革新的な顕微鏡法により、前例のない細胞の詳細がリアルタイムで明らかになります

• 科学者は、多細胞生物の細胞内ダイナミクスを画像化できる新しい顕微鏡を開発します。 
• これを行うために、彼らは格子ライトシート顕微鏡法と補償光学技術を組み合わせました。 
• 彼らは、細胞内で細胞小器官が形成される際のその動作をリアルタイムで観察することができました。 

1665年、ロバート・フックは顕微鏡を使用してコルクの小さなスライスを観察し、彼が「細胞」と呼んだ小さなブロックを発見しました。それ以来、人生の構成要素をより良く理解できるようにするために、多くの革新的な頭脳によって数え切れないほどの努力がなされてきました。

現在、ハーバード大学医学部とハワード ヒューズ医学研究所の研究者は、生きた細胞の 3D 写真やビデオなど、非常に詳細な情報を撮影できる高度な顕微鏡を開発しました。

顕微鏡の解像度は、細胞を介して分子貨物を輸送する小胞 (微細な泡) の動態など、多細胞生物の細胞内動態を画像化することができます。

課題

3世紀以上にわたり、研究者は細胞を観察するために顕微鏡を使用してきました。これまでのところ、スライドガラス上で単離された細胞から最良の視覚化が得られています。ただし、多細胞生物の細胞をリアルタイムで観察することは、依然としてはるかに複雑な作業です。

ほとんどの場合、標的細胞は分子構造や組織に囲まれており、顕微鏡の対物レンズに出入りする光線を妨げ、重要な詳細がぼやけます。強力なビームの使用は、組織やその他の分子構造を部分的に損傷したり歪めたりする可能性があるため、完璧な解決策とは言えません。

では、彼らはどのようにしてそれを行ったのでしょうか?

これらの問題に対処するために、研究者は 2 つの手法を組み合わせました –

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格子ライトシート顕微鏡 これにより、光毒性による細胞の損傷を軽減しながら、画像取得の速度が向上します。

補償光学 ミラーをアクティブに成形することで、入ってくる波面の歪みを軽減します。一般に天体望遠鏡で使用されます。

格子ライトシート顕微鏡では、構造化ライトシートを使用して標本の連続面で蛍光を励起します。これにより、動的な生物学的プロセスの洞察を提供する一連の 3D 画像が生成されます。

一方、補償光学は、波面の歪みを分析し、液晶アレイや可変ミラーなどの誤差を修正する機器でそれらを補正することで機能します。

顕微鏡の概略図 |研究者提供

彼らは、補償光学セットアップを生成する 2 光子レーザーの助けを借りて、これらの原理を顕微鏡の分野に適用しました。格子ライト シートが多細胞生物を透過するとき、このセットアップはシートの薄い照明を維持し、標的細胞の歪みのない画像を生成します。

参照:ScienceMag | doi:10.1126/science.aaq1392 |ハーバード大学

その後、この顕微鏡をさまざまな生体サンプルで検証し、情報を効果的な方法で視覚化する重要なツールを開発しました。これには、完全にインタラクティブな 3D ビデオが含まれます。

結果

がん細胞 | がん細胞クレジット:Rick Groleau と Kevin Jiang

もうお気づきかと思いますが、その結果は非常に印象的でした。この画像では、血管壁 [紫色] を無理に突き進んでいるがん細胞 [緑色で表示] がはっきりと見えます。下の画像は、ゼブラフィッシュの目の細胞を 3D で示しています。

ゼブラフィッシュの目の細胞 |クレジット:Liu 他

研究者らは、細胞内で細胞小器官が形成される際のその挙動を（リアルタイムで）視覚化することができました。実際、彼らは、細胞がホルモン、代謝産物、その他のタンパク質を吸収するプロセスである、受容体媒介エンドサイトーシスの分子に近い詳細を捉えました。

次は何ですか?

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研究者たちは現在、この技術をシンプルかつ低コストにすることに取り組んでいます。現在のシステムは長さ 3 メートルのテーブルに収まります。次のバージョンはコンパクトで手頃な価格になるでしょう。さらに、最初の顕微鏡はジャネリア研究キャンパスに設置され、他の科学者が使用できるようになります。