Biologiyada görmə anlayışa gətirib çıxara bilər və McGovern Beyin Tədqiqatları İnstitutundakı professor Edvard Boydenin laboratoriyasındakı tədqiqatçılar həyatı daha dəqiq diqqət mərkəzində saxlamağa çalışırlar. Bir cüt yeni üsulla onlar genişləndirmə mikroskopiyasının imkanlarını genişləndirirlər – qrupun 2015-ci ildə təqdim etdiyi yüksək ayırdetməli görüntüləmə texnikası – beləliklə, hər yerdə tədqiqatçılar işıq mikroskopu altında hüceyrə və toxumalara baxdıqda daha çox şey görə bilsinlər.

“Biz hər şeyi görmək istəyirik, ona görə də həmişə onu təkmilləşdirməyə çalışırıq” dedi Boyden, MIT-də Neyrotexnologiya üzrə Professor Y. Eva Tan. “Əsas tikinti bloklarına qədər bütün həyatın bir görüntüsü, həqiqətən də məqsəddir.” Boyden həm də Howard Hughes Tibb İnstitutunun müstəntiqidir və MIT-də Yang Tan Kollektivinin üzvüdür.

Nümunələrinin rənglənməsinin və şəkillərin işlənməsinin yeni üsulları ilə, genişləndirici mikroskopiya istifadəçiləri indi öz şəkillərində hüceyrələrin formalarının parlaq konturlarını görə bilər və adi işıq mikroskopiyasından xeyli yüksək qətnamə ilə bir toxuma nümunəsi içərisində çoxlu müxtəlif zülalların yerləşdiyi yerləri dəqiq təyin edə bilərlər. Nature Communications jurnalında açıq şəkildə bildirilən bu irəliləyişlər , neyronların incə proyeksiyalarını izləmək və sağlamlıq və xəstəliyə töhfə verən molekullar arasında məkan əlaqələrini vizuallaşdırmaq üçün yeni üsullara imkan verir.

Genişləndirici mikroskopiya bioloji toxumaları fiziki olaraq genişləndirmək üçün su uducu hidrogeldən istifadə edir. Bir toxuma nümunəsi hidrogel tərəfindən nüfuz etdikdən sonra nəmləndirilir. Hidrojel suyu udduqca şişir, toxumadakı molekulların nisbi yerlərini qoruyur, onları yumşaq bir şəkildə bir-birindən uzaqlaşdırır.

Nəticədə, genişlənmiş toxuma işıq mikroskopu altında baxdıqda, sıx hüceyrə komponentləri ayrı və fərqli görünür. Standart laboratoriya avadanlığından istifadə etməklə həyata keçirilə bilən yanaşma, əksər tədqiqat qrupları üçün super rezolyusiyaya malik təsvirləri əlçatan edib.

Genişləndirici mikroskopiyanı ilk dəfə inkişaf etdirəndən bəri Boyden və komandası metodu təkmilləşdirməyə davam etdi – onun ayırdetmə qabiliyyətini artırdı, proseduru sadələşdirdi, yeni funksiyalar hazırladı və digər alətlərlə inteqrasiya etdi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1741080112&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-expansion-microscopy-methods-lipid-membranes.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDIiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl1dLDBd&dt=1741080110225&bpp=1&bdt=63&idt=141&shv=r20250303&mjsv=m202502260101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741080102%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741080102%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741080102%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C1903x945&nras=2&correlator=3338408936791&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2183&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31090735%2C95344791%2C95354313%2C95354325%2C95354334%2C31090357%2C95350015%2C95353078%2C95353782%2C95340253%2C95340255&oid=2&pvsid=2247840844116620&tmod=707822213&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=1838

Hüceyrə membranlarının vizuallaşdırılması

Komandanın ən son nailiyyətlərindən biri, Nature Communications jurnalının 12 fevral sayında təsvir etdikləri ultrastruktur membranın genişləndirilməsi mikroskopiyası (umExM) adlı metoddur .

Bununla, bioloqlar hüceyrələrin sərhədlərini meydana gətirən və onların içərisində orqanoidləri əhatə edən nazik membranları vizuallaşdırmaq üçün genişləndirici mikroskopiyadan istifadə edə bilərlər. Əsasən lipidlər adlanan molekullardan qurulmuş bu membranların işıq mikroskopiyası ilə təsviri üçün bütöv toxumalarda sıx şəkildə etiketlənməsi çox çətin olmuşdur. İndi tədqiqatçılar umExM-dən hüceyrənin ultrastrukturunu və toxumalarda təşkilini öyrənmək üçün istifadə edə bilərlər.

