Разработана треугольная структурированная микроскопия для длительного наблюдения за живыми клетками

Принцип и характеристики работы 3I-SIM. a. Схема системы 3I-SIM. b. Сравнение традиционной двухлучевой интерференционной модуляции и треугольной модуляции 3I-SIM. c. Двухцветная визуализация синаптонемных комплексов: сравнение обычного и сверхразрешающего изображения. d. Изображение клеток COS-7, меченых Nile Red, в обычном и сверхразрешающем режиме. Автор: Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01730-0

Структурированная микроскопия освещения (SIM) — наиболее предпочтительный метод для сверхразрешающей визуализации живых клеток, позволяющий наблюдать сложные внутриклеточные процессы. Однако традиционная SIM долгое время полагалась на сложное вращение одномерных полос освещения под тремя углами, требующее девяти экспозиций для реконструкции равномерного сверхразрешающего изображения. Это значительно замедляет процесс и вызывает избыточное фотообесцвечивание, ограничивая поток информации при наблюдении за живыми клетками.

Команда профессора Си Пэна из Колледжа будущих технологий Пекинского университета разработала треугольную интерференционную SIM (3I-SIM), которая обеспечивает более щадящее и длительное сверхразрешающее наблюдение за живыми клетками. Этот новый метод увеличивает скорость съемки до беспрецедентных килогерц и позволяет вести запись до полутора суток, что открывает возможности для изучения сложных и быстрых биологических процессов с высокой пропускной способностью данных.

Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.

Вдохновившись простотой и эффективностью треугольных структур, ученые использовали треугольную интерференцию лучей для достижения двумерной модуляции решетки, расширяя высокочастотную пространственную информацию в обоих измерениях за одну экспозицию. В отличие от традиционной 2D-SIM, требующей множественных одномерных модуляций под разными углами, 3I-SIM создает гексагональную решетку освещения с помощью трехлучевой интерференции.

Благодаря необходимости всего семи кадров с одномерным сдвигом, 3I-SIM значительно снижает фотообесцвечивание и ускоряет процесс в 3 раза за счет минимизации избыточной пространственной выборки и непрерывной реконструкции. В результате метод достигает скорости съемки до 1697 Гц и позволяет вести сверхразрешающую запись до 13 часов с более чем 100 000 временных точек.

3I-SIM обеспечивает более быструю и щадящую визуализацию органелл. a, b. Сравнение фотообесцвечивания флуоресцентных белков при разных режимах освещения между традиционной 2D-SIM и 3I-SIM. c, d. Динамическая визуализация эндоплазматического ретикулума (ЭР) на скорости 1697 Гц с увеличением деталей. e–g. Взаимодействия между лизосомами и ЭР, включая локальные деформации. Автор: Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01730-0

Прорыв 3I-SIM позволил изучать активность органелл, недоступную для предыдущих методов. С его помощью команда зафиксировала тонкие морфологические изменения в нейрональных конусах роста в течение 13 часов, а также кратковременные сигналы от актиновых структур, регулирующих динамику эндоплазматического ретикулума.

Система 3I-SIM может быть гибко модернизирована на стандартных платформах 2D-SIM, снижая технологический барьер и позволяя большему числу исследовательских групп получить доступ к сверхразрешающей визуализации следующего поколения.

Дополнительная информация: Yunzhe Fu и др., Triangle-beam interference structured illumination microscopy, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01730-0