В Helmholtz Munich и Техническом университете Мюнхена создали микроскоп, который меняет подход к изучению биолюминесценции в живых клетках. Система QIScope использует сверхчувствительную камеру, улавливающую даже самый слабый свет. Она дает более четкие изображения, охватывает большую зону наблюдения и сочетается с другими методами визуализации. Это позволяет ученым детальнее и дольше исследовать живые системы.

Результаты опубликованы в издании Nature Methods.

Биолюминесценция — свечение, которое производят особые ферменты в клетках, — давно применяется в биологии. В отличие от флуоресценции, требующей мощной внешней подсветки (а это может влиять на клетки и заглушать слабые сигналы), биолюминесценция мягче и подходит для долгих наблюдений. Но до сих пор ее слабый свет было трудно уловить с высокой детализацией.

Команда доктора Цзянь Куй нашла решение: они взяли за основу квантовые сенсоры (QIS), которые в условиях слабого освещения работают лучше стандартных камер (EMCCD). Чтобы раскрыть их потенциал, ученые разработали необычную оптическую систему, вдохновленную телескопами.

Мы объединили принципы телескопии с QIS-камерой и получили систему, которая показывает клеточные процессы с невиданной четкостью, — объясняет Руйю Ма, ведущий автор исследования.

QIScope уже доказал свою эффективность: он фиксирует мельчайшие изменения в клетках — например, движение везикул или поведение редких белков — в течение долгого времени.

Наш микроскоп чувствительнее, резче, охватывает больше и работает в широком динамическом диапазоне, — говорит Куй. — Он также совместим с флуоресцентной микроскопией и фазово-контрастной визуализацией. Теперь можно изучать живые системы, почти не вмешиваясь в их работу.

Этот инструмент открывает новые возможности для исследований — от отдельных клеток до органоидов и тканей. Он поможет в изучении болезней, разработке лекарств и фундаментальной биологии.

Главный прорыв здесь — в минимальном вмешательстве. Традиционные методы, вроде флуоресценции, требуют мощного облучения, что повреждает клетки и искажает данные. QIScope же фиксирует естественное свечение, позволяя наблюдать процессы в их «чистом» виде. Это критически важно для:

• Долгосрочных экспериментов — например, при изучении старения клеток.
• Редких явлений — таких как слабая активность отдельных белков.
• Прецизионной медицины — тестирование лекарств на органоидах станет точнее.

Технология также удешевит исследования: QIS-камеры дешевле EMCCD, а их энергопотребление ниже.

Пока неясно, как система справляется с высокоскоростными процессами  (например, передачей нервных импульсов). QIS-камеры могут уступать в скорости специализированным высокочастотным камерам. Кроме того, биолюминесценция требует генетической модификации клеток (введение люциферазы), что ограничивает применение в клинике.

Ранее казанские ученые открыли новый способ исследования клеток с помощью квантовых технологий.