Από τις αρχές του πριν από περισσότερα από 400 χρόνια, η μικροσκοπία έχει κάνει άλματα και όρια - ακόμα και μηδενισμό σε μεμονωμένα άτομα. Τώρα, όπως αναφέρει ο Nick Lunn για το National Geographic, ένας νέος τύπος μικροσκοπίας παίρνει το πεδίο ένα ακόμη μεγάλο βήμα μπροστά, συλλαμβάνοντας εικόνες 3-D υψηλής ανάλυσης ζωντανών κυττάρων καθώς κινούνται και λειτουργούν εντός οργανισμών.
Τα περισσότερα μικροσκόπια είναι πολύ αργά για να καταγράψουν κυτταρικές κινήσεις σε 3-D, σύμφωνα με ένα δελτίο τύπου από το Howard Hughes Medical Institute, το οποίο συνεργάστηκε στο νέο μηχάνημα. Και αν και οι ερευνητές έχουν απεικονίσει ζωντανά κύτταρα, είναι δύσκολο να αποκτήσετε εικόνες υψηλής ανάλυσης ομάδων κυττάρων. Η σύγχρονη μικροσκόπηση υψηλής ισχύος τροφοδοτεί τα κύτταρα σε ισχυρό φως, μερικές φορές χιλιάδες ή εκατομμύρια φορές πιο έντονα από τον ήλιο, τα οποία μπορεί να αλλάξουν τη συμπεριφορά τους ή ακόμη και να προκαλέσουν ζημιά στα λεπτά θέματα.
"Αυτό δημιουργεί την αμφιβολία ότι δεν βλέπουμε κύτταρα στην πατρίδα τους, ευτυχώς αποκατασταθέντα στον οργανισμό στον οποίο εξελίχθηκαν", λέει ο Eric Betzig, χημικός βραβευμένος με το βραβείο Νόμπελ και επικεφαλής της ομάδας έργων στο Howard Hughes. "Συχνά λέγεται ότι βλέπουμε να πιστεύουμε, αλλά όταν πρόκειται για την κυτταρική βιολογία, νομίζω ότι το καταλληλότερο ερώτημα είναι:« Πότε μπορούμε να πιστέψουμε τι βλέπουμε; »
Ένα ιδιαίτερο πρόβλημα με την αναζήτηση στο εσωτερικό των ζωντανών οργανισμών είναι ότι η επιφάνεια του αντικειμένου τείνει να διασκορπίσει το φως, προκαλώντας στρέβλωση της εικόνας. Και όσο πιο βαθιά φαίνεσαι, τόσο χειρότερο είναι το πρόβλημα. Για να ξεπεραστεί το θέμα, το νέο πεδίο εφαρμογής χρησιμοποιεί μια τεχνική από την αστροφυσική που ονομάζεται προσαρμοστική οπτική. Όπως τα τηλεσκόπια εδάφους νέας ηλικίας που μπορούν να διορθώσουν τη στρέβλωση της εικόνας που προκαλείται από την ατμόσφαιρα της Γης, το πεδίο μπορεί να διορθώσει τις παραμορφώσεις που προκαλούνται από τη διασπορά επιφάνειας.
"Αν μπορείτε να μετρήσετε τον τρόπο με τον οποίο στρέφεται το φως, μπορείτε να αλλάξετε τη μορφή του καθρέφτη για να δημιουργήσετε μια ισότιμη και αντίθετη παραμόρφωση, η οποία στη συνέχεια ακυρώνει αυτές τις παρεκκλίσεις", λέει ο Betzig στο Lunn.
Μια άλλη πρωτοποριακή τεχνική που βοηθάει στη δημιουργία αυτού του νέου πεδίου εφαρμογής αποκαλείται microscopy οπτικού φύλλου πλέγματος, μια τεχνική Betzig που πρωτοστάτησε νωρίτερα αυτή τη δεκαετία. Αντί να κολυμπάει ένα δείγμα σε καταστρεπτικές, υψηλής έντασης ακτίνες, το μικροσκόπιο σαρώνει ένα εξαιρετικά λεπτό φύλλο φωτός σε όλο το δείγμα, δημιουργώντας πολλές εικόνες 2-D υψηλής ανάλυσης. Αυτά στη συνέχεια στοιβάζονται για να δημιουργήσουν εικόνες 3-D χωρίς λεύκανση ή βλάβη του δείγματος. Το αποτέλεσμα των δύο τεχνικών είναι μια ξεκάθαρη 3-D εικόνα των κυττάρων που συμπεριφέρονται φυσικά. Μια λεπτομερής περιγραφή της τεχνικής εμφανίζεται στο περιοδικό Science .
