Инновационные методы расширительной микроскопии, впервые разработанные в лаборатории профессора Эдварда Бойдена в 2015 году, используют водорастворимый гидрогель для пропитывания ткани и её набухания, что позволяет физически увеличить образец и разделить плотные клеточные компоненты с целью детального изучения ультраструктуры.
Ультраструктурная мембранная экспансия (umExM), опубликованная в выпуске Nature Communications от 12 февраля, представляет собой метод, позволяющий визуализировать тончайшие липидные мембраны, формирующие границы клеток и оболочки органелл. Для достижения этого результата была разработана специальная метка, которая связывается с липидами, прочное закрепляется в гидрогеле и обладает флуоресцентными свойствами.
Благодаря umExM стало возможным получение чёткого изображения контуров клеток, тонких дендритов и узких аксонов с использованием стандартных световых микроскопов, что ранее было достижимо только с применением электронной микроскопии. Такой подход существенно упрощает исследование нейронных проекций и других мельчайших структур.
Метод разработан под руководством Тэя Шина (SM '20, Ph.D. '23), стипендиата J. Douglas Tan в Центре исследований аутизма Tan-Yang MIT, вдохновлённого аналогичными подходами в электронной микроскопии с использованием осмия тетроксида. Его вклад позволил преодолеть трудности плотного маркирования липидных мембран в цельных тканях.
Другим значимым достижением стала технология мультиплексированного экспандиционного обнаружения (multiExR), опубликованная 9 ноября 2024 года в Nature Communications. Этот метод предусматривает многократные циклы связывания флуоресцентно меченых антител с конкретными белками, последовательную фотосъёмку, последующее удаление меток и повторное маркирование для визуализации более 20 различных белков в одном увеличенном образце.
Основной проблемой при реализации multiExR являлась необходимость точного совмещения изображений в условиях крайне малого поля зрения увеличенного геля. Решение было найдено посредством использования кровеносных сосудов и дополнительного маркирования структурных белков в качестве ориентиров, а также разработки специализированного программного обеспечения для наложения последовательных снимков с высокой точностью.
Успех multiExR во многом определяется вкладом аспирантки Маргарет Шредер и постдоктора Джиньонга Канга, оптимизировавшего технологический процесс таким образом, что стало возможным исследование взаиморасположения разнообразных белков. Экспериментальные данные, полученные с помощью нового метода, выявили присутствие 23 белков, в том числе неожиданных рецепторов AMPAR, в амилоидных бляшках при болезни Альцгеймера.
Лаборатория профессора Эдварда Бойдена, действующего как Y. Eva Tan Professor in Neurotechnology в MIT и исследователя Howard Hughes Medical Institute, работает в составе Yang Tan Collective в McGovern Institute for Brain Research и продолжает расширять границы возможностей микроскопии для детального изучения клеточной архитектуры.
«Мы хотим видеть всё, поэтому постоянно стремимся к улучшению», – утверждает профессор Бойдена, отражая неуклонное стремление исследовательской группы к инновациям, позволяющим по-новому взглянуть на микромир жизни и его роль в механизмах здоровья и заболевания.
Изображение носит иллюстративный характер
Ультраструктурная мембранная экспансия (umExM), опубликованная в выпуске Nature Communications от 12 февраля, представляет собой метод, позволяющий визуализировать тончайшие липидные мембраны, формирующие границы клеток и оболочки органелл. Для достижения этого результата была разработана специальная метка, которая связывается с липидами, прочное закрепляется в гидрогеле и обладает флуоресцентными свойствами.
Благодаря umExM стало возможным получение чёткого изображения контуров клеток, тонких дендритов и узких аксонов с использованием стандартных световых микроскопов, что ранее было достижимо только с применением электронной микроскопии. Такой подход существенно упрощает исследование нейронных проекций и других мельчайших структур.
Метод разработан под руководством Тэя Шина (SM '20, Ph.D. '23), стипендиата J. Douglas Tan в Центре исследований аутизма Tan-Yang MIT, вдохновлённого аналогичными подходами в электронной микроскопии с использованием осмия тетроксида. Его вклад позволил преодолеть трудности плотного маркирования липидных мембран в цельных тканях.
Другим значимым достижением стала технология мультиплексированного экспандиционного обнаружения (multiExR), опубликованная 9 ноября 2024 года в Nature Communications. Этот метод предусматривает многократные циклы связывания флуоресцентно меченых антител с конкретными белками, последовательную фотосъёмку, последующее удаление меток и повторное маркирование для визуализации более 20 различных белков в одном увеличенном образце.
Основной проблемой при реализации multiExR являлась необходимость точного совмещения изображений в условиях крайне малого поля зрения увеличенного геля. Решение было найдено посредством использования кровеносных сосудов и дополнительного маркирования структурных белков в качестве ориентиров, а также разработки специализированного программного обеспечения для наложения последовательных снимков с высокой точностью.
Успех multiExR во многом определяется вкладом аспирантки Маргарет Шредер и постдоктора Джиньонга Канга, оптимизировавшего технологический процесс таким образом, что стало возможным исследование взаиморасположения разнообразных белков. Экспериментальные данные, полученные с помощью нового метода, выявили присутствие 23 белков, в том числе неожиданных рецепторов AMPAR, в амилоидных бляшках при болезни Альцгеймера.
Лаборатория профессора Эдварда Бойдена, действующего как Y. Eva Tan Professor in Neurotechnology в MIT и исследователя Howard Hughes Medical Institute, работает в составе Yang Tan Collective в McGovern Institute for Brain Research и продолжает расширять границы возможностей микроскопии для детального изучения клеточной архитектуры.
«Мы хотим видеть всё, поэтому постоянно стремимся к улучшению», – утверждает профессор Бойдена, отражая неуклонное стремление исследовательской группы к инновациям, позволяющим по-новому взглянуть на микромир жизни и его роль в механизмах здоровья и заболевания.
