Ученые сломали цветовой «барьер» микроскопической съемки, увеличив количество доступных цветов и оттенков в пять раз

Чeлoвeчeский глaз мoжeт рaзличaть миллиoны рaзличныx цвeтoв и oттeнкoв. Учeныe жe, рaссмaтривaющиe чeрeз микрoскoп чудeсa микромира, довольствуются лишь пятью основными цветами. Однако, исследователям из Колумбийского университета удалось сломать этот барьер цветовых ограничений, разработанная ими гибридная технология цветной микросъемки позволяет отобразить в общей сложности до 24 цветов и оттенков. Получение цветных изображений структур в живых клетках позволит ученым наблюдать за происходящими внутри клеток биологическими процессами, отслеживать результаты воздействия лекарственных препаратов, изучать взаимодействие между отдельными клетками и многое другое.

До последнего времени на свете существовало лишь две технологии цветной микроскопической съемки — флуоресцентная микроскопия и Рамановская спектрометрия. В технологии флуоресцентной микроскопии используется окраска клеток и внутриклеточных структур специальными составами, называемыми флуорофорами и флуорохромами. Эти вещества при облучении их светом сами начинают излучать свет с определенной длиной волны, которая освещает внутриклеточную структуру. Однако такая система микроскопии допускает одновременное использование только пяти различных веществ и это, в свою очередь, означает, что ученые имеют возможность наблюдать только за функционированием пяти различных структур. Если исследователям требуется производить наблюдения за другими процессами в тех же самых клетках тканей, они должны использовать или другие образцы или очистить ткань и нанести цветную маркировку повторно, что может сказаться на живой ткани самым пагубным образом.

В технологии Рамановской спектрометрии используется освещение объекта съемки светом лазера. Энергия части лазерного света уходит на создание колебаний молекул, входящих в состав тканей с которыми сталкиваются фотоны света. Используя облучение тканей светом с различными длинами волн можно получить ряд снимков, по которым можно получить информацию о химическом строении материала исследуемых образцов. Недостатком данного метода является то, что для его надежной и эффективной работы требуется наличие миллионов идентичных молекул, которые создадут колебания определенной частоты с амплитудой, достаточной для ее измерения. Из-за этого наблюдения за некоторыми элементами живых клеток, состоящими из небольшого количества различных молекул, попросту невозможны.

Для решения проблемы увеличения количества цветов исследователи из Колумбийского университета объединили две описанные выше технологии в одну. Новая методика цветной микросъемки получила название epr-SRS (electronic pre-resonance stimulated Raman scattering microscopy). Теперь для работы системы требуется наличие в образце не миллионов идентичных молекул, а всего трех десятков, ведь спектрометр Рамана улавливает колебания молекул специального вещества-маркера, имеющего высокую эффективность вторичного излучения. Более того, за счет высокой чувствительности и избирательности спектрометра Рамана исследователи получили возможность одновременного использования до 24 веществ-маркеров вместо пяти. При этом, десять таких веществ уже использовались учеными ранее, а еще 14 было найдено или создано колумбийскими исследователями.

Работа системы epr-SRS была успешно проверена на образцах живых нервных тканей, взятых из мозга подопытных животных. «Благодаря новой технологии нам удалось увидеть многие из аспектов взаимодействия между отдельными клетками нервных тканей» — пишут исследователи, — «А в будущем мы планируем перенести всю мощь микроскопической съемки с расширенной палитрой в область реального времени».