С помощью обычного светового микроскопа инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод визуализации биологических образцов с точностью до 10 нанометров. Новый бюджетный метод визуализации от инженеров MIT позволит ученым получать изображения вирусов и, возможно, даже отдельных биомолекул. Он основан на экспансионной микроскопии.

Этот подход включает в себя встраивание биологических образцов в гидрогель, а затем их расширение перед визуализацией с помощью микроскопа. Для нового метода визуализации метода исследователи разработали новый тип гидрогеля. Его особенность в том, что он поддерживает более однородную конфигурацию. В свою очередь это позволяет с большей точностью отображать крошечные биологические структуры.

Такая степень точности поможет в изучении основных молекулярных взаимодействий, делающих жизнь возможной, – объясняет Эдвард Бойден, профессор в MIT.

Лаборатории по всему миру начали использовать экспансионную микроскопию с тех пор, как лаборатория Бойдена впервые представила ее в 2015 году. С помощью этой техники исследователи физически увеличивают свои образцы примерно в четыре раза по линейному размеру перед их визуализацией. Это позволяет им создавать изображения с высоким разрешением без дорогостоящего оборудования.

В статье, опубликованной в 2017 году, лаборатория Бойдена продемонстрировала разрешение около 20 нанометров, используя процесс, при котором образцы дважды расширяли перед визуализацией. Этот подход, а также более ранние версии экспансионной микроскопии основаны на абсорбирующем полимере, изготовленном из полиакрилата натрия. Такие гели набухают под воздействием воды.

Однако одним из их критических ограничений является то, что они не являются полностью однородными по структуре или плотности. Такая неравномерность приводит к небольшим искажениям формы образца при его расширении, что ограничивает достижимую точность.

Чтобы преодолеть это, в MIT разработали новый гель — тетрагель, который образует более предсказуемую структуру. Объединив тетраэдрические молекулы gолиэтиленгликоля с тетраэдрическими полиакрилатами натрия, ученые смогли создать решетчатую структуру. Она гораздо однороднее, чем гидрогели полиакрилата натрия, синтезированные свободными радикалами, которые использовались ранее.

Ученые продемонстрировали точность нового подхода к визуализации, использовав его для расширения частиц вируса простого герпеса типа 1 (HSV-1). Они имеют характерную сферическую форму. После расширения вирусных частиц исследователи сравнили формы с формами, полученными с помощью электронной микроскопии. Выяснилось, что искажение было гораздо ниже, чем в предыдущих версиях расширяющей микроскопии. Это позволило достичь точности около 10 нанометров.