Pęczniejący polimer najnowszym odkryciem w mikroskopii

Nowa mikroskopowa technika pozwala na powiększenie próbek poprzez „nadmuchiwanie” ich niczym balon. Uzyskuje się w ten sposób obraz komórek lub tkanek o bardzo wysokiej rozdzielczości. Zespół stojący za wprowadzeniem tej techniki wykazał, że może być ona wykorzystywana do obrazowania tkanek mózgu w cztery razy wyższej rozdzielczości niż normalnie byłoby to możliwe używając zwykłego świetlnego mikroskopu konfokalnego. Technika nazywana mikroskopią ekspansyjną różni się od istniejących metod mikroskopii dużej rozdzielczości (zapoczątkowanej przez laureatów zeszłorocznej nagrody Nobla w dziedzinie chemii). Zamiast konstruowania specjalnych mikroskopów i skomplikowanego przygotowywania próbek, powiększa się badany obiekt przy pomocy poliakrylanu sodu – super absorpcyjnego polimeru stosowanego np. w pieluchach jednorazowych.

microscope-275984_1920

„Nasza metoda pozwala na obrazowanie dużych, nienaruszonych, trójwymiarowych struktur z dokładnością w skali nano, co jest bardzo pomocne w odwzorowywaniu dużych sieci neuronalnych mózgu z precyzją w nanoskali, obrazowaniu guzów z rozdzielczością na tyle precyzyjną aby zobaczyć sygnały kaskadowe i inne problemy, gdzie potrzebne jest badanie dużych tkanek z wielką dokładnością,” mówi prof. Ed Boyden z Massachusetts Institute of Technology w USA. „To działa również z tradycyjnymi mikroskopami, które są powszechnie używane.”

W tego rodzaju mikroskopii, polimer osadza się w tkance przez iniekcję jego prekursorów (akrylanowe monomery sodu i akryloamidu oraz sieciujący N,N’-metylenobisakrylamid) do próbki i wyzwolenie polimeryzacji wolnorodnikowej z inicjatorem. Następnie stosuje się proteazę w celu zwiększenia jednorodności tkanki i dodaje się wodę, co powoduje pęcznienie polimeru i zwiększenie jego rozmiaru nawet czterokrotnie. „Ponieważ łańcuchy polimeru przenikają przez tkankę, rośnie ona wraz z nim,” wyjaśnia prof. Boyden.

Naukowcy opracowali również znaczniki fluorescencyjne, które można wykorzystać w odróżnianiu określonych składników komórek. Znaczniki zawierają grupę metakrylanową, która jest połączona z polimerem, a także barwne fluorofory oligonukleotydowe zdolne do wiązania się z konkretną sekwencją białkową.

Przy wykorzystaniu tej techniki badacze byli w stanie uzyskać wysokiej rozdzielczości obraz mikrotubul za pomocą standardowego, konfokalnego mikroskopu. W porównaniu z mikroskopią wysokiej rozdzielczości, obrazy mikroskopii ekspansyjnej były bardzo szczegółowe, a w niektórych przypadkach nawet ostrzejsze. Zobrazowano tkankę mózgu myszy przy użyciu tej techniki, okazało się że możliwe było odróżnienie struktur w odległości 70 nm od siebie, gdzie limit dla tego mikroskopu normalnie wynosi 250 nm. Znaczniki dla określonych białek pozwoliło uzyskać wielobarwne obrazy.

„Uzyskane wyniki są przekonujące, jakość uzyskanych obrazów wydaje się być podobna do tych uzyskanych w mikroskopie o dużej rozdzielczości, jednak w tym przypadku zbędne jest nabywanie drogiego sprzętu,” komentuje Violaine See, zastępca dyrektora centrum obrazowania komórek na Uniwersytecie w Liverpoolu. Jest jednak sceptyczna, ze względów na sposób w jaki próbki są przygotowywane. „To co widzimy nie jest określoną strukturą. Tak jak w przypadku mikrotubul to tylko „cień” organelli, ponieważ próbka była trawiona proteazami,” zwraca uwagę See.

Prof. Boyden wraz z zespołem ustawiają sobie poprzeczkę wyżej, chcą osiągnąć jeszcze lepszą rozdzielczość. „Pracujemy na tym aby współczynnik rozprężania był jeszcze większy, również nad tym by możliwe były połączenia różnych oznaczeń in situ. To dla nas duże wyzwanie. Mamy nadzieję umożliwić obrazowanie wielu składników biologicznych z dokładnością w skali nano, w całym układzie,” wyjaśnia prof. Boyden.

1. F Chen, P W Tillberg and E S Boyden, Science, 2015, DOI: 10.1126/science.1260088

2. http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/01/blowing-brain-tissue-swelling-polymer-delivers-sharper-images-expansion-microscopy

Opracowała: Olga Polakowska

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*