Собственно главные виновники этого "безобразия" — Майкл Фельд (Michael Feld), директор лаборатории спектроскопии Массачусетского технологического института (George R. Harrison Spectroscopy Laboratory), его стажёр Вончхик Чхой (Wonshik Choi) и их коллеги по лаборатории – точно так и поступили.
Они создали и успешно опробовали инновационный метод клеточной микроскопии, который позволяет в трёхмерном виде и в реальном времени наблюдать работу живой клетки с довольно тонкими деталями. Получилось столь впечатляюще, что отчёт о работе её авторы опубликовали в журнале Nature Methods, а свой видеоролик (файл WMV, 3,66 мегабайта), показывающий — о чём идёт речь — назвали "Вальс клеток", дополнив соответствующим музыкальным сопровождением.
Это была не первая попытка представить клетку в объёме. Можно вспомнить хотя бы недавнее достижение группы учёных из Европы и США. Но до сих пор специалистам удавалось не столько посмотреть на клетку с её мелкими составными частями, сколько создать трёхмерную модель, используя ряд съёмок клетки настоящей.
Если в предыдущем исследовании для создания 3D-образа авторы выполнили несколько фотографий клетки при помощи электронного микроскопа (под разными углами), то в нынешней работе учёные из MIT решили воспользоваться светом.
Но поскольку разрешение оптической микроскопии не очень уж велико, а сама клетка слабо поглощает свет, новаторы пошли на хитрость. Они не делали снимки напрямую, а получали значения коэффициента преломления света в зависимости от координат входа лазерного луча в клетку и от угла его падения. Параллельно клетке исследователи запускали опорный луч, а принцип интерферометрии позволил учёным получить коэффициент преломления.
Цервикальная раковая клетка с ядром, ядрышками и множеством органоидов, отснятая при помощи томографической фазовой микроскопии. Слева — пара трёхмерных снимков. Справа — серия двухмерных изображений, различные цвета здесь означают различные коэффициенты преломления, а значит — различные материалы (фото Michael Feld laboratory, MIT).
Таким способом авторы метода выполняли по 100 замеров одной клетки (под сотней разных углов), и, поскольку каждый материал внутри клетки обладает своим специфическим коэффициентом преломления, компьютер смог восстановить по этим данным трёхмерный вид клетки и её внутренностей.
Причём если в первых опытах весь процесс сканирования занимал 10 секунд, то в последних время выполнения одного кадра удалось сократить до 0,1 секунды, фактически превратив метод объёмной фотосъёмки в метод видеосъёмки живой клетки, который позволил видеть, как клетка реагирует, к примеру, на изменения в окружающей её среде.
Правда, метод съёмки оказался столь чувствительным, что пришлось продумать ряд мер по исключению помех в виде хаотичного движения воздуха в лаборатории.
"Ключевое преимущество новой техники состоит в том, что она может использоваться, чтобы изучать живые клетки без какой-либо подготовки", — говорит один из авторов метода Камран Бадизадеган (Kamran Badizadegan).
То есть с другими способами трёхмерного отображения образцы нужно обработать химикалиям или ввести в них краски, флуоресцентные маркеры, или металлы, а значит — вмешаться во внутриклеточную химию. Или образцы требуется обезвоживать, или замораживать, то есть приходится и вовсе останавливать в них жизненные процессы.