лазера,  позволяя  лучше  проводить  тепло  от исследуемой  области.  Эти  перестановки  могут  стать  путем  к  in  vivo визуализации, предоставляя возможность исследовать механические качества клеток и органелл. Этот метод также даст нам лучшее понимание процессов, таких как митоз, апоптоз, адгезия и подвижность.

“На  сегодняшний  день  методы,  с  помощью  которых  осуществляется визуализация  клеток,  –  это  комбинация  оптических  и  эластических параметров  клетки,  которые  тяжело  различить,  –  сказал  Райт.  –  Но  мы придумали как их можно отличить, что позволит нам измерять механические свойства  клетки  более  точно.  В  ближайшем  будущем  мы  испытаем  этот метод,  а  также  испробуем  его  на  одноклеточных  организмах  или  даже бактериях”.