Оптическая микроскопия давно используются учеными для изучения отдельных структур и клеток мозга. Вследствие дифракции света, разрешение метода ограничено длиной световой волны и не превышает сотен нанометров. С появлением метода флуоресцентной локализационной микроскопии STORM (stochastic optical reconstruction microscopy), создатели которого Эрик Бетциг, Штефан Хелль и Уильям Мёрнер были отмечены Нобелевской премией в 2014 году, стало возможным исследовать разнообразные биологические структуры с разрешением в многократно превосходящим дифракционный предел. Метод основан на создании условий, при которых в каждый момент времени вспыхивает случайный набор редко расположенных молекулярных меток, микроскопические изображения которых не перекрываются. Это позволяет с путем нетривиальной математической обработки находить положение молекулы по её изображению с точностью в десятки раз превосходящей дифракционный предел.
Ученые Института прикладной физики РАН под руководством доктора физико-математических наук Григория Валентиновича Геликонова реализовали свой вариант прибора, работающего по принципу локализационной микроскопии. Прибор обеспечивает визуализацию биологических структур с разрешением, достигающим 10 нанометров. Этот уровень разрешения соответствует мировому уровню, достигнутому методом STORM. При создании прибора нижегородскими учеными был разработан ряд оригинальных методов и подходов, повышающих разрешение итогового изображения. Кроме того, отечественный прибор оказался как минимум в два раза дешевле зарубежных аналогов.
О значимости проводимых работ и созданных приборов свидетельствует еще одна престижная премия, называемая иногда по имени ее основателя «Нобелевкой Мильнера». В 2018 году за открытие скрытых структур в клетках путём разработки визуализации со сверхвысоким разрешением - метода, превысившего фундаментальный предел пространственного разрешения оптической микроскопии, - премией «За прорывные достижения в науках о жизни» была награждена Сяовэй Чжуан (Xiaowei Zhuang) из Гарвардского университета.
Фото. Слева вверху: микроскопическое изображение тубулина, окрашенного красителем Alexa Fluor 647 (разрешение 230 нм). Справа вверху: изображение того же объекта, полученное методом STORM. Точность локализации отдельных флуоресцирующих молекул 12 нм. В нижнем ряду увеличенные фрагменты соответствующих изображений из верхнего ряда.
Авторский коллектив: Г.В. Геликонов, А.А. Моисеев, П.А. Шилягин, С.Ю. Ксенофонтов, В.Н. Ромашов, Т.В. Василенкова
