211service.com
Badanie żywych komórek w rozdzielczości nanoskali
Mikroskop świetlny 3D o bardzo wysokiej rozdzielczości, opracowany w Instytucie Chemii Biofizycznej im. Maxa Plancka, umożliwi biologom obserwowanie pracy najmniejszych organelli, a nawet pojedynczych skupisk białek w żywych komórkach. Nowa technologia o rozdzielczości 40 nanometrów przezwycięża niektóre poważne ograniczenia istniejących technik mikroskopowych i może mieć ważne zastosowania w dokładnym badaniu wpływu leków na komórki.
Elektrownia komórkowa: Te obrazy organelli komórkowych zwanej mitochondriami zostały zrobione za pomocą trójwymiarowego mikroskopu świetlnego o najwyższej rozdzielczości, jaki dotychczas opracowano. Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka w Niemczech wykorzystali mikroskop do obrazowania pojedynczych, znakowanych fluorescencyjnie klastrów białek w mitochondriach żywych komórek (poniżej) i łączenia ich w obrazy trójwymiarowe (powyżej).
[To] tour de force – wielkie osiągnięcie, mówi Jan Sadat , profesor biochemii i biofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco. Korzystając z mikroskopu Maxa Plancka i innych, które zwiększają rozdzielczość nanoskalową, biolodzy będą mogli obserwować działanie żywych komórek na niespotykanym dotąd poziomie szczegółowości. To będzie rewolucja dla biologii, mówi Sedat, który nie był zaangażowany w badania.
W ostatnich dziesięcioleciach biolodzy poczynili wielkie postępy w zrozumieniu budowy molekularnej komórek, ale sposób, w jaki te części składają się na funkcjonujące komórki i tkanki, wciąż pozostaje tajemnicą. Za pomocą mikroskopów świetlnych biolodzy mogą obserwować żywe komórki w stosunkowo niskiej rozdzielczości; za pomocą mikroskopii elektronowej mogą dokładnie przecinać martwe komórki.
Nowy mikroskop umożliwia optyczną sekcję żywych komórek, mówi Stefan Piekło , kierownik wydziału nanobiofotoniki w Instytucie Planck w Getyndze, Niemcy, który kierował rozwojem instrumentu.
Naukowcy wykorzystali nowy mikroskop do wykonania pierwszych obrazów świetlnych o bardzo wysokiej rozdzielczości maleńkich organelli komórkowych zwanych mitochondriami, które mają kluczowe znaczenie dla metabolizmu komórek i odgrywają rolę w procesie starzenia. Jednym z potencjalnych zastosowań jest wizualizacja, w jaki sposób niektóre leki przeciwnowotworowe wpływają na mitochondria, których wewnętrzne działanie było niewidoczne dla mikroskopii świetlnej 3D. To było trudne, bo nie mogłeś zobaczyć cząsteczki wiążące się ze sobą, co uniemożliwia jednoznaczne określenie przyczyny działania tych leków, mówi Maryann Fitzmaurice patolog na Uniwersytecie Case Western Reserve w Cleveland.
Trójwymiarowe mikroskopy świetlne działają poprzez skanowanie skupionej plamki światła przez komórki w trzech płaszczyznach. Rozmiar tej plamki ogranicza rozdzielczość mikroskopu – nie widać nic mniejszego niż rozmiar plamki. Ze względu na fundamentalną właściwość światła zwaną granicą dyfrakcji, skupienie światła do rozmiaru mniejszego niż połowa jego długości fali jest niemożliwe przy użyciu konwencjonalnych soczewek. Wiele części komórki jest mniejszych niż połowa długości fali światła używanego w tych technikach. Inni badacze ominęli granicę dyfrakcji w dwóch wymiarach lub za pomocą technik, które działają tylko przy określonej długości fali światła.
Grupa Maxa Plancka opracowała sposób na obejście podstawowych ograniczeń światła poprzez użycie dwóch wiązek zamiast jednej. Pierwsza wiązka światła odgrywa tę samą rolę – i ma taką samą wielkość plamki – jak światło w konwencjonalnym mikroskopie. Porusza się przez badaną komórkę, pobudzając fluorescencyjnie znakowane cząsteczki wewnątrz komórki do fluorescencji. Druga wiązka rzeźbi pierwszą, mówi Hell, hamując fluorescencję stworzoną przez krawędzie pierwszej wiązki. Zmniejsza to efektywny rozmiar plamki do 40 do 45 nanometrów średnicy.
Fitzmaurice mówi, że mikroskopia o rozdzielczości molekularnej poprawi opiekę nad pacjentem na całej linii. Skupiono się na defektach molekularnych w chorobach, ale aby naprawdę je zrozumieć, trzeba je zobaczyć w komórce, mówi. Uważa, że mikroskopia o rozdzielczości nanoskalowej będzie również odgrywać ważną rolę w rozwoju medycyny spersonalizowanej. Na przykład naukowcy zidentyfikowali określone biomarkery, które pomagają przewidzieć rokowanie pacjenta chorego na raka, ale nie wszyscy pacjenci z określonym biomarkerem reagują podobnie na te same terapie. Korzystając z nowego mikroskopu Hella i innych, które mają nadejść, biolodzy mogą przeprowadzić podstawowe badania potrzebne do zrozumienia interakcji białek i innych molekuł, a ostatecznie do zidentyfikowania bardziej precyzyjnych czynników prognostycznych choroby.
W przyszłości mikroskopy o rozdzielczości nanoskalowej mogą być wykorzystywane w laboratoriach szpitalnych do wykonywania prawdziwie spersonalizowanej medycyny. Sedat mówi, że kolejnym etapem mikroskopii o rozdzielczości nanoskalowej jest opracowanie jej do obrazowania nie tylko pojedynczych komórek, ale także tkanek, takich jak biopsje chirurgiczne. Uważam, że zbliżamy się do przepaści kilku ważnych nowych kierunków mikroskopii świetlnej, mówi.