Один из самых популярных методов изучения процессов, происходящих с живыми клетками - это флуоресцентная микроскопия. Сначала ученые встраивают в геном клеток несколько генов, которые отвечают за выработку флуоресцентных белков во время того или иного процесса. При облучении светом белки светятся, причем отличным от исходного света цветом. Как следствие, процессы становятся видимыми.
Основным недостатком подобных методов является то, что их разрешающая способность ограничена половиной длины волны видимого света (это ограничение связано с так называемым дифракционным пределом), то есть 200-300 нанометрами. В рамках новой работы ученым удалось преодолеть эту трудность, используя так называемый метод STED микроскопии, созданный в 1994 году (первое экспериментальное применение - в 1999 году) одним из авторов новой статьи Стефаном Хелом.
Суть метода заключается в том, что изучаемый белок облучается несколькими последовательными лазерными импульсами. Так как затухание свечения в белке происходит, вообще говоря, нелинейно, то компьютерный анализ полученных при каждом облучении картин позволяет проявить более мелкие и наиболее яркие детали. В теории, подобный метод может достигать разрешения в 5-6 нанометров.
Ученые сначала вывели мышей, нейроны которых вырабатывали подходящий флуоресцентный белок. Затем, они просверлили в их черепах отверстия, через которые специальным STED-микроскопом наблюдали за верхним слоем нейронов. В результате им удалось добиться рекордного на настоящий момент разрешения (уже упоминавшихся 70 нанометров на пиксель) и рассмотреть, например, как в реальном времени формируются и распадаются дендритные шипики - мельчайшие детали нейронов.