Исследователи из университета Пердью создали новую технологию получения микроскопических изображений, в которой были объединены преимущества двух существующих технологий, атомно-силовой микроскопии (atomic force microscope, AFM) и ядерного магнитного-резонансного сканирования (nuclear magnetic resonance imaging, NRMI). Комбинация этих двух различных методов позволит ученым не только заглянуть внутрь живых клеток, но и изучить процессы, происходящие в нормальных клетках живых организмов и в клетках злокачественных опухолей.

«Представьте себе, что мы имеет множество здоровых клеток» – рассказывает Кори Неу (Corey Neu), исследователь из Школы биомедицинской инженерии Уэлдона (Weldon School of Biomedical Engineering) университета Пурду, – «Только одна из этих клеток может метастазировать и начать делиться, формируя злокачественную опухоль. Теперь, используя новый инструмент, мы сможем понять то, что стало толчком к появлению одной плохой клетки».

В технологии атомно-силовой микроскопии используется крошечный вибрирующий зонд, называемый консолью, который, двигаясь вдоль поверхности образца дает данные о его поверхности и материале, из которого состоит эта поверхность.

Разрешающая способность таких зондов равняется менее нанометра, что позволяет с их помощью «увидеть» объекты, размеры которых лежат далеко за пределами возможностей любых оптических микроскопов. Такой метод является идеальным методом для изучения отдельных молекул, клеточных мембран и других биологических структур.

Однако, метод AFM не предоставляет никакой информации о биологических и химических процессах, происходящих внутри клеток и свойствах этих клеток. Для решения этой проблемы исследователи поместили на конец зонда AFM микроскопическую электрическую катушку. Колебания электрического тока, передаваемые катушкой, заставляют колебаться ядра атомов различных элементов внутри живой клетки.

Колебания ядер атомов, по сути крошечных магнитов, индуцируют в катушке наведенные токи, которые детектируются, усиливаются и передаются для дальнейшей обработки, предоставляя информацию о внутреннем устройстве клетки и о происходящих внутри ее биологических и химических процессах.

Для демонстрации возможностей новой технологии ученые изготовили опытный образец устройства совмещенного сканирования. С его помощью была проведена съемка различным объектов и различных материалов, содержащих атомы как легких, так и тяжелых элементов. Полученные спектры магнитного резонанса и пояснения к ним, демонстрирующие работоспособность технологии, были опубликованы в одном из последних выпусков журнала Applied Physics Letters.

«Мы смогли зарегистрировать ответы от множества различных химических элементов, даже от таких легких, как водород, потому что его достаточно много» – пишут исследователи, – «Мы смогли также обнаружить углерод, азот, и другие химические элементы, составляющие основу всего живого и предоставляющие подробную информацию об определенных видах биохимических процессах в клетках».

В настоящее время исследователи сосредоточены на изучении внутренних сил и процессов в клетках, которые влияют на функции и поведение этих клеток. А в будущем они собираются, помещая клетки в специальные капсулы, заняться изучением влияния на них некоторых лекарственных препаратов и влияние изменений различных условий окружающей среды.