Для того, чтобы рассмотреть крошечные детали образцов под микроскопом, учёным приходится использовать крайне дорогое оборудование, обладающее высоким разрешением. Теперь американские исследователи предложили бюджетную и экологичную альтернативу, разработав технологию, которая поможет буквально увеличить сам образец более чем в 100 раз по сравнению с исходным его размером.

Оптические микроскопы, как правило, используются для изучения относительно крупных образцов, например, клеточных культур. В то же время электронные микроскопы с высоким разрешением позволяют учёным увидеть детали на наноуровне, то есть рассмотреть структуры внутри единичной клетки.

Тем не менее, электронные микроскопы не дают оптимальной трёхмерной картинки, что затрудняет исследования.

Эд Бойден (Ed Boyden) из Массачусетского технологического института и его коллеги, изучающие связи между клетками мозга, задались вопросом: станет ли процесс проще, если увеличить сами образцы, а не их изображения?

«В ходе нашей работы мы столкнулись с рядом более ранних исследований по использованию так называемых "умных гелей» – полимеров, которые могут изменять свои свойства", – рассказывает Бойден.

Рис. 1. Так выглядит увеличенный гиппокамп мыши.

В конце концов учёные решили использовать полимер, содержащийся в детских подгузниках, который набухает при контакте с жидкостью. Когда мембраны клетки частично открываются, строительные блоки полимера могут просачиваться внутрь каждой клетки. Как только это происходит, учёные провоцируют реакцию, которая приводит к тому, что строительные блоки соединяются, образуя полимер.

При контакте с водой клетка становится в 4,5 раза больше по сравнению с исходным размером во всех трёх измерениях. То есть, её общий объём увеличивается примерно в сотню раз.

Изменение размера образца позволяет исследователям получить более подробную информацию о клетке с помощью стандартных оптических микроскопов.

Команда может продолжать использовать микроскоп, который обычно не в состоянии обнаружить детали размером менее 300 нанометров.

Клетки при использовании данного метода заполняются обыкновенной водой, а потому становятся прозрачными, и учёные могут видеть то, что происходит внутри.

Рис. 2. Часть мозга мыши до трехмерного увеличения (справа) и после: анатомические структуры не претерпели существенных изменений.

Команда Бойдена надеется успешно использовать свою технику для визуализации работы крошечных белков в клетках мозга, которые играют важную роль в процессе соединения нейронов друг с другом и их взаимодействии.

Учёные планируют выяснить, какие именно белки заняты в данном процессе, а также что заставляет связь ослабевать или становиться сильнее, ускорять и замедлять взаимодействия.

В конце концов, данная технология может помочь исследователям создать полную карту соединений клеток головного мозга.

Бойден и его коллеги надеются, что разработанная методика будет использована многими другими исследовательскими группами, поскольку необходимые материалы относительно дёшевы и легко доступны.

Подробности работы были опубликованы в научной статье журнала Science.