Флуоресцентная оптическая нанотомография: объединение техник флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения и ультрамикротомии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложен метод 3D-TIRF-микроскопии, основанный на объединении методик ультрамикротомии и флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения поверхности образца после среза и позволяющий реконструировать трехмерную ультраструктуру объектов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. Е. Мочалов

Институт биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8157-9613

д.ф.-м.н., ст. науч. сотр.

Россия, Москва

О. И. Агапова

Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И.Шумакова Минздрава России

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4507-1852

к.б.н., ст. науч. сотр.

Россия, Москва

И. И. Агапов

Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И.Шумакова Минздрава России

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0273-4601

д.б.н., зав. лаб.

Россия, Москва

Д. С. Коржов

Институт биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-2626-1278

техник-лаборант

Россия, Москва; Москва

Д. О. Соловьева

Институт биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2590-4204

к.б.н., науч. сотр.

Россия, Москва

С. В. Сизова

Институт биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0846-4670

к.х.н., науч. сотр.

Россия, Москва

М. С. Шестопалова

Институт биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6543-4289

инж.-иссл.

Россия, Москва; Москва

В. А. Олейников

Институт биоорганической химии РАН им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4623-4913

д.ф.-м.н., проф., зав. отд.

Россия, Москва; Москва

А. Е. Ефимов

Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И.Шумакова Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: antefimov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0769-301X

д.б.н., гл. науч. сотр.

