Od początku swojej działalności ponad 400 lat temu mikroskopia dokonała skoków, a nawet wyrównała poszczególne atomy. Teraz, jak donosi Nick Lunn dla National Geographic, nowy typ mikroskopii robi kolejny krok naprzód, przechwytując trójwymiarowe obrazy żywych komórek w wysokiej rozdzielczości, gdy poruszają się i działają w organizmach.
Zgodnie z komunikatem prasowym Instytutu Medycznego Howarda Hughesa, który współpracował przy nowej maszynie, większość mikroskopów jest zbyt wolna, aby uchwycić ruchy komórkowe w 3D. I chociaż naukowcy zobrazowali żywe komórki, trudno jest uzyskać obrazy grup komórek w wysokiej rozdzielczości. Nowoczesna mikroskopia o dużej mocy również kąpie komórki w silnym świetle, czasem tysiące lub milionów razy intensywniejszym niż słońce, co może zmienić ich zachowanie, a nawet uszkodzić najdrobniejsze obiekty.
„Rodzi to dokuczliwą wątpliwość, że nie widzimy komórek w ich naturalnym stanie, szczęśliwie uwięzionych w organizmie, w którym ewoluowały” - mówi Eric Betzig, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii i lider zespołu projektowego w Howard Hughes. „Często mówi się, że widzenie jest wiarą, ale jeśli chodzi o biologię komórkową, myślę, że bardziej odpowiednie jest pytanie:„ Kiedy możemy uwierzyć w to, co widzimy? ”
Jednym szczególnym problemem związanym z zaglądaniem do wnętrza żywych organizmów jest to, że powierzchnia obiektu rozprasza światło, zniekształcając obraz. Im głębiej patrzysz, tym poważniejszy problem. Aby rozwiązać ten problem, nowy zakres wykorzystuje technikę astrofizyki zwaną optyką adaptacyjną. Podobnie jak naziemne teleskopy nowej generacji, które są w stanie skorygować wypaczenie obrazu spowodowane atmosferą ziemską, zakres może korygować zniekształcenia spowodowane rozproszeniem powierzchni.
„Jeśli potrafisz zmierzyć sposób wypaczania światła, możesz zmienić kształt lustra, aby uzyskać równe i przeciwne zniekształcenie, które następnie anuluje te aberracje”, mówi Lzig Betzig.
Inna najnowocześniejsza technika, która pomaga w pracy z tym nowym lunetą, nazywana jest mikroskopem świetlnym kratowym, techniką, którą Betzig zapoczątkował na początku tej dekady. Zamiast kąpać próbkę w szkodliwe promienie o wysokiej intensywności, mikroskop przesuwa ultracienką warstwę światła przez próbkę, generując wiele obrazów 2D o wysokiej rozdzielczości. Są one następnie układane w stos, aby utworzyć obrazy 3D bez wybielania lub uszkodzenia próbki. Rezultatem tych dwóch technik jest wyraźny trójwymiarowy obraz komórek zachowujących się naturalnie. Szczegółowy opis techniki znajduje się w czasopiśmie Science .
„Badanie komórki na szkiełku nakrywkowym przypomina obserwowanie lwa w zoo - nie do końca widać ich rodzime zachowania”, mówi Betzig Lunn. „[Korzystanie z lunety] jest jak obserwowanie lwa gnającego antylopy na sawannie. W końcu widzisz prawdziwą naturę komórek. ”
Dotychczasowe obrazy zapierają dech w piersiach. Jak podaje Brandon Specktor w LiveScience, badacze skupili się na przezroczystych danio pręgowanych, nicieniach i komórkach rakowych. Ich pierwsze filmy 3D obejmują komórki rakowe poruszające się przez naczynia krwionośne, komórki odpornościowe połykające cząsteczki cukru i komórki dzielące się szczegółowo.
Jeszcze bardziej ekscytujące niż piękne zdjęcia jest to, że intensywność detali pozwala badaczom „eksplodować” tkanki, które oglądają, aby spojrzeć na poszczególne komórki. „Za każdym razem, gdy przeprowadzaliśmy eksperyment z tym mikroskopem, obserwowaliśmy coś nowego - i generowaliśmy nowe pomysły i hipotezy do przetestowania” - powiedział w komunikacie prasowym Tomas Kirchhausen, starszy śledczy z Boston Children's Hospital. „Można go wykorzystać do badania prawie każdego problemu w systemie biologicznym lub organizmie, jaki mogę sobie wyobrazić.”
Minie trochę czasu, zanim rewolucja mikroskopowa wyjdzie z laboratorium na inne uniwersytety i szpitale. Jak podaje Specktor, pierwszy mikroskop jest „potworem Frankensteina” brukowanym razem z kawałkami innych mikroskopów i maszyn. Obecnie zajmuje stół o długości 10 stóp i do działania wymaga dostosowanego oprogramowania.
Jednak zgodnie z komunikatem prasowym dwa lunety drugiej generacji, które zostaną umieszczone w współpracujących laboratoriach, zajmą tylko jedno biurko i będą dostępne dla badaczy z całego świata, którzy złożą wniosek o ich użycie. Zespół opublikuje również plany dotyczące tego instrumentu, aby inne instytucje mogły spróbować zbudować własne. Być może za dziesięć lat Betzig informuje Specktor, że mniejszy, niedrogi model będzie dostępny na rynku.
Do tego czasu nowe obrazy będą nas przewracać. Zgadzamy się z Betzig, który powiedział Lunnowi, że po raz pierwszy zobaczył zdjęcia z zakresu „był cholernie niesamowity”. To oczywiście żargon naukowy dla „naprawdę zgrabnego”.