Tay Shin SM ’20, Ph.D. ’23, Boyden laboratoriyasında keçmiş aspirant və MIT-də Tan-Yang Autizm Araşdırmaları Mərkəzində J. Duqlas Tan Təqaüdçüsü, umExM-in inkişafına rəhbərlik etmişdir. “Bizim məqsədimiz əvvəlcə çox sadə idi: Gəlin toxunulmamış toxumada membranları etiketləyək, məsələn, elektron mikroskopun toxumadakı membranları vizuallaşdırmaq üçün membranları etiketləmək üçün osmium tetroksiddən necə istifadə etdiyi kimi” o deyir. “Məlum olur ki, buna nail olmaq çox çətindir.”

Komanda əvvəlcə toxuma nümunələrindəki membranları işıq mikroskopu altında görünən edəcək bir etiket hazırlamalı idi. “Biz demək olar ki, sıfırdan başlamalı olduq” deyir Shin. “Biz, həqiqətən, plazma membranını etiketləyən zondun əsas xüsusiyyətləri haqqında düşünməli və sonra onları genişləndirici mikroskopiyaya necə daxil edəcəyimizi düşünməli idik.” Bu, membranı təşkil edən lipidlərlə əlaqələndiriləcək və onu həm toxuma nümunəsini genişləndirmək üçün istifadə olunan hidrojellə, həm də görünürlük üçün flüoresan molekula bağlayan bir molekulun yaradılması demək idi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Membran vizuallaşdırılması üçün genişləndirici mikroskopiya protokolunu optimallaşdırdıqdan və potensial zondları geniş şəkildə sınaqdan keçirdikdən və təkmilləşdirdikdən sonra Şin bir gecənin birində laboratoriyada uğur qazandı. Genişlənmiş toxuma nümunəsini mikroskopda yerləşdirdi və hüceyrələrin kəskin konturlarını gördü.

Genişlənmə ilə təmin edilən yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə görə, üsul Boyden komandasına neyronlardan çıxan kiçik dendritləri belə müəyyən etməyə və onların incə aksonlarının uzun uzantılarını aydın şəkildə görməyə imkan verdi. Tədqiqatçıların fikrincə, bu cür aydınlıq tədqiqatçılara beynin bir-birinə sıx bağlı şəbəkələri daxilində fərdi neyronların yollarını izləməyə kömək edə bilər.

Boyden bu sinir proseslərini izləməyi “beyin elmində zəmanəmizin əsas prioriteti” adlandırır. Belə izləmə ənənəvi olaraq xüsusi bacarıq və bahalı avadanlıq tələb edən elektron mikroskopiyaya əsaslanırdı. Şin deyir ki, genişləndirici mikroskop standart işıq mikroskopundan istifadə etdiyi üçün bütün dünyada laboratoriyalar üçün daha əlçatandır.

Şin və Boyden qeyd edir ki, genişləndirici mikroskopiya istifadəçiləri xüsusi zülalların harada yerləşdiyini göstərən flüoresan etiketlərlə lipid membranları aşkar etmək üçün yeni qabiliyyəti birləşdirdikdə nümunələri haqqında daha çox məlumat əldə edə bilərlər. Boyden deyir: “Bu vacibdir, çünki zülallar hüceyrənin çox işini görür, lakin siz onların hüceyrə quruluşuna görə harada olduqlarını bilmək istəyirsiniz”.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1741080132&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-expansion-microscopy-methods-lipid-membranes.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDIiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl1dLDBd&dt=1741080110368&bpp=2&bdt=205&idt=2&shv=r20250303&mjsv=m202502260101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741080102%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741080102%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741080102%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C1903x945%2C750x188&nras=2&correlator=3338408936791&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=3947&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=214&eid=31090735%2C95344791%2C95354313%2C95354325%2C95354334%2C31090357%2C95350015%2C95353078%2C95353782%2C95340253%2C95340255&oid=2&pvsid=2247840844116620&tmod=707822213&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=21773

Bir nümunə, çoxlu zülal

Bu məqsədlə tədqiqatçılar daha genişlənmə mikroskopundan nə vaxt istifadə etdiklərini görmək üçün bir neçə zülal seçməli deyillər. MultiExtension aşkarlama (multiExR) adlı yeni üsulla istifadəçilər indi bir nümunədə 20-dən çox müxtəlif zülalları etiketləyə və görə bilərlər. Bioloqlar bu üsuldan zülal dəstlərini vizuallaşdırmaq, onların bir-birinə münasibətdə necə təşkil edildiyini görmək və onların necə qarşılıqlı əlaqədə ola biləcəyinə dair yeni fərziyyələr yaratmaq üçün istifadə edə bilərlər.

