Φανταστείτε να παρατηρείτε μια πόλη από μέσα από ένα λεωφορείο
Εντάξει, ορίστε κάτι που θα σας εκπλήξει αν λατρεύετε τα επιστημονικά πράγματα.
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες χρησιμοποιούσαν ισχυرة μικροσκόπια για να κάνουν ζουμ στα κύτταρα — εκείνες τις μικροσκοπικές βιολογικές μηχανές που αποτελούν τα πάντα τα ζωντανά. Αλλά εδώ είναι το πρόβλημα: για να δουν οτιδήποτε καθαρά, οι ερευνητές έπρεπε να 염οδηλώνουν τα κύτταρα με φθοριζόντες χρωστικές. Είναι σαν να φοράτε γυαλιά ηλίου για να βλέπετε καλύτερα. Εκτός του ότι τα γυαλιά ηλίου μπορεί να αλλάξουν τον τρόπο που συμπεριφέρεται το κύτταρο, και σας επιτρέπουν να κοιτάξετε μόνο λίγα πράγματα ταυτόχρονα.
Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Stanford έχουν κατασκευάσει κάτι νέο. Ένα μικροσκόπιο που παρατηρεί ζωντανά κύτταρα να κάνουν τη δουλειά τους χωρίς να χρειάζεται καθόλου αυτές τις φθοριζόντες ετικέτες. Και ειλικρινά; Αυτό φαίνεται πιο σημαντικό από όσο του δίνεται την αναγνώρισή.
Τι μπορεί να κάνει το νέο μικροσκόπιο
Το σύστημα ονομάζεται Interferometric Image Scanning Microscopy, που είναι ένα δύσκολο όνομα, οπότε ας το πούμε απλά iISM. Τι το κάνει ξεχωριστό;
Μπορεί να παρακολουθεί πολλαπλές δομές μέσα σε ένα ζωντανό κύτταρο να κινούνται, να αλλάζουν και να αλληλεπεらίνονται ταυτόχρονα — με ανάλυση περίπου 120 νανομέτρων. Για να έχετε μια εικόνα, το νανομέτρημα είναι το δισεκατομμυριοστό ενός μέτρου. Μιλάμε για κάτι απίστευτα μικρό.
Αλλά το πραγματικό μαγετικό στοιχείο δεν είναι μόνο η ανάλυση. Είναι το ότι οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρήσουν αυτά τα κυτταρικά συστατικά σε εκταδείας περιόδους χωρίς να "καψούν" το κύτταρο με υπερβολικό φως ή να αλλάξουν κατά λάθος τον τρόπο που συμπεριφέρεται. Η χαμηλότερη έκθεση στο φως σημαίνει λιγότερη φωτοβλάβη. Η λιγότερη φωτοβλάβη σημαίνει πιο ευτυχισμένα, πιο φυσικά κύτταρα. Τα πιο φυσικά κύτταρα σημαίνουν καλύτερη επιστήμη.
Γιατί οι φθοριζόντες ετικέτες ήταν πονοκέφαλος
Αφήστε με να σας εξηγήσω γιατί αυτό έχει τόσο μεγάλη σημασία, γιατί πιστεύω ότι τα τεχνικά στοιχεία μπορεί να καλύψουν το πόσο πραγματικά απογοητευτική ήταν η παλιά προσέγγιση για τους ερευνητές.
Η παραδοσιακή φθοριζόντιος μικροσκοπία λειτουργεί προσκοلίζοντας φωτεινά μόρια σε συγκεκριμένες δομές μέσα στα κύτταρα. Αυτά τα μόρια εκπέμπουν φως όταν διεγερθούν, καθιστώντας τις στοχευμένες δομές ορατές. Ακούγεται υπέροχα, έτσι δεν είναι;
Εκτός ότι:
- Μπορείτε να ετικετείτε μόνο λίγες δομές ταυτόχρονα
- Οι ετικέτες μπορεί να εξασθενήσουν μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται φωτοεξασθένηση (photobleaching)
- Η προσθήκη ετικετών μπορεί στην πραγματικότητα να αλλάξει τον τρόπο που συμπεριφέρονται οι δομές (ουψ)
- Και βλέπετε μόνο τα εσημισμένα πράγματα, χάνοντας το ευρύτερο κυτταρικό πλαίσιο
Η προσέγγιση της ομάδας του Stanford αποφεύγει όλα αυτά. Σκεφτείτε το σαν να αλλάζετε από μια φακό που σας δείχνει μόνο ορισμένα αντικείμενα σε ένα γενικό φως που σας επιτρέπει να δείτε τα πάντα σε ένα δωμάτιο. Δεν αντικαθιστάτε αυτό που κάνει η φθοριστική μεθόδος — την συμπληρώνετε με κάτι που δεν μπορούσε να κάνει πριν.
