Модернизация атомно-силового микроскопа позволила наблюдать за деятельностью нейронов практически в реальном времени

Исследователи из Института нейробиологии Макса Планка (Max Planck Florida Institute for Neuroscience) и университета Канадзавы (Kanazawa University), Япония, произвели модернизацию имеющегося в их распоряжении атомно-силового микроскопа (atomic force microscope, AFM). Благодаря этой модернизации он стал способен снимать динамичные изменения структуры живых нейронов с беспрецедентным на нынешнее время пространственным разрешением и скоростью.

Атомно-силовые микроскоп являются одним из основных видов инструментов для проведения съемки, измерений и для осуществления манипуляции микроскопическими объектами с атомарной разрешающей способностью, выражающейся в малых долях нанометра. Такие микроскопы сканируют поверхность исследуемых образцов при помощи чрезвычайно тонкой иглы, зонда, диаметр которого составляет всего 5 нанометров, а наконечник "заточен" почти до одного атома. Однако, такой микроскоп не может использоваться по отношению к нейронам и другим живым клеткам, тонкий и острый наконечник просто режет клеточные мембраны, разрушая клетки. Кроме этого, процесс съемки таким микроскопом достаточно долог, на получение одного изображения обычно требуется не один десяток минут.

Ученые, разрабатывая технологию скоростной съемки (long-tip high-speed, LT-HS-AFM) нашли способ избежать повреждения биологических образцов. Они использовали чрезвычайно длинный и острый зонд, закрепленный на гибкой пластине, такая мягкая и податливая консоль нового микроскопа обеспечивает минимальное давление зонда на образец. А управляет перемещениями наконечника зонда быстродействующая оптическая система, срабатывающая с частотой 800 кГц (тысяч раз в секунду).



Новый микроскоп, не наносящий повреждений биологическим тканям, оптимизирован для проведения скоростной съемки, на создание одного кадра уходит всего несколько секунд времени. Это позволяет регистрировать достаточно динамичные процессы, происходящие в живых клетках, получая при этом пространственную разрешающую способность, в сотни раз превышающую возможности лучших оптических микроскопов.

При помощи созданного ими устройства ученые смогли получить череду снимков, позволяющих отследить динамику структурных изменений поверхности клеток, так называемый процесс морфогенеза, процессы формирования мембранной ряби, формирования впадин и другие изменения, вызванные принудительной стимуляцией различного типа.

"В самом ближайшем будущем мы планируем на основе уже имеющейся технологии создать технологию визуализации морфологии синапсов в режиме реального времени, получив при этом суб-нанометровую разрешающую способность" - рассказывает Риохеи Ясуда (Ryohei Yasuda), ученый из института Макса Планка, - "Эти данные имеют очень большое значение для современной науки, ведь изменения морфологии синапсов являются основой синаптической пластичности, основой нашей памяти и познавательной функции. Исследуя эти процессы, мы сможем узнать много нового о том, как нейроны хранят информацию, и это, в конечном счете, поможет нам вплотную подойти к возможности генерирования искусственных воспоминаний, мгновенного обучения и многих других вещей, которые пока являются лишь фантастикой".




Первоисточник