Россия, Москва

Список литературы

  1. Dongre A., Weinberg R.A. New insights into the mechanisms of epithelial–mesenchymal transition and implications for cancer, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019. Vol. 20. PP. 69–84. https://doi.org/10.1038/s41580-018-0080-4
  2. Finkenstaedt-Quinn S.A., Qiu T.A., Shin K., Haynes C.L. Super-resolution imaging for monitoring cytoskeleton dynamics, Analyst. 2016. Vol. 141. PP. 5674–5688. https://doi.org/10.1039/C6AN 00731G
  3. Axelrod D. Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy in Cell Biology, Traffic. 2001. Vol. 2. PP. 764–774. https://doi.org/10.1034/j.1600-0854.2001.21104.x
  4. Poulter N.S., Pitkeathly W.T.E., Smith P.J., Rappoport J.Z. The physical basis of total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy and its cellular applications, in: P. Verveer (Eds.), Advanced Fluorescence Microscopy. Methods in Molecular Biology, Humana Press, New York. 2014. PP. 1–23. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2080-8_1
  5. Martin-Fernandez M.L., Tynan C.J., Webb S.E.D. A ‘pocket guide’ to total internal reflection fluorescence, J. Microsc. 2013. Vol. 252. PP. 16–22. https://doi.org/10.1111/jmi.12070
  6. Mattheyses A.L., Simon S.M., Rappoport J.Z. Imaging with total internal reflection fluorescence microscopy for the cell biologist, J. Cell. Sci. 2010. Vol. 123. PP. 3621–3628. https://doi.org/10.1242/jcs.056218
  7. Stabley D.R., Oh T., Simon S.M., Mattheyses A.L., Salaita K. 2015. Real-time fluorescence imaging with 20 nm axial resolution. Nat. Commun. Vol. 6. P. 8307. https://doi.org/10.1038/ncomms9307
  8. Trexler A.J., Sochacki K.A., Taraska J.W. Imaging the recruitment and loss of proteins and lipids at single sites of calcium-triggered exocytosis, Mol. iol. Cell. 2016. Vol. 27. PP. 2423–2434. https://doi.org/10.1091/mbc.E16-01-0057
  9. Allikalt A., Purkayastha N., Flad K., Schmidt M.F., Tabor A., Gmeiner P., Hübner P., Weikert D. Fluorescent ligands for dopamine D2/D3 receptors. Sci. Rep. 2020. Vol. 10. P. 21842. https://doi.org/10.1038/s41598-020-78827-9
  10. Tabor A., Möller D., Hübner Y., Kornhuber J., Gmeiner P. Visualization of ligand-induced dopamine D2S and D2L receptor internalization by TIRF microscopy. Sci. Rep. 2017. Vol. 7. P. 10894. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11436-1
  11. Sankaran J., Wohland T. Fluorescence strategies for mapping cell membrane dynamics and structures. APL Bioeng. 2020. Vol. 4. P. 020901. https://doi.org/10.1063/1.5143945
  12. Lukeš T., Glatzová D., Kvíčalová Z., Levet F., Benda A., Letschert S., Sauer M., Brdička T. Lasser T., Cebecauer M. Quantifying protein densities on cell membranes using super-resolution optical fluctuation imaging. Nat. Commun. 2017. Vol. 8. P. 1731. https://doi.org/10.1038/s41467-017-01857-x
  13. Efimov A.E., Agapov I.I., Agapova O.I., Oleinikov V.A., Mezin A.V., Molinari M., Nabiev I., Mochalov K.E. A novel design of a scanning probe microscope integrated with an ultramicrotome for serial block-face nanotomography. Rev. Sci. Instrum. 2017. Vol. 88. P. 023701. https://doi.org/10.1063/1.4975202
  14. Mochalov K.E., Chistyakov A.A., Solovyeva D.O., Mezin A.V., Oleinikov V.A., Vaskan I.S., Molinari M., Agapov I.I., Nabiev I., Efimov A.E. An instrumental approach to combining confocal microspectroscopy and 3D scanning probe nanotomography, Ultramicroscopy. 2017. Vol. 182. PP. 118–123. https://doi.org/10.1016/j.ultramic. 2017.06.022
  15. Мочалов К., Чистяков А., Соловьева Д. и др. / Инструментальное объединение конфокальной микроспектроскопии и 3D-сканирующей зондовой нанотомографии // НАНОИНДУСТРИЯ. 2016. Т. 7. № 69. С. 60–71.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Модель специализированного прямого флуоресцентного микроскопа для реализации методики 3D-TIRF. a – вид сбоку; b – вид сзади. Обозначения: 1 – объектив, 2 – прецизионная угловая подвижка, 3 – прецизионная аксиальная микроподвижка для точной фокусировки, 4 – кубик с флуоресцентными фильтрами, 5 – тубусная линза, 6 – светодиод для освещения при работе в режиме яркого поля, 7 – прецизионная моторизованная подвижка микроскопа по вертикали, 8 – прецизионная моторизованная подвижка микроскопа по горизонтали ("вперед – назад"), 9 – установочная оптическая панель с прецизионной подвижкой по горизонтали ("вправо – влево"), 10 – алмазный нож ультрамикротома

Скачать (487KB)
Метаданные
3. Рис.2. Экспериментальная установка для 3D-TIRF микроскопии: 1 – алмазный нож ультрамикротома, 2 – объектив флуоресцентного микроскопа, 3 – XYZ-пьезосканер, установленный на подвижной консоли ультрамикротома, 4 – образец

Скачать (708KB)
Метаданные
4. Рис.3. Сравнение экспериментальной (зеленый) и теоретической (фиолетовый) зависимостей интенсивности эванесцентных волн от расстояния от поверхности ножа по оси Z

Скачать (215KB)
Метаданные
5. Рис.4. Левая панель: 2D-TIRF-изображение образца ПСМ с нанесенным оптически тонким (несколько нанометров) поверхностным слоем КТ структуры ядро/оболочка (CdSe/ZnS) с длиной волны испускаемой флуоресценции в районе 530 нм. Размер изображения 25,6×25,6 мкм; правая панель – трехмерная реконструкция образца ПСМ/КТ на основе 33 последовательных 2D-TIRF-изображений, толщина среза 150 нм, объем реконструкции 25,6×25,6×4,95 мкм. Размерные отрезки – 5 мкм

Скачать (1MB)
Метаданные

© Мочалов К.Е., Агапова О.И., Агапов И.И., Коржов Д.С., Соловьева Д.О., Сизова С.В., Шестопалова М.С., Олейников В.А., Ефимов А.Е., 2024