Мы используем файлы cookie для правильного функционирования сайта. Работая с нашим сайтом, вы даете свое согласие на использование нами cookie-файлов
Я согласен
Бесплатный звонок: 8 800 2000 567
en
Бесплатный звонок: 8 800 2000 567

Повышение эффективности патологоанатомических исследований с помощью сканирующих электронных микроскопов ZEISS


Ультраструктурная визуализация срезов ткани больших площадей становится возможной благодаря новой, более быстрой методике с использованием сканирующей электронной микроскопии.

Электронная микроскопия — незаменимый инструмент патологоанатома. Она обеспечивает визуализацию тканевых структур, клеток, органелл и микробов в высоком разрешении. Однако ультраструктурный анализ больших участков ткани может оказаться сложным и трудоёмким.

Мы побеседовали с доктором Майком Райхельтом, главным научным сотрудником американской корпорации «Генентек» (Genentech, Inc.). Доктор Райхельт отвечает за рутинную работу лаборатории электронной микроскопии в отделении патологической анатомии. Помимо этого, доктор Райхельт разрабатывает и внедряет инновационные стратегии для научно-исследовательской организации корпорации «Генентек».

Недавно доктор Райхельт совместно с коллегами опубликовал статью (англ.), в которой описал эффективную технологию визуализации срезов ткани больших площадей с помощью обратно-рассеянных электронов (BSE-SEM) для визуализации ультраструктур в патологической анатомии.


Доктор Майк Райхельт, главный научный сотрудник корпорации «Генентек» (США)
Доктор Майк Райхельт, главный научный сотрудник корпорации «Генентек» (США)


Что побудило вас разработать новую технологию визуализации срезов ткани больших площадей?

У нас в отделении патологической анатомии возникла острая потребность в анализе здоровых и поражённых тканей как на гистологическом, так и на ультраструктурном уровне. Мне удалось разработать стратегию (англ.), ориентированную на подготовку больших, площадью в несколько квадратных миллиметров, срезов ткани с акцентом на получение широкоформатных изображений. Это позволяет легко сопоставлять гистологические исследования с малым увеличением с ультраструктурными особенностями с высоким разрешением в пределах одного среза ткани.


Electron-Microscopy-Kidney-Tissue-1024x662.jpg
Клубочек почки мыши в центре, окружённый различными почечными канальцами.

 

Вы используете обратно-рассеянные электроны в сканирующем электронном микроскопе. Не могли бы вы рассказать, что побудило выбрать такой нестандартный метод?

Традиционно анализ тканей на ультраструктурном уровне чаще всего проводится с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ). Несмотря на то, что подобный метод используется уже несколько десятилетий и пользуется большим успехом, он отнимает много времени и создаёт немало помех:

  • Малый размер ТЭМ-сеток ограничивает размер среза ткани.
  • Решетки сетки создают ещё больше ограничений и затемняют поле обзора.
  • Подготовка ультратонких срезов требует специальной подготовки и квалифицированного персонала.
  • Корреляция ТЭМ изображений с большими увеличениями областью интереса исследуемого образца, определенной оптической микроскопией, может оказаться чрезвычайно сложной и трудоёмкой задачей.

Эти ограничения можно устранить при визуализации тканей с помощью современных автоэмиссионных сканирующих электронных микроскопов (автоэмисионных СЭМ) в сочетании со стратегиями обработки образцов, позволяющими подготавливать большие срезы ткани (площадью в несколько квадратных миллиметров). Наша новая технология в полной мере использует преимущества очень больших полей сканирования, возможных с помощью современных автоэмисионных СЭМ. Они позволяют получать большие обзорные изображения и исследовать их на ультраструктурном уровне путём цифрового масштабирования.


Electron-Microscopy-Kidney-Tissue-Zoom-1024x702.jpg
Цифровое масштабирование: от обзора ткани почки до обзора клубочка (кл). Правая сторона: подоцит (пц) с цветоножками (цн), базальной мембраной (бм) и капиллярным пространством (кп) с эритроцитами (эц).


