211service.com
Ser på levende celler ved opløsning i nanoskala
Et super-højopløsnings 3-D lysmikroskop udviklet ved Max Planck Institute for Biophysical Chemistry vil give biologer mulighed for at se, hvordan de mindste organeller og endda individuelle klynger af proteiner i levende celler fungerer. Den nye teknologi, som har en opløsning på 40 nanometer, overvinder nogle store begrænsninger i eksisterende mikroskopiteknikker og kan have vigtige anvendelser til at dissekere præcis, hvordan lægemidler påvirker celler.
Mobilt kraftcenter: Disse billeder af en cellulær organel kaldet mitochondrion blev taget med det højeste opløsning 3-D lysmikroskop, der endnu er udviklet. Forskere ved Max Planck Instituttet i Tyskland har brugt mikroskopet til at afbilde individuelle, fluorescerende mærkede proteinklynger i mitokondrierne af levende celler (nedenfor) og til at kombinere dem til at danne 3-D-billeder (ovenfor).
[Det er] en tour de force - en stor bedrift, siger John Sadat , professor i biokemi og biofysik ved University of California, San Francisco. Ved at bruge Max Planck-mikroskopet og andre, der presser opløsning på nanoskala, vil biologer være i stand til at se, hvordan levende celler fungerer på et hidtil uset detaljeringsniveau. Det bliver en revolution for biologien, siger Sedat, der ikke var involveret i forskningen.
I de seneste årtier har biologer gjort store fremskridt med at forstå cellernes molekylære sammensætning, men hvordan disse dele lægger op til fungerende celler og væv er stadig noget af et mysterium. Ved hjælp af lysmikroskoper kan biologer se levende celler i relativt lav opløsning; ved hjælp af elektronmikroskopi kan de omhyggeligt dissekere døde celler.
Det nye mikroskop giver dig mulighed for optisk at dissekere levende celler, siger Stefan Helvede , leder af afdelingen for nanobiofotonik ved Planck-instituttet i Göttingen, Tyskland, som ledede instrumentets udvikling.
Forskere brugte det nye mikroskop til at lave de første superhøjopløselige lysbilleder af bittesmå celleorganeller kaldet mitokondrier, som er afgørende for cellemetabolisme og spiller en rolle i ældningsprocessen. En potentiel anvendelse er at visualisere, hvordan visse kræftlægemidler påvirker mitokondrierne, hvis indre funktioner har været usynlige for 3-D lysmikroskopi. Det har været svært, fordi du ikke kunne se molekyler, der binder til hinanden, hvilket gør det umuligt endeligt at nævne årsagen til disse lægemidlers virkninger, siger Maryann Fitzmaurice , en patolog ved Case Western Reserve University, i Cleveland.
Tredimensionelle lysmikroskoper fungerer ved at scanne en fokuseret lysplet gennem celler i tre planer. Størrelsen af denne plet begrænser opløsningen af mikroskopet - intet mindre end størrelsen af pletten kan ses. På grund af en grundlæggende egenskab ved lys kaldet diffraktionsgrænsen, er det umuligt at fokusere lys ned til en størrelse mindre end halvdelen af dets bølgelængde ved brug af konventionelle linser. Mange dele af cellen er mindre end halvdelen af bølgelængden af det lys, der bruges til disse teknikker. Andre forskere er kommet uden om diffraktionsgrænsen i to dimensioner, eller med teknikker, der kun virker med en bestemt bølgelængde af lys.
Max Planck-gruppen udviklede en måde at komme uden om lysets grundlæggende begrænsninger ved at bruge to stråler i stedet for én. Den første lysstråle spiller den samme rolle - og har samme pletstørrelse - som lys i et konventionelt mikroskop. Den bevæger sig gennem cellen, der undersøges, og spændende fluorescerende mærkede molekyler inde i cellen til at fluorescere. Den anden stråle skulpturerer den første, siger Hell, og hæmmer fluorescens skabt af kanterne af den første stråle. Det reducerer den effektive pletstørrelse til 40 til 45 nanometer i diameter.
Fitzmaurice siger, at molekylær opløsningsmikroskopi vil forbedre patientbehandlingen ned ad linjen. Fokus har været på molekylære defekter i sygdom, men for virkelig at forstå dem, er du nødt til at se dem i cellen, siger hun. Hun mener, at opløsningsmikroskopi i nanoskala også vil spille en vigtig rolle i at fremme personlig medicin. For eksempel har forskere identificeret specifikke biomarkører, der hjælper med at forudsige en kræftpatients prognose, men ikke alle patienter med en bestemt biomarkør reagerer på samme måde på de samme behandlinger. Ved at bruge Hells nye mikroskop og andre kommende, kan biologer udføre den grundlæggende forskning, der er nødvendig for at forstå, hvordan proteiner og andre molekyler interagerer og i sidste ende identificere mere præcise forudsigere for sygdom.
Og i fremtiden kan mikroskoper med opløsning i nanoskala blive brugt i hospitalslaboratorier til at udføre virkelig personlig medicin. Sedat siger, at det næste niveau for opløsningsmikroskopi i nanoskala er at udvikle det til billeddannelse af ikke kun enkeltceller, men også væv såsom kirurgiske biopsier. Jeg tror, vi er på afgrunden af nogle vigtige nye retninger for lysmikroskopi, siger han.