Mikroskopia on alkanut yli 400 vuotta sitten, ja se on tehnyt harppauksia - jopa nollautunut yksittäisiin atomiin. Nyt, kuten Nick Lunn raportoi National Geographicille, uuden tyyppinen mikroskopia on siirtymässä kentälle vielä suuren askeleen eteenpäin, sieppaamalla korkearesoluutioisia 3D-kuvia elävistä soluista, kun ne liikkuvat ja toimivat organismien sisällä.
Useimmat mikroskoopit ovat liian hitaita vangitsemaan solun liikkeitä kolmiulotteisina, sanotaan uuden koneen kanssa yhteistyössä toimineen Howard Hughes Medical Institute: n lehdistötiedotteen mukaan. Ja vaikka tutkijat ovat kuvanneet eläviä soluja, on vaikea saada korkearesoluutioisia kuvia soluryhmistä. Suurtehokas moderni mikroskopia myös ui soluja voimakkaassa valossa, joskus tuhansia tai miljoonia kertoja voimakkaammin kuin aurinko, mikä voi muuttaa niiden käyttäytymistä tai jopa vahingoittaa pieniä kohteita.
"Tämä herättää ikävän epäilyksen siitä, etteivätkö me näe soluja heidän alkuperäisessä tilassaan, onnellisesti ympäröimään organismin, jossa ne kehittyivät", sanoo Eric Betzig, kemian Nobel-palkinnon voittaja ja Howard Hughesin projektiryhmän johtaja. "Usein sanotaan, että näkeminen on uskovaa, mutta solubiologian suhteen mielestäni tarkoituksenmukaisempi kysymys on:" Milloin voimme uskoa näkemämme? ""
Yksi erityinen ongelma elävien organismien sisäpuolella peeringissä on se, että kohteen pinta pyrkii hajottamaan valoa vääristäen kuvaa. Ja mitä syvemmälle katsot, sitä huonompi on ongelma. Aiheen ratkaisemiseksi uusi laajuus käyttää astrofysiikan tekniikkaa, nimeltään adaptiivinen optiikka. Kuten uuden ajan maapallon kaukoputket, jotka kykenevät korjaamaan maan ilmakehän aiheuttamat kuvan vääntymiset, laajuus voi korjata pinnan sironnan aiheuttamat vääristymät.
"Jos pystyt mittaamaan, miten valo vääntyy, voit muuttaa peilin muodon niin, että muodostuu tasainen ja päinvastainen vääristymä, joka sitten poistaa nämä poikkeamat", Betzig kertoo Lunnille.
Toista huipputekniikkaa, joka auttaa tekemään tämän uuden laajuuden työstä, kutsutaan ristikkomuovimikroskopiaksi, tekniikkaksi, jonka Betzig esitti aiemmin tällä vuosikymmenellä. Näytteen uimisen sijasta haitallisissa, voimakkaissa säteissä mikroskooppi pyyhkäisee ultraohut valonarkki näytteen poikki, tuottaen paljon korkearesoluutioisia 2D-kuvia. Ne pinotaan pinoon 3D-kuvien luomiseksi valkaisematta tai vahingoittamatta näytettä. Näiden kahden tekniikan tulos on selkeä kolmiulotteinen kuva soluista, jotka käyttäytyvät luonnollisesti. Yksityiskohtainen kuvaus tekniikasta ilmestyy Science- lehdessä.
"Solun opiskelu kannessa on kuin leijonan seuraaminen eläintarhassa - et ole tarkalleen nähnyt heidän kotoperäistä käyttäytymistään", Betzig kertoo Lunnille. ”[Laajennuksen käyttäminen] on kuin katsella leijonan jahtaavan antilooppeja savannilla. Näet vihdoin solujen todellisen luonteen. "
Toistaiseksi luodut kuvat ovat henkeäsalpaavat. Kuten LiveScience raportoi Brandon Specktor, tutkijat keskittyivät läpinäkyviin seeprakalaihin, nematodeihin ja syöpäsoluihin. Heidän ensimmäisissä 3D-elokuvissa ovat syöpäsolut, jotka liikkuvat verisuonten kautta, immuunisolut, jotka nielevät sokerimolekyylejä, ja solut, jotka jakautuvat yksityiskohtaisesti.
Vieläkin mielenkiintoisempaa kuin hieno kuva on, että yksityiskohtaisuuden ansiosta tutkijat voivat “räjähtää” katsomasi kudokset katsoakseen yksittäisiä soluja. "Joka kerta kun olemme tehneet kokeilun tällä mikroskoopilla, olemme havainneet jotain uutta - ja luoneet uusia ideoita ja hypoteeseja testattavaksi", Bostonin lastensairaalan vanhempi tutkija Tomas Kirchhausen sanoo lehdistötiedotteessa. "Sitä voidaan käyttää tutkimaan melkein mitä tahansa biologisen järjestelmän tai organismin ongelmia, joista voin ajatella."
Kestää jonkin aikaa, ennen kuin mikroskopiavallankumous saa sen ulos laboratoriosta muihin yliopistoihin ja sairaaloihin. Kuten Specktor raportoi, ensimmäinen mikroskooppi on ”Frankensteinin hirviö”, joka on mukulakivitetty yhdessä muiden mikroskooppien ja koneiden bittien ja kappaleiden kanssa. Se on tällä hetkellä kymmenen metriä pitkä pöytä ja vaatii räätälöityjä ohjelmistoja toimimaan.
Lehdistötiedotteen mukaan kaksi toisen sukupolven laajuutta, jotka sijoitetaan yhteistyössä toimiviin laboratorioihin, vievät vain yhden työpöydän tilan ja ovat käytettävissä tutkijoille ympäri maailmaa, jotka hakevat niitä käyttää. Ryhmä julkaisee myös instrumentin suunnitelmat, jotta muut instituutiot voivat yrittää rakentaa omia. Ehkä kymmenessä vuodessa Betzig kertoo Specktorille, että pienempi, edullinen malli on saatavana kaupallisesti.
Siihen asti uusien kuvien on pakotettava meidät ohi. Olemme samaa mieltä Betzigin kanssa, joka kertoo Lunnille, että ensimmäistä kertaa hän näki kuvia laajuudesta ”oli hienoa”. Tämä on tietysti tieteellinen kieli käsitteelle “todella siisti-o”.