С тех пор как эта мультимасштабная технология визуализации на основе BSE-SEM была внедрена в работу нашей лаборатории, она существенно упростила и ускорила проводимый нами ультраструктурный анализ тканей.

Практически 100% всех проектов по ультраструктурной визуализации тканей (не менее 20 проектов в год) в настоящее время выполняются с применением ZEISS GeminiSEM 300. С тех пор как в 2018 году этот метод был внедрен в нашу работу, он уже внес свой вклад в четыре опубликованные научные статьи, рецензируемые нашими коллегами. Также в настоящее время готовится немало других работ наших научных сотрудников.

 

Что касается новых методов и технологий, каким вы видите развитие этой области в ближайшие пять лет?

Хотелось бы выделить три наиболее значимые разработки в области ультраструктурной визуализации на ближайшие пять лет, имеющие отношение к исследовательской патологической анатомии в биотехнологической промышленности:

1. Первая разработка
Внедрение эффективных корреляционных технологий, сочетающих в себе преимущества методов иммунофлуоресцентной микроскопии для молекулярной характеристики типов клеток, органелл и для решения задачи доставки лекарственных средств или локализации терапевтических молекул с преимуществами метода электронной микроскопии для обеспечения ультраструктурного разрешения.

Несмотря на то, что в литературе встречаются описания нескольких стратегий корреляционной микроскопии, основные проблемы по-прежнему остаются нерешёнными. К ним можно отнести разработку оптимизированных методов пробоподготовки тканей, которые сохраняли бы как антигены, так и флуоресцентную метку белка в сочетании с превосходной ультраструктурой и контрастом мембран, а также внедрение простых технологий для получения и корреляции изображений оптической и электронной микроскопии.

ZEISS ZEN Connect, ZEISS Shuttle & Find и ZEISS Atlas — то, что нужно для достижения этих целей.


Correlative-Microscopy-Kidney-Tissue-1024x838.jpg
Пример корреляционной иммунофлуоресцентной и электронной микроскопической визуализации с помощью ZEISS Shuttle & Find. Наложение двух изображений очень хорошо показывает синее окрашивание ядер и зелёную флуоресценцию подокаликсина над подоцитами, которые полностью отображаются только с помощью СЭМ. Оптическомикроскопические изображения получены с ZEISS Axio Imager 2, а электронномикроскопические — с Zeiss GeminiSEM 300.

 

2. Вторая разработка
Интерпретация, количественная оценка и анализ данных ультраструктурной визуализации будут значительно ускорены с помощью машинного обучения и искусственного интеллекта. Благодаря им станет возможна автоматическая сегментация ультраструктурных элементов (например, органелл).

3. Третья разработка
Исследователи будут всё чаще запрашивать 3D-массивы данных для более исчерпывающих оценок и анализов. Я полагаю, что упорядоченная томография серийных срезов, совместимая с корреляционной иммунофлуоресцентной и ультраструктурной визуализацией, а также серийная визуализация больших объёмов тканей (3View, ATUMtome) будут наиболее актуальны для нашей лаборатории электронной микроскопии.

Ранее основной проблемой методов объёмной электронной микроскопии была чрезвычайно трудоёмкая сегментация больших наборов данных изображений, из-за чего эти методы были не очень актуальны в биотехнологической промышленности, где инновации должны сочетаться с эффективностью и высокой автоматизацией.

Однако учитывая прогресс, достигнутый за последние годы в области разработки автоматизированных методов сегментации, эта задача, по-видимому, быстро решится, вследствие чего электронная микроскопия больших объемов также станет приобретать всё большее значение.

 

Дополнительная информация

Полный текст статьи с описанием метода доктора Райхельта >>

Статьи, в которых описано, как доктор Райхельт реализовал этот метод:

Дополнительная информация о сканирующих электронных микроскопах ZEISS GeminiSEM >>


x