Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с южнокорейскими коллегами усовершенствовали метод фотоакустической микроскопии для изучения трехмерных органоидов мозга. Ключевым элементом прорыва стала мультифокальная металинза, которая позволила впервые рассмотреть объемный биообразец целиком без его разрушения. Органоиды, представляющие собой миниатюрные копии органов, выращенные из стволовых клеток, являются мощным инструментом для моделирования заболеваний и тестирования лекарств. Их трехмерная структура гораздо точнее воспроизводит реальные условия живой ткани по сравнению с клетками в чашке Петри.
Традиционные методы требуют разрушительного для образца разрезания на тонкие слои, что делает невозможным долгосрочное наблюдение. Фотоакустическая микроскопия предлагает неразрушающую альтернативу: мощный лазерный импульс вызывает в тканях ультразвуковые колебания, которые регистрируются для построения изображения.
Проблема заключалась в необходимости медленного послойного сканирования для получения трехмерной картины. Компактная металинза, созданная из массива наностолбиков оксида титана, радикально меняет ситуацию. Она преобразует единый лазерный луч в 60 параллельных лучей, фокусирующихся одновременно на разных глубинах образца. Это формирует так называемый удлиненный фокус, который пронизывает весь органоид.
Металинза преобразует траекторию и фазу проходящего излучения, формируя луч с уникальными свойствами: он фокусируется в область размером 2 мкм по ширине и до 0,5 мм в глубину. Глубина резкости такой системы в 13,5 раз больше, чем у обычных линз, что позволяет получать полную информацию о биообъекте за один цикл съемки без необходимости послойного сканирования. При этом толщина металинзы составляет менее микрометра, что критически важно для разработки портативных аналитических устройств, пригодных для использования вне лаборатории.
В ходе исследования ученые продемонстрировали практическую ценность метода, отследив распределение нейромеланина — ключевого маркера болезни Паркинсона — в живых органоидах человеческого мозга. Полученные данные полностью соответствовали результатам традиционной гистологии, но были получены неразрушающим способом и значительно быстрее. По словам Барулина, потенциал технологии не ограничивается изучением мозга. Метод универсален и позволяет изучать любые биовещества, поглощающие лазерное излучение в видимом диапазоне.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые вырастили органоид целого мозга с нервами и сосудами.
