Stel je voor dat je een stad bekijkt vanuit een bus
Oké, hier is iets dat je de verstand zal verbazen als je van wetenschap houdt.
Decennialang hebben wetenschappers krachtige microscopen gebruikt om in te zoomen op cellen — die minuscule biologische machines die alles levends vormen. Maar hier is het probleem: om iets duidelijk te kunnen zien, moesten onderzoekers cellen kleuren met fluorescerende kleurstoffen. Het is alsof je een zonnebril opzet zodat je beter kunt zien. Behalve dat de zonnebril het gedrag van de cel kan veranderen, en je er slechts een paar dingen tegelijk mee kunt bekijken.
Nu hebben onderzoekers aan de Stanford University iets nieuws gebouwd. Een microscoop die levende cellen hun gang ziet gaan zonder dat daar die fluorescerende labels voor nodig zijn. En eerlijk? Dit voelt als een grotere doorbraak dan waar het momenteel de eer voor krijgt.
Wat de nieuwe microscoop kan
Het systeem heet Interferometric Image Scanning Microscopy, wat een mondvol is, dus laten we het gewoon iISM noemen. Wat maakt het bijzonder?
Het kan meerdere structuren binnen een levende cel tegelijkertijd zien bewegen, veranderen en met elkaar interageren — met een resolutie van ongeveer 120 nanometer. Ter context: een nanometer is een miljardste van een meter. We hebben het hier over ongelooflijk kleine afmetingen.
Maar de echte magie zit niet alleen in de resolutie. Het is dat wetenschappers deze cellulaire componenten over verlengde perioden kunnen observeren zonder de cel te "verbranden" met te veel licht of onbedoeld het gedrag ervan te veranderen. Minder blootstelling aan licht betekent minder fotoschade. Minder fotoschade betekent gelukkigere, natuurlijkere cellen. Meer natuurlijke cellen betekenen betere wetenschap.
Waarom fluorescerende labels een hoofdpijndossier waren
Laat me uitleggen waarom dit er zoveel toe doet, want ik denk dat de technische details kunnen verhullen hoe frustrerend de oude aanpak werkelijk was voor onderzoekers.
Traditionele fluorescentiemicroscopie werkt door lichtgevende moleculen aan specifieke structuren in cellen te koppelen. Die moleculen zenden licht uit wanneer ze worden geëxciteerd, waardoor de doelstructuren zichtbaar worden. Klinkt geweldig, toch?
Behalve:
- Je kunt slechts een paar structuren tegelijk labelen
- De labels kunnen vervagen door iets dat fotobleking wordt genoemd
- Het toevoegen van labels kan het gedrag van de structuren daadwerkelijk veranderen (oeps)
- En je ziet alleen de gelabelde dingen, waardoor je de bredere cellulaire context mist
De aanpak van het Stanford-team vermijdt dit alles. Denk eraan als de overstap van een zaklamp die je slechts bepaalde objecten laat zien naar een algemeen licht dat je alles in een kamer laat zien. Je vervangt niet wat fluorescentie doet — je vult het aan met iets wat het voorheen niet kon.
Hoe werkt het eigenlijk? (Geen ingenieur nodig)
Hier wordt het interessant. De microscoop maakt gebruik van een fenomeen dat je elke dag ervaart: lichtverstrooiing.
Weet je waarom de lucht blauw ziet? Terwijl zonlicht door de atmosfeer van de aarde reist, verstrooien kleine moleculen de kortere blauwe golflengten meer dan de langere rode golflengten. Daarom ziet de lucht boven ons er blauw uit, terwijl de zonsondergang roodachtig verschijnt — het licht van de zon wordt overal om je heen verstrooid.
Interferometric scattering microscopy doet hetzelfde op een piepkleine schaal. Een laser schijnt in een cel, en minuscule structuren binnenin verstrooien een deel van dat licht. Het verstrooide signaal is super zwak, dus ze gebruiken een tweede laserstraal om het te versterken — dat is het "interferometrische" deel.
Het resultaat? Heldere beelden van de cellulaire machinerie die haar werk doet, zonder dat er iets is geïnjecteerd of labels zijn toegevoegd.
Wat betekent dit voor de wetenschap?
Volgens de onderzoekers — waaronder W.E. Moerner, die in 2014 de Nobelprijs voor de Scheikunde won voor super-resolutie fluorescentiemicroscopie — kan dit ons helpen om:
- Te bestuderen hoe kankercellen reageren op potentiële medicijnen
- Te zien hoe ziekteverwekkende organismen met cellen interageren
- Plantencellen te observeren terwijl ze communiceren met micro-organismen
- Processen beter te begrijpen die voorheen te moeilijk te bestuderen waren
De sleutelterm is "complementair". iISM is niet bedoeld om fluorescentiemicroscopie te vervangen. Het is bedoeld om er samen met te werken. Zoals eerste auteur Michelle Kueppers het verwoordde: "Als we de sterktes van fluorescentie gebruiken voor moleculaire specificiteit en de kracht van iISM voor labelvrije context en dynamiek, kunnen we echt beginnen met het aanpakken van vragen die voorheen moeilijk te beantwoorden waren."
Voor mij klinkt dat als het best mogelijke resultaat. Niet één technologie die wint van een andere, maar wetenschappers die meer hulpmiddelen in hun gereedschapskist hebben om te begrijpen hoe het leven op het meest fundamentele niveau werkelijk werkt.
Het leven zien ontvouwen
Er is iets bijna meditatiefs aan het idee om urenlang naar een levende cel te kijken, waarbij je ziet hoe de structuren drijven en interageren zonder enige kunstmatige onderbreking. We kijken letterlijk naar biologie die zich in bijna real-time ontvouwt, ongefilterd.
Dat voelt betekenisvol. Elke keer dat we een nieuwe manier ontwikkelen om de natuurlijke wereld duidelijker te observeren, ontdekken we dingen die we nooit hadden verwacht. Deze microscoop zal waarschijnlijk geen uitzondering zijn.
Bron: ScienceDaily