«Μελετώντας το κελί σε μια καλύπτρα είναι σαν να βλέπετε ένα λιοντάρι στο ζωολογικό κήπο - δεν βλέπετε ακριβώς τη φυσική συμπεριφορά τους», λέει ο Betzig στο Lunn. "[Χρησιμοποιώντας το πεδίο εφαρμογής] είναι σαν να βλέπετε το λιοντάρι να κυνηγάει μια αντιλόπη στη σαβάνα. Τελικά βλέπετε την αληθινή φύση των κυττάρων. "
Οι εικόνες που δημιουργήθηκαν μέχρι τώρα είναι εκπληκτικές. Όπως αναφέρει ο Brandon Specktor στο LiveScience, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε διαφανή ζευγάρι, νηματώδη και καρκινικά κύτταρα. Οι πρώτες ταινίες 3-D περιλαμβάνουν καρκινικά κύτταρα που μετακινούνται μέσω αιμοφόρων αγγείων, κύτταρα ανοσίας καταπίνουν μόρια ζάχαρης και κύτταρα που χωρίζονται με λεπτομέρεια.
Ακόμα πιο συναρπαστικό από την λεπτή απεικόνιση είναι ότι η ένταση της λεπτομέρειας επιτρέπει στους ερευνητές να "εκραγούν" τους ιστούς που βλέπουν να κοιτάξουν μεμονωμένα κύτταρα. «Κάθε φορά που έχουμε κάνει ένα πείραμα με αυτό το μικροσκόπιο, παρατηρήσαμε κάτι μυθιστόρημα - και δημιουργήσαμε νέες ιδέες και υποθέσεις για να δοκιμάσουμε», λέει ο Tomas Kirchhausen, ανώτερος ερευνητής στο Boston Children's Hospital. "Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει σχεδόν οποιοδήποτε πρόβλημα σε ένα βιολογικό σύστημα ή οργανισμό που μπορώ να σκεφτώ".
Θα χρειαστεί λίγος χρόνος για αυτήν την επανάσταση μικροσκοπίας για να βγει από το εργαστήριο και σε άλλα πανεπιστήμια και νοσοκομεία. Όπως αναφέρει ο Specktor, το πρώτο μικροσκόπιο είναι ένα "τέρας του Frankenstein" καλυμμένο μαζί με κομμάτια από άλλα μικροσκόπια και μηχανές. Επί του παρόντος καταλαμβάνει ένα τραπέζι μήκους δέκα ποδιών και απαιτεί να λειτουργεί το προσαρμοσμένο λογισμικό.
Ωστόσο, σύμφωνα με το δελτίο Τύπου, δύο πακέτα δεύτερης γενιάς, τα οποία θα στεγαστούν σε συνεργαζόμενα εργαστήρια, θα καταλαμβάνουν μόνο το χώρο ενός γραφείου και θα είναι διαθέσιμα σε ερευνητές από όλο τον κόσμο που ζητούν να τις χρησιμοποιήσουν. Η ομάδα θα δημοσιεύσει επίσης τα σχέδια για το όργανο έτσι ώστε τα άλλα θεσμικά όργανα να μπορέσουν να δημιουργήσουν τα δικά τους. Ίσως σε δέκα χρόνια, η Betzig λέει στον Specktor, ένα μικρότερο, προσιτό μοντέλο θα είναι διαθέσιμο στο εμπόριο.
Μέχρι τότε, οι νέες εικόνες θα πρέπει να μας περάσουν. Συμφωνούμε με τη Betzig, η οποία λέει στον Lunn ότι η πρώτη φορά που είδε εικόνες από το πεδίο εφαρμογής "ήταν απίστευτη". Αυτό, φυσικά, είναι επιστημονική φρασεολογία για "πραγματικά τακτοποιημένο".
