Ερευνητές του Πανεπιστημίου Στάνφορντ ανέπτυξαν ένα νέο μικροσκόπιο που μπορεί να δείξει πώς αλληλεπιδρούν νανοδομές μέσα σε ζωντανά κύτταρα, επιτυγχάνοντας την υψηλότερη ανάλυση που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα χωρίς τη χρήση φθοριζόντων δεικτών.
Η παρατήρηση του εσωτερικού των ζωντανών κυττάρων μόλις έγινε πολύ πιο λεπτομερής. Οι επιστήμονες συνδύασαν δύο διαφορετικές τεχνικές μικροσκοπίας για να δημιουργήσουν ένα μοναδικό όργανο που μπορεί να καταγράφει κυτταρικές δομές καθώς αλληλεπιδρούν σε πραγματικό χρόνο με ανάλυση 120 νανομέτρων. Πρόκειται για την υψηλότερη ανάλυση που έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα χωρίς την προσθήκη φθοριζόντων χρωστικών.
Η τεχνολογία ονομάζεται Παρεμβολική Απεικόνιση Μικροσκοπίας Σκέδασης (iISM) και προσφέρει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να παρακολουθούν τις κυτταρικές δομές μέσα στο φυσικό τους περιβάλλον συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο αντιδρούν σε παθογόνους οργανισμούς ή σε φαρμακευτικές ουσίες. Το επίτευγμα παρουσιάζεται στην επιθεώρηση «Light: Science and Applications».
«Αυτό το νέο μικροσκόπιο προσφέρει μια εξαιρετική νέα εικόνα του κυττάρου, όπου μπορείς να δεις τις μικροσκοπικές δομές και τις μοριακές μηχανές να κινούνται, να μεταβάλλονται και να αλληλεπιδρούν χωρίς να χρειάζεται να προσθέσεις φθορισμό για να τις παρατηρήσεις. Πρόκειται για μια μοναδική ματιά σε αυτά τα πολύπλοκα μικροσκοπικά “κουτιά” που κάνουν δυνατή τη ζωή μας» αναφέρουν οι ερευνητές.
Τα οφέλη
Οι δυνατότητες του iISM μπορούν να συμβάλουν σε νέες ανακαλύψεις σε πολλούς τομείς των βιοεπιστημών, όπως η μελέτη των μηχανισμών ασθενειών, η ανάπτυξη νέων φαρμάκων και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φυτών και μικροοργανισμών.
Παρότι το iISM δεν φτάνει την ανάλυση ορισμένων εξειδικευμένων μικροσκοπίων, η δυνατότητά του να λειτουργεί χωρίς δείκτες προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα. Οι επιστήμονες μπορούν να παρακολουθούν πολλές κυτταρικές δομές ταυτόχρονα και για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα. Αντίθετα οι τεχνικές που βασίζονται στον φθορισμό συνήθως επιτρέπουν τη σήμανση μόνο λίγων συγκεκριμένων δομών, ενώ τα φθορίζοντα σήματα εξασθενούν με τον χρόνο και οι χρωστικές μπορεί να επηρεάσουν τη φυσιολογική συμπεριφορά των δομών που μελετώνται.
Επιπλέον το iISM λειτουργεί με πολύ χαμηλότερη ένταση φωτισμού σε σχέση με άλλες παρόμοιες τεχνικές υψηλής αντίθεσης χωρίς δείκτες. Αυτό μειώνει τον κίνδυνο βλάβης στα ζωντανά κύτταρα και περιορίζει τις παρεμβολές στις ευαίσθητες δομές που παρατηρούνται. Η Μισέλ Κιούεπερς πρώτη συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορική ερευνήτρια τόνισε ότι το νέο μικροσκόπιο δεν προορίζεται να αντικαταστήσει τη μικροσκοπία φθορισμού η οποία έχει προσφέρει ανεκτίμητες γνώσεις στη βιολογία εδώ και δεκαετίες.
«Κάθε μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της και πιστεύουμε ότι στο μέλλον θα λειτουργούν συμπληρωματικά. Αν συνδυάσουμε την ειδικότητα της μικροσκοπίας φθορισμού με την ικανότητα του iISM να παρέχει ευρύτερο πλαίσιο και δυναμική εικόνα χωρίς δείκτες, μπορούμε να απαντήσουμε σε ερωτήματα που μέχρι σήμερα ήταν δύσκολο να διερευνηθούν» ανέφερε η Κιούεπερς.
