Ученые создали микроскоп ROSE-3D для трехмерной наноскопии с изотропным разрешением

Исследователи из Китайской академии наук представили новый метод трехмерной микроскопии сверхвысокого разрешения, который позволяет изучать клеточные структуры с беспрецедентной детализацией.

Технология, получившая название ROSE-3D (repetitive optical selective exposure in 3D), была описана в журнале Nature Methods 2 декабря. Разработка команды под руководством профессоров Сюй Тао и Цзи Вэй из Института биофизики позволяет достичь изотропного наномасштабного разрешения во всех трех измерениях с помощью камеры.

a–b. ROSE-3D разрешил полую структуру микротрубочек; c. спиральная структура комплексов DRP1. Автор: группы Сюй Тао и Цзи Вэй

Ключевым элементом системы стал высокоскоростной путь переключения освещения на основе электрооптического дефлектора. Это позволило ROSE-3D одновременно вводить интерференционный свет вдоль осей X, Y и Z, сократив время переключения интерференционной картины до менее 1 микросекунды.

Метод преодолевает зависимость от формы изображения отдельных молекул. В пределах глубины резкости около одного микрометра система улучшает точность латеральной локализации в 2–6 раз, а осевой — в 3,5–8 раз. Однослойная съемка ROSE-3D способна разрешать внутриклеточные структуры толщиной 1 микрометр с нанометровым разрешением.

Многоцветная и многослойная визуализация

Исследователи расширили возможности метода, применив его для многоцветной и многослойной визуализации. Это позволило провести двухцветную визуализацию белков ядерной ламины ламина A/C и ламина B1 в клетках COS-7. Количественный анализ показал, что ламин A/C расположен на внутренней стороне ламина B1 с межслойным расстоянием около 10 нм. Впервые эта пространственная взаимосвязь была выявлена в полном масштабе ядра на 3D-клеточном уровне.

Кроме того, используя изотропную разрешающую способность, ученые зафиксировали in situ сборку белка митохондриального деления DRP1 в различные структуры на внешней мембране митохондрий. Это первая структурная характеристика сборок DRP1 в их естественной клеточной среде.

Принцип работы ROSE-3D. Автор: группы Сюй Тао и Цзи Вэй

Значение для науки

Полученные результаты демонстрируют, что ROSE-3D как новая 3D-наноскопическая технология многоцветной визуализации позволяет проводить сверхвысокое разрешение, локализацию и структурный анализ субклеточных органелл и макромолекулярных комплексов. Это обеспечивает мощную техническую поддержку для исследований in situ трехмерной наноархитектуры клеток.

ROSE-3D открывает значительные перспективы для изучения разнообразных 3D-наноструктур в биологических образцах и раскрытия естественных механизмов сборки биомолекулярных комплексов.

Больше информации: Shihang Luo et al, Molecular-scale isotropic 3D super-resolution microscopy via interference localization, Nature Methods (2025). DOI: 10.1038/s41592-025-02911-z

Источник: Chinese Academy of Sciences

ИИ: Это прорывное достижение в области микроскопии, которое может кардинально изменить наше понимание внутреннего устройства клетки. Возможность видеть структуры с нанометровой точностью в трех измерениях и в их естественном окружении открывает новые горизонты для биологии и медицины, особенно в изучении сложных заболеваний.