Новую технологию клеточной томографии предложил коллектив исследователей из НИТУ МИСИС, МГУ имени М. В. Ломоносова и ВНИИОФИ. Она позволит преодолеть ограниченность методов фазовой и абсорбционной микроскопии, которые анализируют лишь единичную клетку правильной формы. В будущем с помощью локального томографа планируется изучение субклеточных структур и цитоплазмы при функционировании нейрона, что приблизит ученых к пониманию того, как работает человеческий мозг. Томограф собран полностью из российских комплектующих, уже получены первые снимки нейронов.
Наблюдение за изменениями в различных областях живой клетки в физиологических и смоделированных условиях имеет ряд ограничений. Живая клетка прозрачна, поэтому заметить динамические колебания мембраны и плотности белка в ней крайне сложно. Для изучения клеток необходимо окрашивание или введение маркеров, но в таком случае клетка будет менять своё состояние и результаты будут искажены.
Более того, активно развивающееся томографическое направление фазовой и абсорбционной микроскопии (исследования структуры и химической природы живых клеток с помощью высококонтрастных изображений) ограничиваются анализом единичной клетки правильной формы. Зондирование и алгоритмы традиционной компьютерной томографии также не позволяют улавливать более сложные формы. Поэтому в настоящее время актуальной исследовательской и биомедицинской задачей является создание новых подходов в лабораторной диагностике, позволяющих изучать локальные динамические процессы в живых клетках различных форм.
Магистрантка Университета МИСИС Татьяна Маракуца совместно с учеными МГУ имени М. В. Ломоносова и ВНИИОФИ разработала проект по созданию технологии неинвазивного картирования цитоплазмы – локальную томографию. Она позволяет рассматривать прозрачную клетку как фазовый объект, который можно измерять интерференционными методами и получать количественную информацию об объемном распределении показателя преломления клетки и её морфологии с помощью регистрации величин оптической разности хода лучей.
Результатом проекта станет методология получения субклеточных изображений и клеточной диагностики. Изображения с локального томографа можно использовать для изучения нативных, то есть не повреждённых при исследовании, клеток. В будущем такие методы могут быть задействованы в биотехнологии и биомедицине для последующей стимуляции нейронов, а, следовательно, восстановления нейронных связей, а также для культивирования и контроля состояния нативных клеток, что существенно упростит и ускорит процесс выявление болезней на ранних стадиях.
«Данный проект неплохо коррелируется с передовыми тенденциями научно-технического мира, а именно с процессом воссоздания нейросети на базе нейронов человеческого организма, ведь потенциально он может предоставить ценные сведения о структуре нейрона и не только. Стоит также отметить, что проект всецело базируется на российских комплектующих, причем качество создаваемых снимков не уступает зарубежным аналогам. Более того он может послужить толчком для развития производства сопутствующих компонентов в стране», — рассказала Татьяна Маракуца.
Команда ученых уже собрала прототип томографа, на котором сделаны первые снимки нейронов. Как отмечают исследователи, внутриклеточные процессы нейрона удалось оценить с достаточно высокой скоростью – за 1 минуту получается около 100 проекций клетки.
В 2023 году в ходе реализации проекта ученые разработают программу оценки изображений клеток (нейронов) и методологию получения субклеточных изображений. Исследователи намерены доказать возможность оценки субклеточных структур и цитоплазмы при функционировании нейрона – это позволит приблизиться к пониманию того, как работает человеческий мозг и нейронные связи в частности.