Zespół badawczy opracował mikroskop fluorescencyjny o wysokiej rozdzielczości.
Jak naprawdę wygląda wnętrze komórki? W przeszłości standardowe mikroskopy miały ograniczone możliwości udzielania odpowiedzi na to pytanie. Teraz badaczom z uniwersytetów w Getyndze i Oksfordzie, we współpracy z Uniwersyteckim Centrum Medycznym w Getyndze (UMG), udało się opracować mikroskop o rozdzielczości lepszej niż pięć nanometrów (pięć miliardowych części metra). Odpowiada to mniej więcej szerokości włosa podzielonego na 10 000 pasm. Ich nową metodę opublikowano w Fotonika Przyrody.
Wiele struktur w komórkach jest tak małych, że standardowe mikroskopy mogą generować jedynie fragmentaryczne obrazy. Ich rozdzielczość zaczyna się dopiero od około 200 nanometrów. Jednakże na przykład komórki ludzkie zawierają rodzaj rusztowania składającego się z cienkich rurek o szerokości zaledwie około siedmiu nanometrów. Szczelina synaptyczna, czyli odległość między dwiema komórkami nerwowymi lub między komórką nerwową a komórką mięśniową, wynosi zaledwie 10 do 50 nanometrów – czyli jest za mała dla konwencjonalnych mikroskopów.
Przełom w technologii mikroskopii
Nowy mikroskop, w opracowaniu którego pomogli naukowcy z Uniwersytetu w Getyndze, zapewnia znacznie bogatsze informacje. Charakteryzuje się rozdzielczością lepszą niż pięć nanometrów, co umożliwia uchwycenie nawet najmniejszych struktur komórkowych. Trudno sobie wyobrazić coś tak małego, ale gdybyśmy porównali jeden nanometr z jednym metrem, byłoby to równoznaczne z porównaniem średnicy orzecha laskowego ze średnicą Ziemi.
Ten typ mikroskopu nazywany jest mikroskopem fluorescencyjnym. Ich funkcja opiera się na „mikroskopii lokalizacyjnej pojedynczych cząsteczek”, podczas której poszczególne cząsteczki fluorescencyjne w próbce są włączane i wyłączane, a następnie bardzo precyzyjnie określane jest ich położenie. Na podstawie pozycji tych cząsteczek można następnie modelować całą strukturę próbki.
Obecny proces umożliwia uzyskanie rozdzielczości od około 10 do 20 nanometrów. Grupie badawczej profesora Jörga Enderleina na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Getyndze udało się teraz ponownie podwoić tę rozdzielczość – przy pomocy bardzo czułego detektora i specjalnej analizy danych. Oznacza to, że nawet najdrobniejsze szczegóły organizacji białek w obszarze połączenia pomiędzy dwiema komórkami nerwowymi mogą zostać bardzo precyzyjnie ujawnione.
„Ta nowo opracowana technologia jest kamieniem milowym w dziedzinie mikroskopii o wysokiej rozdzielczości. Oferuje nie tylko rozdzielczości w zakresie jednocyfrowych nanometrów, ale jest także szczególnie opłacalna i łatwa w użyciu w porównaniu z innymi metodami” – wyjaśnia Enderlein. Na potrzeby publikowania swoich odkryć naukowcy opracowali także pakiet oprogramowania typu open source do przetwarzania danych. Oznacza to, że w przyszłości tego typu mikroskopia będzie dostępna dla szerokiego grona specjalistów.
Odniesienie: „Podwojenie rozdzielczości fluorescencji-życia pojedynczej cząsteczki lokalizacji mikroskopii za pomocą obrazowej mikroskopii skaningowej” autorstwa Nielsa Radmachera, Oleksii Nevskyi, José Ignacio Gallea, Jana Christopha Thiele, Ingo Gregora, Silvio O. Rizzoli i Jörga Enderleina, 2 sierpnia 2024 r., Fotonika Przyrody.
DOI: 10.1038/s41566-024-01481-4
