Föreställ dig att betrakta en stad inifrån en buss
Okej, här är något som kommer att blåsa omkull dig om du älskar vetenskapliga grejer.
I decennier har forskare använt kraftfulla mikroskop för att zooma in på celler – de där små biologiska maskinerna som utgör allt levande. Men här är problemet: för att se något tydligt var forskarna tvungna att färga cellerna med fluorescerande färgämnen. Det är som att ta på sig solglasögon för att kunna se bättre. Förutom att solglasögonen kan förändra hur cellen beter sig, och att de bara låter dig titta på ett fåtal saker åt gången.
Nu har forskare vid Stanford University byggt något nytt. Ett mikroskop som betraktar levande celler när de gör sitt utan att behöva de där fluorescerande markörerna överhuvudtaget. Och ärligt talat? Det här känns som en större grej än vad den får cred för.
Vad det nya mikroskopet kan göra
Systemet kallas Interferometric Image Scanning Microscopy, vilket är ett krångligt namn, så låt oss bara kalla det iISM. Vad gör det speciellt?
Det kan övervaka flera strukturer inuti en levande cell som rör sig, förändras och interagerar samtidigt – med en upplösning på cirka 120 nanometer. Som referens är en nanometer en miljarddel av en meter. Vi pratar om något otroligt litet här.
Men den verkliga magin är inte bara upplösningen. Det är att forskare kan observera dessa cellulära komponenter under längre perioder utan att steka cellen med för mycket ljus eller av misstag förändra hur den beter sig. Lägre ljusexponering innebär mindre fotonskada. Mindre fotonskada innebär gladare, mer naturliga celler. Mer naturliga celler innebär bättre vetenskap.
Varför fluorescerande markörer har varit ett huvudvärk
Låt mig förklara varför detta spelar så stor roll, för jag tror att det tekniska kan dölja hur genuint frustrerande det gamla tillvägagångssättet var för forskarna.
Traditionell fluorescensmikroskopi fungerar genom att fästa lysande molekyler på specifika strukturer inuti celler. Dessa molekyler avger ljus när de exciteras, vilket gör målstrukturerna synliga. Låter bra, eller hur?
Förutom:
- Du kan bara märka ett fåtal strukturer åt gången
- Markörerna kan blekna genom något som kallas fotobleking
- Att lägga till markörer kan faktiskt förändra hur strukturerna beter sig (hoppsan)
- Och du ser bara de märkta sakerna, vilket gör att du missar det bredare cellulära sammanhanget
Stanfords team undviker allt detta. Tänk på det som att byta från en ficklampa som bara visar vissa föremål till ett allmänt ljus som låter dig se allt i ett rum. Du ersätter inte det fluorescens gör – du kompletterar det med något som det inte kunde göra tidigare.
Hur fungerar det egentligen? (Ingen ingenjörsexamen krävs)
Det är här det blir coolt. Mikroskopet använder ett fenomen som du upplever varje dag: ljusspridning.
Vet du varför himlen ser blå ut? När solljuset passerar genom jordens atmosfär sprider små molekyler de kortare blå våglängderna mer än de längre röda våglängderna. Det är därför det ser blått ut ovanför dig medan solnedgången ser rödaktig ut – ljuset från solen sprids runt omkring dig.
Interferometrisk spridningsmikroskopi gör samma sak på en pytteliten skala. En laser lyser in i en cell, och små strukturer inuti sprider en del av det ljuset. Den spridda signalen är super svag, så de använder en andra laserstråle för att förstärka den – det är den "interferometriska" delen.
Resultatet? Tydliga bilder av det cellulära maskineriet som sköter sitt utan att någon har injicerat något eller lagt till några markörer.
Vad betyder detta för vetenskapen?
Enligt forskarna – inklusive W.E. Moerner, som vann Nobelpriset i kemi 2014 för superupplöstnings-fluorescensmikroskopi – kan detta hjälpa oss att:
- Studera hur cancerceller reagerar på potentiella läkemedel
- Se hur sjukdomsframkallande organismer interagerar med celler
- Observera hur växtceller kommunicerar med mikroorganismer
- Bättre förstå processer som tidigare var för svåra att studera
Nyckelordet är "komplementär". iISM är inte menat att ersätta fluorescensmikroskopi. Det är menat att arbeta sida vid sida med den. Som förstaförfattaren Michelle Kueppers uttryckte det: "Om vi använder styrkorna hos fluorescens för molekylär specificitet och styrkan hos iISM för markörfri kontext och dynamik, kan vi verkligen börja tackla frågor som har varit svåra att besvara tidigare."
För mig låter det som det bästa tänkbara resultatet. Inte en teknologi som vinner över en annan, utan forskare som får fler verktyg i sin verktygslåda för att förstå hur livet faktiskt fungerar på den mest fundamentala nivån.
Att se livet utspela sig
Det finns något nästan meditativt i tanken på att betrakta en levande cell i timmar, se dess strukturer driva och interagera utan något artificiellt avbrott. Vi ser bokstavligen biologin hända i nära realtid, ofiltrerat.
Det känns betydelsefullt. Varje gång vi utvecklar ett nytt sätt att observera den naturliga världen tydligare, upptäcker vi saker vi aldrig förväntat oss. Det här mikroskopet kommer förmodligen inte att vara undantaget.
Källa: ScienceDaily