Η μέθοδος
Το iISM επιτυγχάνει την αυξημένη ανάλυση και ευαισθησία συνδυάζοντας δύο διαφορετικές προσεγγίσεις. Η μία βασίζεται στη λεγόμενη συμβολομετρική μικροσκοπία σκέδασης. Η σκέδαση είναι το φαινόμενο που κάνει τον ουρανό να φαίνεται μπλε. Όταν το φως προσπίπτει σε μικροσκοπικά σωματίδια, αλλάζει κατεύθυνση και διασκορπίζεται. Στην ατμόσφαιρα της Γης τα μικρά σωματίδια διασκορπίζουν περισσότερο το μπλε φως από το κόκκινο, γι’ αυτό και ο ουρανός φαίνεται μπλε.
Σε ένα συμβολομετρικό μικροσκόπιο σκέδασης, μια δέσμη λέιζερ φωτίζει το κύτταρο και οι μικροσκοπικές δομές στο εσωτερικό του διασκορπίζουν μέρος του φωτός. Μια δεύτερη δέσμη λέιζερ ενισχύει αυτό το αδύναμο σήμα, επιτρέποντας την παρατήρηση πολύ μικρών δομών. Η βασική καινοτομία του iISM προέκυψε από τον συνδυασμό αυτής της τεχνικής με μια εξελιγμένη μορφή των συνεστιακών μικροσκοπίων. Ενώ τα παραδοσιακά συνεστιακά μικροσκόπια χρησιμοποιούν μία μόνο οπή και έναν ανιχνευτή οι πιο προηγμένες εκδόσεις διαθέτουν συστοιχίες ανιχνευτών που καταγράφουν πολλές διαφορετικές οπτικές γωνίες της ίδιας περιοχής.
Στο iISM οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τέτοια συστοιχία, η οποία συλλέγει πολύ περισσότερο φως και προσφέρει καλύτερη αντίληψη του βάθους και μεγαλύτερη ακρίβεια. Η λειτουργία του θυμίζει τον τρόπο με τον οποίο τα δύο ανθρώπινα μάτια μάς βοηθούν να διακρίνουμε το προσκήνιο από το φόντο, μόνο που εδώ χρησιμοποιούνται δεκάδες ή και εκατοντάδες διαφορετικές «οπτικές γωνίες». Στη συνέχεια οι πληροφορίες αυτές συνδυάζονται υπολογιστικά για να δημιουργήσουν εικόνες με υψηλότερη ευκρίνεια και αντίθεση.
Το αποτέλεσμα είναι ένα μικροσκόπιο χωρίς δείκτες που πετυχαίνει ανάλυση περίπου 120 νανομέτρων χρησιμοποιώντας παράλληλα χαμηλότερη ισχύ λέιζερ και διατηρώντας υψηλή ταχύτητα απεικόνισης. Αυτό επιτρέπει την παρακολούθηση ζωντανών κυττάρων για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και με λιγότερη επιβάρυνση.
Οι ερευνητές εργάζονται ήδη για τη βελτίωση της τεχνολογίας και τη διάθεσή της σε περισσότερα εργαστήρια. Έχουν ξεκινήσει τρεις συνεργασίες με άλλες ερευνητικές ομάδες του Στάνφορντ. Στη μία μελετούν σε πραγματικό χρόνο τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φυτικών κυττάρων, μυκήτων και βακτηρίων. Σε μια δεύτερη εξετάζουν πώς ένα αντικαρκινικό φάρμακο εισέρχεται στα κύτταρα. Σε μια τρίτη σχεδιάζουν να παρατηρήσουν τις μεταβολές στο σχήμα των ερυθρών αιμοσφαιρίων κατά τη μόλυνσή τους από το παράσιτο της ελονοσίας.
«Δεν πρόκειται για μια εξειδικευμένη τεχνική που αφορά λίγους. Έχει πολύ ευρύ φάσμα εφαρμογών και ελπίζουμε ότι θα εξυπηρετήσει την κοινότητα των βιοεπιστημών, οδηγώντας σε πολλές νέες ανακαλύψεις» καταλήγει η Κιούεπερς.
Πηγή: naftemporiki.gr
