Methods: найдена безопасная замена токсичным красителям для электронной микроскопии

Обычный эспрессо оказался эффективной и нетоксичной альтернативой опасным химическим веществам, которые десятилетиями использовались в электронной микроскопии. Австрийские ученые показали, что кофе способен окрашивать биологические образцы для просвечивающей электронной микроскопии с качеством, сопоставимым с "золотым стандартом" — уранилацетатом.

Работа опубликована в журнале Methods.

Просвечивающая электронная микроскопия позволяет рассматривать внутреннюю структуру клеток с нанометровым разрешением. Однако биологические ткани состоят в основном из легких элементов — углерода, кислорода, водорода и азота — которые почти не взаимодействуют с электронным пучком. Без специальной обработки изображение получается практически бесконтрастным.

Чтобы сделать клеточные структуры видимыми, образцы традиционно пропитывают солями тяжелых металлов. Самым распространенным веществом остается уранилацетат — соединение на основе урана, которое отлично связывается с мембранами и белками. Но у него есть серьезные недостатки: он токсичен для почек, радиоактивен, требует строгих мер безопасности, дорогостоящей утилизации и во многих лабораториях вообще запрещен к использованию.

В поисках безопасной альтернативы авторы обратили внимание на неожиданного кандидата — кофе. Идея возникла у специалиста по ультрамикротомии Клаудии Майрхофер после наблюдения за стойкими кофейными пятнами на кружках.

Для эксперимента исследователи приготовили крепкий эспрессо из зерен робусты и использовали его для окрашивания ультратонких срезов тканей данио-рерио. В качестве тестового объекта выбрали митохондрии — органеллы с двойной мембраной, которые хорошо подходят для оценки качества контраста.

Образцы также обрабатывали уранилацетатом и чистой хлорогеновой кислотой — одним из ключевых компонентов кофе.

Качество изображений оценивали не только визуально, но и с помощью количественного анализа контраста: ученые сравнивали интенсивность пикселей в окрашенных мембранах и окружающих структурах. Оказалось, что эспрессо дает "очень хорошие значения контраста", а в некоторых случаях даже превосходит уранилацетат. Хлорогеновая кислота показала схожий эффект, подтвердив, что именно она играет важную роль в окрашивании.

Авторы подчеркнули практическую значимость открытия: кофе дешев, доступен, не требует лицензий, вентиляции и радиационной защиты, а значит, может существенно упростить работу лабораторий. Хотя органические соединения кофе легче урана и рассеивают электроны менее эффективно, их плотности оказалось достаточно для получения четких изображений.