Пикосекундные лазеры выводят на новый уровень криоэлектронную микроскопию

Ученые разработали метод усиления контраста в криоэлектронной микротомографии тканей мозга с помощью сверхбыстрых лазеров.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Международная команда ученых из Колумбийского университета и лаборатории Макссона при Корнеллском университете предложила новаторский способ повысить качество изображений, получаемых методом криоэлектронной томографии (cryo-ET). Работа опубликована в журнале eLife и уже вызвала интерес научного сообщества, поскольку может существенно улучшить визуализацию биологических структур на уровне отдельных молекул.

Cryo-ET, как метод, направляет пучки электронов на сильно охлажденные образцы, получая трехмерные изображения структур внутри них с почти атомным разрешением. Однако из-за слабого взаимодействия между электронами и биомолекулами итоговые снимки отличаются низким контрастом — детали выглядят размытыми. Ученые решили эту проблему необычным способом: они интегрировали лазер, испускающий короткие импульсы, которые нацеливаются на электроны, прошедшие через образец без взаимодействия с ним, и изменяют их свойства. Такое лазерное «корректирование» способствует усилению контраста и делает итоговые изображения более четкими и информативными.

Как это работает и зачем нужно

Суть подхода заключается в том, что лазер должен воздействовать на отдельный электрон за триллионную долю секунды (10-12с или пикосекунду). Это невероятно короткий временной интервал, но, согласно исследованию, вполне достижимый. При этом электроны движутся со скоростью, близкой к скорости света, что делает задачу синхронизации воздействия еще более сложной. В перспективе подобная технология позволит исследователям получать более детальные трехмерные снимки молекул, участвующих в работе мозга, а также в патологических процессах, таких как образование патогенных белковых агрегатов при болезни Альцгеймера или Паркинсона.

По словам ведущего автора исследования Дэниела Ду, лазер должен успеть «поймать» электрон в нужный момент, что само по себе является техническим вызовом. При этом улучшение контраста — ключ к более глубокому пониманию биологических механизмов и возможностей разработки новых лекарственных стратегий.

Пикосекундные лазеры — отнюдь не предел технологического совершенства. Недавно мы рассказали о фемтосекундных лазерах, где световой импульс огромной мощности длится всего 10-15с.

• Физика

Поделиться