Πώς λειτουργεί στην πραγματικότητα; (Χωρίς τίτλο μηχανικού)
Εδώ είναι το ενδιαφέρον. Το μικροσκόπιο χρησιμοποιεί ένα φαινόμενο που βιώνετε κάθε μέρα: τη σκέδαση του φωτός.
Ξέρετε γιατί ο ουρανός φαίνεται μπλε; Καθώς το ηλιακό φως περνά μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης, τα μικροσκοπικά μόρια διαχέουν τα μικρότερα μπλε μήκη κύματος περισσότερο από τα μεγαλύτερα κόκκινα μήκη κύματος. Γι' αυτό ο ουρανός από πάνω φαίνεται μπλε, ενώ το ηλιοβασίλεμα φαίνεται κιτρινό-κόκκινο — το φως του ήλιου διαχέεται γύρω σας.
Η φθοριζόντια σκέδαση (interferometric scattering microscopy) κάνει το ίδιο πράγμα σε μια απίστευτα μικρή κλίμα. Ένας λέμπερ φωτίζει ένα κύτταρο και οι μικροσκοπικές δομές μέσα σε αυτό διαχέουν μέρος αυτού του φωτός. Το σήμα της σκέδασης είναι εξαιρετικά αδύναμο, γι' αυτό χρησιμοποιούν μια δεύτερη ακτίνη λέμπερ για να το ενισχύσουν — αυτό είναι το μέρος της "παρεμβολής" (interferometric).
Το αποτέλεσμα; Καθαρές εικόνες της κυτταρικής μηχανής που ασχολείται με τις δικές της εργασίες χωρίς να έχειฉีดαστεί οτιδήποτε ή προστεθεί οποιαδήποτε ετικέτα.
Τι σημαίνει αυτό για την επιστήμη;
Σύμφωνα με τους ερευνητές — συμπεριλαμβανομένου του W.E. Moerner, ο οποίος κέρδισε το Βραβείο Nobel Χημείας το 2014 για τη φθοριζόντια μικροσκοπία υπερ-υψηλής ανάλυσης — αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει να:
- Μελετήσουμε πώς ανταποκρίνονται τα καρκινικά κύτταρα σε πιθανά φάρμακα
- Παρακολουθήσουμε πώς αλληλεπιδρούν τα οργανισμοί που προκαλούν ασθένειες με τα κύτταρα
- Παρατηρήσουμε φυτικά κύτταρα να "επικοινωνούν" με μικροοργανισμούς
- Κατανοήσουμε καλύτερα διαδικασίες που προηγουμένως ήταν πολύ δύσκολο να μελετηθούν
Η βασική φράση είναι "συμπληρωματική". Το iISM δεν προορίζεται να αντικαταστήσει τη φθοριζόντια μικροσκοπία. Προορίζεται να λειτουργεί δίπλα της. Όπως το είπε η πρώτη συγγραφέας Michelle Kueppers: "Αν χρησιμοποιήσουμε τα δυνατά σημεία της φθοριστικής για τη μοριακή ειδικότητα και τη δύναμη του iISM για το πλαίσιο και τη δυναμική χωρίς ετικέτες, μπορούμε πραγματικά να αρχίσουμε να αντιμετωπίζουμε ερωτήματα που ήταν δύσκολο να απαντηθούν στο παρελθόν".
Για εμένα, αυτό ακούγεται ως το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Όχι μια τεχνολογία να κερδίζει την άλλη, αλλά οι επιστήμονες να έχουν περισσότερα εργαλεία στο κιτ τους για να κατανοήσουν πώς λειτουργεί πραγματικά η ζωή στο πιο θεμελιώδες επίπεδο.
Παρατηρώντας τη ζωή να ξεδιπλώνεται
Υπάρχει κάτι σχεδόν διαλογιστικό στην ιδέα να παρακολουθείς ένα ζωντανό κύτταρο για ώρες, βλέποντας τις δομές του να κινούνται και να αλληλεπιδρούν χωρίς καμία τεχνητή διακοπή. Παρακολουθούμε κυριολεκτικά τη βιολογία να συμβαίνει σε πραγματικό χρόνο, χωρίς φίλτρα.
Αυτό φαίνεται σημαντικό. Κάθε φορά που αναπτύσσουμε έναν νέο τρόπο να παρατηρήσουμε τον φυσικό κόσμο πιο καθαρά, ανακαλύπτουμε πράγματα που δεν περιμέναμε ποτέ. Αυτό το μικροσκόπιο πιθανότατα δεν θα είναι η εξαίρεση.
Πηγή: ScienceDaily