Современные возможности и перспективы конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в морфологических исследованиях (обзор литературы)

Введение. В обзоре литературы раскрыты результаты научных трудов, относящихся к современному высокотехнологическому методу для проведения морфологических исследований в биологии и медицине – конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Данный метод в сочетании с иммунофлуоресцентной гистохимией может быть использован в разнообразных исследованиях: от быстрой визуализации динамических процессов в живых клетках до тщательного морфологического анализа тканей, пространственного распределения макромолекул в фиксированных или живых клетках, автоматического сбора трехмерных данных, визуализации нескольких меченых образцов и измерении физиологических процессов в живых клетках и тканях органов.

Цель. Определить современные возможности и перспективы конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в морфологических исследованиях.

Результаты. При проведении анализа данных научной литературы представлены возможности и перспективы применения конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в биомедицинских и морфологических исследованиях. Показано использование конфокального метода диагностики в гинекологии, молекулярной биологии, эндокринологии, эндоскопии. Особое внимание уделено применению данного метода исследования в эмбриологии. Кроме того, приведены сведения о роли конфокальной микроскопии при изучении микробного патогенеза в трехмерном контексте. Представлены данные об истории, основных принципах, технических инновациях и преимуществах конфокальной лазерной сканирующей микроскопии.

Заключение. Изучение современной научной литературы показало важность применения конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в современных научных исследованиях и диагностике заболеваний в клинических условиях, что позволит по-новому взглянуть на некоторые аспекты в современной морфологии и медицине.

1. Bayguinov P.O., Oakley D.M., Shih C.C., Geanon D.J., Joens M.S., Fitzpatrick J-A.J. Modern laser scanning confocal microscopy // Curr. Protoc. Cytom. 2018. Vol. 85, №1. Article number: e39. doi: 10.1002/cpcy.39

2. Paddock S.W., Eliceiri K.W. Laser scanning confocal microscopy: history, applications, and related optical sectioning techniques // Methods Mol. Biol. 2014. Vol.1075. P.9–47. doi: 10.1007/978-1-60761-847-8_2

3. Amos W.B., White J.G. How the confocal laser scanning microscope entered biological research // Biol. Cell. 2003. Vol.95, №6. P.335–342. doi: 10.1016/s0248-4900(03)00078-9

4. Волков И.А., Фриго Н.В., Знаменская Л.Ф., Катунина О.Р. Применение конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в биологии и медицине // Вестник дерматологии и венерологии. 2014. Т.90, №1. C.17–24. doi: 10.25208/0042-4609-2014-90-1-17-24

5. Потекаев Н.Н., Ткаченко С.Б., Овчинникова А.Ю., Лукашева Н.Н. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия на примере Vivascope 1500: принцип работы и возможности применения в дерматологии // Российский медицинский форум. 2008. №2. С. 38–44.

6. Gomes da Costa S., Richter A., Schmidt U., Breuninger S., Hollricher O. Confocal raman microscopy in life sciences // Morphologie. 2019. Vol.103, №341. P.11–16. doi: 10.1016/j.morpho.2018.12.003

7. Rigby P.J., Goldie R.G. Confocal microscopy in biomedical research // Croat. Med. J. 1999. Vol.40, №3. P.346–52.

8. Gräf R., Rietdorf J., Zimmermann T. Live cell spinning disk microscopy // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2005. Vol.95. P.57–75. doi: 10.1007/b102210

9. Nichols A.J., Evans C.L. Video-rate scanning confocal microscopy and microendoscopy // J. Vis. Exp. 2011. Vol.20, № 56. Article number: 3252. doi: 10.3791/3252

10. Callamaras N., Parker I. Construction of a confocal microscope for real-time x-y and x-z imaging // Cell Calcium. 1999. Vol.26, №6. P.271–279. https://doi.org/10.1054/ceca.1999.0085

11. Elliott A.D. Confocal Microscopy: Principles and Modern Practices // Curr. Protoc. Cytom. 2020. Vol.92, №1. Article number: e68. doi: 10.1002/cpcy.68.

12. Fink-Puches R., Hofmann-Wellenhof R., Smolle J., Kerl H. Confocal laser scanning microscopy: a new optical microscopic technique for applications in pathology and dermatology // J. Cutan. Pathol. 1995. Vol.22, №3. P.252–259. doi: 10.1111/j.1600-0560.1995.tb00747.x

13. Ono I., Sakemoto A., Ogino J., Kamiya T., Yamashita T., Jimbow K. The real-time, three-dimensional analyses of benign and malignant skin tumors by confocal laser scanning microscopy // J. Dermatol. Sci. 2006. Vol.43, №2. P.135–141. doi: 10.1016/j.jdermsci.2006.05.001

14. Branzan A.L., Landthaler M., Szeimies R-M. In vivo confocal scanning laser microscopy in dermatology // Lasers Med. Sci. 2007. Vol.22, №2. P.73–82. doi: 10.1007/s10103-006-0416-8

15. Becker B.E., Gard D.L. Visualization of the cytoskeleton in Xenopus oocytes and eggs by confocal immunofluorescence microscopy // Methods Mol. Biol. 2006. Vol.322. P.69–86. doi: 10.1007/978-1-59745-000-3_6

16. Wertheim M.S., Mathers W.D., Suhler E.B., Wilson D.J., Rosenbaum J.T. Histopathological features of conjunctival sarcoid nodules using noninvasive in vivo confocal microscopy // Arch. Ophthalmol. 2005. Vol.123, №2. P.274–276. doi: 10.1001/archopht.123.2.274

