В апрельском пресс-релизе Гарвардского Университета было с помпой анонсировано изобретение оптического микроскопа. Не спешите смеяться - это совсем не тот оптический микроскоп, который многие помнят со школьных уроков биологии. Это микроскоп использует тот же принцип, что и первый микроскоп Левенгука, но он отличается от школьного оптического микроскопа примерно так же, как ракета Илона Маска отличается от бумажного самолётика.
Основная проблема при исследовании биологических объектов с помощью микроскопа заключается в том, что объектив с большим увеличением имеет очень маленькую глубину резкости. В фокусе будет только очень тонкий слой, а все что выше и ниже его будет рассеивать и преломлять свет, искажая и «замыливая» картинку. Именно поэтому для стандартного микроскопа препараты нарезают тончайшими ломтиками или расплющивают на предметном стекле. Кожицу лука со школьных уроков биологии помните? Вот именно поэтому кожица, а не просто кусок луковицы. Ясно, что таким образом невозможно увидеть реальную форму и структуру сложных объектов.
Ребята из Гарварда поставили амбициозную задачу преодолеть эту проблему. Они рассуждали так: если свет от того слоя образца, который находится в фокусе, искажается другими слоями, то надо определить какие конкретно искажения вносятся и скомпенсировать их на уровне оптики микроскопа.
Этот принцип уже давно используется в астрономии. Завихрения и массы воздуха с разной температурой в земной атмосфере преломляют свет звёзд и приводят к искажению их изображения в наземных телескопах. «Мерцание звёзд», видимое невооружённым глазом, это именно этот эффект. Все крупные современные телескопы имеют систему адаптивной оптики — их зеркала постоянно подстраивают свою форму, чтобы «на лету» компенсировать изменения атмосферной рефракции. Для этого измеряется искажение изображения некоего «эталонного» источника света, которое служит для подстройки зеркала. Как именно это делается нам сейчас не интересно, здесь важен сам принцип.
Ученые из Гарварда решили перенести этот принцип в микроскоп. Получивший прибор получил название «lattice light-sheet microscopy», в переводе на русский что-то вроде «сеточная микроскопия светового листа». Идея состоит в том, что биологический образец освещается хитрым двухфотонным лазером, который создаёт в нем «световой лист» - очень тонкий двухмерний освещённый слой. Те молекулы, которые попадают в этот слой и способны флуоресцировать при возбуждении длиной волны этого лазера, начинают ярко светится. Этот "слой возбуждения" быстро движется по глубине образца от поверхности внутрь, сканируя его. Объектив микроскопа автоматически настраивает фокус на ту глубину, которая в данный момент освещена и получает двухмерную картинку флуоресцирующих молекул образца. Картинки от всех уже отснятых слоёв обрабатываются и используются для того, чтобы подстроить оптику и скомпенсировать вносимые ими искажения. В результате получается кристально чёткие изображения всех поперечных срезов образца. Дальше они собираются специальными программами в трёхмерную картинку. Используя разные длины волн возбуждающего лазера и разные флуоресцентные метки можно получать разноцветные картинки изумительной красоты и детальности. В теории можно даже видеть флуоресценцию отдельных молекул.
Результаты получаются ошеломляющими. Можно в реальном времени видеть как раковая клетка прогрызает себе путь сквозь стенку кровеносного сосуда, как двигаются клеточные органеллы в процессе деления, как клетки захватывают «еду» из раствора. По сути можно буквально покрутить в руках трехмерные модели тех явлений, которые раньше нельзя было наблюдать напрямую. Вот вам и «обычный» оптический микроскоп.
Выглядит такой микроскоп монструозно и даже отдаленно не похож на привычную нам нехитрую конструкцию с окуляром, объективом и столиком. Отдельная песня - это програмное обеспечение, без которого и система адаптивной оптики работать не будет, и красивых трехмерных картинок увидеть не получится. Его пришлось разрабатывать с нуля вместе с электронщиками оптиками и, собстсвенно, биологами.
Комментариев нет:
Отправить комментарий