Заморозили мгновение: как увидеть то, что ускользает от глаз

Кацумаса Фудзита: крио-оптическая микроскопия сохраняет пространственные и временные характеристики клеток

Учёные из Университета Осаки совместно с коллегами представили новую методику крио-оптической микроскопии, позволяющую фиксировать быстро протекающие клеточные процессы с высокой точностью и детализацией. Работа опубликована в журнале Light: Science & Applications.

Проблема: скорость против качества

Традиционная оптическая микроскопия сталкивается с фундаментальным ограничением: чем быстрее нужно снимать динамические процессы, тем меньше света (фотонов) удаётся собрать, и изображение становится размытым и шумным. В результате утрачиваются как пространственные, так и временные детали.

Решение: заморозка в реальном времени

Вместо того чтобы "гнаться за скоростью", команда предложила моментально "замораживать" клетки во время наблюдения под микроскопом.

Был создан специальный крио-камера для образцов, позволяющая быстро замораживать живые клетки.
Это объединяет преимущества живой микроскопии и крио-фиксации: можно получить "снимок" клеточной активности в выбранный момент с высоким разрешением.
Пример: учёные "заморозили" распространение кальциевых волн в сердечной мышце и исследовали их в 3D с помощью сверхразрешающей микроскопии.

Уникальные возможности

Высокая точность измерений: за счёт заморозки можно использовать экспозицию в 1000 раз дольше, чем в живых клетках, что значительно повышает точность количественных данных.
Точная временная фиксация: система крио-инжекции с электрическим триггером позволяет останавливать процесс с точностью до 10 мс. Например, кальциевые волны фиксировали в строго заданный момент после стимуляции ультрафиолетом.
Совмещение методик: после мгновенной заморозки на одном и том же образце можно применять разные методы — от флуоресцентной до рамановской спектроскопии — без риска временного рассогласования.

Значение для науки

Эта методика открывает новые перспективы для изучения быстрых и кратковременных процессов в клетках, таких как:

кальциевые колебания,
сигнальные каскады,
молекулярные взаимодействия.

По словам старшего автора, профессора Кацумаcы Фудзиты, это "смелый сдвиг в парадигме": вместо того чтобы пытаться отследить быстро меняющиеся процессы, исследователи могут остановить их и исследовать детально.