17. Suihko C., Serup J. Fluorescence confocal laser scanning microscopy for in vivo imaging of epidermal reactions to two experimental irritants // Skin Res. Technol. 2008. Vol.14, №4. P.498–503. doi: 10.1111/j.1600-0846.2008.00323.x

18. Specht E.A., Braselmann E, Palmer AE. A. Critical and Comparative Review of Fluorescent Tools for Live-Cell Imaging // Annu. Rev. Physiol. 2017. Vol.79. P.93–117. doi: 10.1146/annurev-physiol-022516-034055

19. Ni M., Zhuo S., So P.T., Yu H. Fluorescent probes for nanoscopy: four categories and multiple possibilities // J. Biophotonics. 2017. Vol.10, №1. P.11–23. doi: 10.1002/jbio.201600042

20. Paddock S.W., Eliceiri K.W. Laser scanning confocal microscopy: history, applications, and related optical sectioning techniques // Methods Mol. Biol. 2014. Vol.1075. P.9–47. doi: 10.1007/978-1-60761-847-8_2

21. Kaufman G., Horwitz B.A., Duek L., Ullman Y., Berdicevsky I. Infection stages of the dermatophyte pathogen Trichophyton: microscopic characterization and proteolytic enzymes // Med. Mycol. 2007. Vol.45, №2. P.149–155. doi: 10.1080/13693780601113618

22. Santoro L., Nolano M., Faraso S., Fiorillo C., Vitiello C., Provitera V., Aurino S., Nigro V. Perioral skin biopsy to study skeletal muscle protein expression // Muscle Nerve. 2010. Vol.41, №3. P.392–398. doi: 10.1002/mus.21506

23. Johansson L., Thulin P., Sendi P., Hertzén E., Linder A., Akesson P., Low D.E., Agerberth B., Norrby-Teglund A. Cathelicidin LL-37 in severe Streptococcus pyogenes soft tissue infections in humans // Infect. Immun. 2008. Vol.76, №8. P.3399–3404. doi: 10.1128/IAI.01392-07

24. Мокрышева Н.Г., Киселев С.Л., Клементьева Н.В., Горбачева А.М., Дедов И.И. Применение конфокальной микроскопии в фундаментальных исследованиях и клинической практике эндокринолога: современные возможности // Проблемы эндокринологии. 2019. Т.65, №3. С.174–183. https://doi.org/10.14341/probl10140

25. Tovey S.C., Brighton P.J., Willars G.B. Confocal microscopy: theory and applications for cellular signaling // Methods Mol. Biol. 2005. Vol.312. P.57–85. doi: 10.1385/1-59259-949-4:057

26. Levi A., Ingber A., Enk D.C. In vivo reflectance-mode confocal laser microscopy: basic principles and clinical and research employments in dermatology // Harefuah. 2012. Vol.151, №10. P.576–580.

27. Jirkovská M., Kubínová L., Krekule I., Hach P. Spatial arrangement of fetal placental capillaries in terminal villi: a study using confocal microscopy // Anat. Embryol. (Berl.). 1998. Vol.197, №4. P.263–272. doi: 10.1007/s004290050136

28. Blouin S., Roschger A., Varga F., Misof B., Spitzer S., Roschger P., Klaushofer K. Confocal laser scanning microscopy-a powerful tool in bone research // Wien Med. Wochenschr. 2018. Vol.168, №11-12. P.314–321. doi: 10.1007/s10354-018-0639-x

29. Samarasena J.B., Ahluwalia A., Shinoura S., Choi K.D., Lee .JG., Chang K.J., Tarnawski A.S. In vivo imaging of porcine gastric enteric nervous system using confocal laser endomicroscopy &molecular neuronal probe // J. Gastroenterol. Hepatol. 2016. Vol.31, №4. P.802–807. doi: 10.1111/jgh.13194

30. Tovey S.C., Brighton P.J., Willars G.B. Confocal microscopy: theory and applications for cellular signaling // Methods Mol. Biol. 2005. Vol.312. P.57–85. doi: 10.1385/1-59259-949-4:057

31. Gonzalez R.J. Laser Scanning Microscopy of Yersinia pestis Infected Tissues // Methods Mol. Biol. 2019. Vol.2010. P.69–84. doi: 10.1007/978-1-4939-9541-7_6

32. Georgi A., Mottola-Hartshorn C., Warner A., Fields B., Chen L.B. Detection of individual fluorescently labeled reovirions in living cells // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1990. Vol.87, №17. P.6579–6583. doi: 10.1073/pnas.87.17.6579

33. Koch P., Lampe M., Godinez W.J., Müller B., Rohr K., Kräusslich H.G., Lehmann M.J. Visualizing fusion of pseudotyped HIV-1 particles in real time by live cell microscopy // Retrovirology. 2009. Vol.18, №6. Article number: 84. doi: 10.1186/1742-4690-6-84

34. Moradpour D., Evans M.J., Gosert R., Yuan Z., Blum H.E., Goff S.P., Lindenbach B.D., Rice C.M. Insertion of green fluorescent protein into nonstructural protein 5A allows direct visualization of functional hepatitis C virus replication complexes // J. Virol. 2004. Vol.78, №14. P.7400–7409. doi: 10.1128/JVI.78.14.7400-7409.2004

35. Liu S.L., Wang Z.G., Xie H.Y., Liu A.A., Lamb D.C., Pang D.W. Single-Virus Tracking: From Imaging Methodologies to Virological Applications // Chem. Rev. 2020. Vol.120, №3. P.1936–1979. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00692

36. Nwaneshiudu A., Kuschal C., Sakamoto F.H., Anderson R.R., Schwarzenberger K., Young R.C. Introduction to confocal microscopy // J. Invest. Dermatol. 2012. Vol.132, №12. Article number: e3. doi: 10.1038/jid.2012.429