Микроскопия стала неотъемлемой частью современных научных исследований, она произвела настоящую революцию в экспериментальном познании природы, особенно это касается таких областей как биология и медицина.

Всего несколько сотен лет тому назад человек получил возможность видеть и изучать неведомые ранее особенности внутреннего устройства мира. Сегодня технологии визуализации являются важнейшим инструментом в клинической практике и в работе ученых, разрабатывающих новые типы диагностики и лечения заболеваний.

Для получения результатов гистологического анализа очень часто требуется довольно длительное время – несколько часов или даже дней, поскольку для визуального выявления особенностей тканей и клеточных компонентов необходимо провести определенные стадии подготовки материала, включающие, как правило, длительные процессы фиксации и окраски исследуемого препарата. Следует также отметить, что некоторые методы пробоподготовки являются довольно жесткими, то есть влияют на состояние клеток и могут затруднить интерпретацию результатов исследования.

На рисунке показаны изображения, полученные с помощью SRS микроскопии: диффузия ретиноевой кислоты (синий) и ДМСО (зеленый) через поверхностный (роговой) слой кожи (stratum corneum), который является основным барьером для проникновения наружных лекарственных средств. Ретиноевая кислота – известное средство против акне – проникает через липидный барьер рогового слоя кожи (в форме многоугольников) и проявляется с помощью Рамановского рассеяния в виде характеристического пика при 1570cm^-1 (синий). ДМСО, часто используемый в мазях в качестве вспомогательного вещества для повышения диффузии лекарственного компонента через кожу, проникает глубоко в ткани. Это гидрофильное вещество, оно не повторяет липидную структуру подобно ретиноевой кислоте. Изображение полученного образца на глубине 65 мкм получено с помощью двухцветного метода SRS: ДМСО характеризует пик 670cm^-1 (зеленый), а колебания молекул кожных липидов – пик 2845cm^-1 (красный)

Недавно разработанный метод визуализации особенностей тканей, не требующий специального окрашивания, получил название вынужденного Рамановского рассеяния (stimulated Raman scattering, SRS). Он, по мнению ученых, способен вывести на новый уровень качество работы в биомедицинских и диагностических лабораториях. Ученые под руководством Санни Кси (Sunney Xie) из Гарвардского университета опубликовали сообщение об этом методе 19 декабря 2008 года в журнале Science.

«Это – значительный шаг вперед для современной биологии, – рассказывает Кси. – SRS микроскопия – это мощное направление, которое сможет найти свое применение в различных областях биологии и медицины. Наша работа является продолжением более ранних исследований в этой области, проводившихся при финансировании Национальной Научной Организации (NSF) и заключается в дополнении колебательного принципа получения сигнала новым принципом визуализации ткани».

Ключевым техническим нововведением в этом методе является использование пары лазеров с различной частотой излучения. Исследователи могут получать изображения образцов, изменяя частоты лазеров и таким образом настраивая их на взаимодействие с химическими связями определенных химических групп в молекулах образца. Каждый тип молекул в образце, например, питательные вещества или лекарства, могут быть детектированы с помощью определенных уникальных частот зондирующего лазерного излучения. Комбинирование данных, полученных при исследовании одного образца набором различных зондирующих частот, позволяет создать трехмерное изображение препарата.

SRS-микроскопия является своеобразным «увеличительным стеклом» в рамках существующего инструментария гистологических исследований, поскольку она дает изображение образцов, не подвергавшихся процедурам специальной длительной и жесткой пробоподготовки, а также исключает побочные эффекты автофлуоресценции и высокого фонового сигнала, являющиеся большими недостатками традиционных спектрофотометрических методов.

Ученые действительно высоко оценивают возможности SRS-микроскопии в решении различных прикладных задач: «SRS можно использовать для картирования распределения лекарств и их метаболитов в клетках и тканях, применять этот подход при диагностике и терапии онкологических заболеваний. Получение изображений нервной ткани с помощью SRS – еще одна перспективная область исследований».

Мария Костюкова