Все достижения науки о клетке связаны с усовершенствованием приборов и развитием физических и химических методов исследования.
Цитология использует методы исследования, базирующиеся на достижениях химии, биохимии, молекулярной биологии и направлены на изучение структуры, функций и химизма клеток. Однако основными методами остаются микроскопические и, особенно, электромикроскопические, которые дают возможность выявить детали строения клеток на различных уровнях (от клеточного до макромолекулярного).
Световая микроскопия
Мелкие биологические объекты (клетки, ткани) изучаются путём микроскопирования на протяжении более чем 300 лет. С момента использования первых микроскопов в исследовательских целях они постоянно усовершенствовались.
Метод световой микроскопии базируется на том, что сквозь прозрачный объект проходят лучи света, попадающие потом на систему линз объектива и окуляра микроскопа. Главное – это разделительная способность микроскопа, то есть способность давать отдельное изображение двух близко расположенных объектов. Разделительная способность ограничивается длиной волны света: чем меньше длина волны видимого света, тем больше его разделительная способность. Потому разделительная способность светового микроскопа ограничена длиной волны фиолетовой части видимого света – 200 нм. Увеличение в световом микроскопе может достигать 2500 раз.
Электронная микроскопия
Электронный микроскоп, сконструированный в 1931 г. Эметом Руска, позволил сделать шаг вперёд в технике микроскопирования.
В случае электронной микроскопии роль светового луча выполняет пучок электронов, который фокусируется не линзами, а магнитами.
- В трансмиссионном электронном микроскопе электроны проходят сквозь объект исследования как лучи света в световом микроскопе. Но при этом должен поддерживаться высокий вакуум. После этого пучок электронов создаёт изображение объекта на фотоплёнке.
- В сканирующем электронном микроскопе электроны отбиваются от поверхности объекта и во время движения создают изображение получают благодаря тому, изображение в обратном направлении. Сканирующий микроскоп даёт возможность проводить прижизненные исследования некоторых объектов.
В любом микроскопе изображение получают благодаря тому, что одни части исследуемого объекта поглощают или отбивают больше света или электронов, чем другие. В световой микроскопии используют красители, для трансмиссионного микроскопа вместо красителей используют напыление платиной или золотом, которые способны отбивать электроны. Для сканирующего микроскопа материал часто замораживают, чтобы получить поверхность, покрытую льдом.
Метод центрифугирования
Этим методом пользуются для изучения отдельных клеточных структур. Клетки предварительно измельчают, центрифугируют и изучают отдельные образовавшиеся фракции.
Метод меченых атомов
Метод меченых атомов предназначен для изучения места совершения тех или иных биохимических процессов в клетке. Замещение радиоактивным изотопом одного из атомов определённого клеточного элемента даёт возможность понаблюдать с помощью приборов за миграцией, локализацией и превращением этих веществ в клетке.
Метод культуры клеток и тканей
Материалом для описанных выше методик цитологических исследований в основном являются клетки, которые предварительно умерщвляют. Однако, значительную заинтересованность вызывает возможность экспериментирования над живыми клетками. Потому разработаны методики изучения определённых сторон жизнедеятельности клеток, инкубированных в специальных питательных средах
Методом культуры клеток и тканей выращивают из одной клетки, помещённой в питательную среду, многоклеточные организмы или ткани.
Ценность метода культуры тканей состоит в том, что, с одной стороны, объектом исследования является клетка как природная модель – единица биологической активности, приближающая условия эксперимента к нативным. С другой стороны, с ческой активности (клетка, ткань) а биологической активности (клетка, ткань) вылучается из-под влияния коррелятивных связей и зависимостей материнского организма. Создаются условия in vitro, которые поддаются управлению и регуляции. Такой метод не обеспечивает полных условий жизни ткани (отсутствуют регуляторные влияния организма), однако он даёт возможность исследовать под микроскопом движение, рост и деление клеток, изучать влияние на клетки различных физических и химических факторов.
Комплексные методы исследования клеток
Основные методы исследования клеток показывают богатство арсенала методов в цитологии и дают возможность осуществлять точный анализ, начиная со структуры клетки до молекулярной композиции отдельных её частей. Однако названым методикам свойственны определённые недостатки. Так, выращивание клеток на искусственной среде лишает их регуляторного влияния организма.
Другие методы исследования, в которых фиксация и окрашивание клеток изменяют определённым образом их прижизненную структуру, дают те или иные отклонения. Потому, продолжая исследовать биологию клетки, изучая её строение, химизм, функции, развитие, дифференциацию и старение, учёные часто используют комплексное исследование тех или иных явлений в жизнедеятельности клеток, изучение определённого вопроса с разных сторон. Таким образом, сводятся к минимуму недостатки отдельных методик исследования.
Использование оптических приборов совместно с компьютером обеспечивает всестороннее исследование клетки, её химического состава, цитофизиологии, даёт возможность моделировать физиологические и биохимические процессы в клетках. Иногда исследования проводятся параллельно в различных лабораториях разными методами для того, чтобы получить данные, которые дополняли бы друг друга и в результате создавали представление о процессах в живых клетках.
Особенную заинтересованность вызывает генная инженерия – изучение генотипа растительного, животного и человеческого организмов, а также возможностей вмешательства в него с целью исправления генетической патологии.
