Label-free nanoscopy of cell metabolism by ultrasensitive reweighted visible stimulated Raman scattering

拉曼散射 显微镜 化学 生物物理学 扫描电镜 共焦 材料科学 拉曼光谱 生物 物理 光学 受激发射 激光器
作者
Haonan Lin,Scott Seitz,Yuying Tan,Jean‐Baptiste Lugagne,Le Wang,Guangrui Ding,Hongjian He,Tyler J. Rauwolf,Mary J. Dunlop,John H. Connor,John A. Porco,Lei Tian,Ji‐Xin Cheng
出处
期刊:Nature Methods [Nature Portfolio]
卷期号:22 (5): 1040-1050 被引量:25
标识
DOI:10.1038/s41592-024-02575-1
摘要

Super-resolution imaging of cell metabolism is hindered by the incompatibility of small metabolites with fluorescent dyes and the limited resolution of imaging mass spectrometry. We present ultrasensitive reweighted visible stimulated Raman scattering (URV-SRS), a label-free vibrational imaging technique for multiplexed nanoscopy of intracellular metabolites. We developed a visible SRS microscope with extensive pulse chirping to improve the detection limit to ~4,000 molecules and introduced a self-supervised multi-agent denoiser to suppress non-independent noise in SRS by over 7.2 dB, resulting in a 50-fold sensitivity enhancement over near-infrared SRS. Leveraging the enhanced sensitivity, we employed Fourier reweighting to amplify sub-100-nm spatial frequencies that were previously overwhelmed by noise. Validated by Fourier ring correlation, we achieved a lateral resolution of 86 nm in cell imaging. We visualized the reprogramming of metabolic nanostructures associated with virus replication in host cells and subcellular fatty acid synthesis in engineered bacteria, demonstrating its capability towards nanoscopic spatial metabolomics.
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