Nature Communications jurnalında 9 noyabr 2024-cü ildə bildirilmiş bu yeni metodun açarı genişlənmiş toxuma nümunəsindəki flüoresan işarəli antikorları təkrar-təkrar spesifik zülallarla əlaqələndirmək, onların təsvirini çəkmək, sonra onları ayırmaq və yeni zülal dəstini aşkar etmək üçün yeni antikor dəstindən istifadə etmək bacarığıdır. Postdoc Jinyoung Kang bu prosesin hər bir addımını dəqiqləşdirərək, toxuma nümunələrinin toxunulmaz qalmasını və etiketlənmiş zülalların hər görüntüləmə mərhələsində parlaq siqnallar istehsal etdiyini təmin etdi.

Tək bir nümunənin bir çox şəklini çəkdikdən sonra Boydenin komandası başqa bir problemlə üzləşdi: bu şəkillərin bir-biri ilə üst-üstə düşə bilməsi üçün mükəmməl uyğunlaşmasını necə təmin etmək, etiketlənmiş və bir-bir vizuallaşdırılmış bütün zülalların dəqiq mövqelərini göstərən son şəkil hazırlamaq.

Genişləndirici mikroskopiya bioloqlara hüceyrələrin bəzi ən kiçik xüsusiyyətlərini vizuallaşdırmağa imkan verir – lakin bir neçə dəfə görüntüləmə zamanı eyni xüsusiyyətləri təkrar-təkrar tapmaq üçün Boyden komandası əvvəlcə daha böyük bir quruluşa sahib olmalı idi. Kang ilə multiExR-nin inkişafına rəhbərlik edən Boyden laboratoriyasının aspirantı Marqaret Şröder belə izah edir: “Bu baxış sahələri həqiqətən kiçikdir və siz bu həqiqətən kiçik baxış sahəsini bir geldə tapmağa çalışırsınız ki, onu genişləndirdikdən sonra əslində kifayət qədər böyük olur”.

Hər dəfə doğru yerə getmək üçün komanda hər bir toxuma nümunəsindən keçən qan damarlarını etiketləməyə və onlardan bələdçi kimi istifadə etməyə qərar verdi. Dəqiq uyğunlaşmanı təmin etmək üçün müəyyən incə detallar da ardıcıl olaraq hər təsvirdə görünməlidir; Bunun üçün komanda bir neçə struktur zülalları etiketlədi. Bu istinad nöqtələri və fərdiləşdirilmiş görüntüləmə emal proqramı ilə komanda nümunənin bütün şəkillərini bir yerə birləşdirə bildi və ayrıca vizuallaşdırılan zülalların bir-birinə nisbətən necə düzüldüyünü ortaya qoydu.

Komanda, Alzheimer xəstəliyindən təsirlənən beyinlərdə məşhur şəkildə inkişaf edən amiloid lövhələrinə – anormal protein qruplarına baxmaq üçün multiExR-dən istifadə etdi. Boyden deyir: “Biz bu amiloid lövhələrinin içərisinə baxıb soruşa bilərik ki, onların içərisində nə var? Və biz bir çox müxtəlif zülalları rəngləyə bildiyimiz üçün yüksək məhsuldarlıqlı bir araşdırma edə bilərik”. Komanda şəkillərində görmək üçün 23 fərqli zülal seçib. Bu yanaşma müəyyən nörotransmitter reseptorlarının (AMPAR) olması kimi bəzi sürprizləri ortaya qoydu.

Boyden deyir: “Budur, bütün nevrologiyada ən məşhur reseptorlardan biri və o, nevrologiyada patologiyanın ən məşhur molekulyar əlamətlərindən birində gizlənir”. Alzheimer xəstəliyində reseptorların hansı rol oynadığı, əgər varsa, aydın deyil, lakin bu tapıntı hüceyrə daxilində daha çox görmə qabiliyyətinin biologiyanın gözlənilməz aspektlərini necə ifşa edə biləcəyini və tədqiqat üçün yeni suallar doğurduğunu göstərir.

Daha çox məlumat: Tay Won Shin və digərləri, Dokularda ultrastrukturun sıx, davamlı membran etiketlənməsi və genişlənmə mikroskopiyası vizuallaşdırılması, Təbiət Əlaqələri (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56641-z

Jinyoung Kang və digərləri, Sağlam və xəstə beyində çoxproteinli nanostrukturların görüntülənməsi üçün aşkarlanan Multipleks genişlənmə, Təbiət Əlaqələri (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53729-w

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir