Ученым доступно множество различных методов получения изображений с помощью микроскопа, но у всех есть свои плюсы и минусы. Электронная микроскопия может выявить сложные детали поверхности образца, но ее нельзя использовать на живых клетках, потому что интенсивность электронного луча разрушает образец. Другие методы, такие как флуоресцентная микроскопия, не повреждают образец, но за это приходится платить качеством.

Для нового исследования ученые из EPFL начали с разработки собственной техники визуализации. Она основана на существующей методике, называемой сканирующей зондовой микроскопией, при которой в образец проникает острие зонда, что позволяет отобразить детали поверхности. Однако это, как нетрудно догадаться, не самая приятная процедура для клеток, поэтому команда EPFL заменила этот зонд стеклянной нанопорой, которая измеряет поток ионов без необходимости прикасаться к образцу. Они назвали этот метод сканирующей микроскопией ионной проводимости (SICM).

Команда объединила новую технику SICM с существующей, называемой стохастической визуализацией оптических флуктуаций (SOFI), которая может заглядывать внутрь клеток, чтобы наблюдать за различными молекулами и процессами, происходящими в них. Эти два метода вместе позволяют ученым одновременно получать трехмерные изображения высокого разрешения внутренней и внешней поверхности клеток.

«Мембрана клетки — это место, где она взаимодействует с окружающей средой», — пояснил Самуэль Мендес Лейтау, автор исследования. «Здесь происходят многие биологические процессы и морфологические изменения, например, при заражении клеток. Наша система позволяет исследователям анализировать молекулярные структуры внутри клетки и определять, как они соотносятся с динамикой мембраны».

Возможно, самая главная особенность новинки заключается в том, что теперь ученые могут отслеживать процессы во времени в масштабе от секунды до нескольких дней. В ходе испытаний команда смогла наблюдать, как клетки млекопитающих перемещаются, общаются, дифференцируются, поглощают молекулы через свои мембраны и заражаются бактериями.

Исследователи говорят, что новая технология будет очень полезным инструментом для биологии инфекций, иммунологии и нейробиологии, но также может найти применение в других областях, таких как энергетика, например, для производства солнечного топлива.