Jak naprawdę wygląda wnętrze komórki? Nowy wynalazek z USA pokazuje to, co było niewidoczne!
Naukowcy ze Stanford University opracowali innowacyjną technologię mikroskopową, pozwalającą obserwować wnętrze żywych komórek z niezwykłą dokładnością i w czasie rzeczywistym. Uczeni połączyli dwie różne metody obrazowania, dzięki czemu możliwe stało się uzyskanie rozdzielczości około 120 nanometrów bez konieczności stosowania znaczników fluorescencyjnych, które dotychczas były standardowym narzędziem w badaniach komórkowych.
Jedną z największych zalet tej technologii jest możliwość obserwowania wielu elementów komórki jednocześnie i przez długi czas, bez ingerowania w ich naturalne funkcjonowanie. W klasycznych metodach fluorescencyjnych badacze muszą oznaczać wybrane struktury specjalnymi barwnikami, które pozwalają je zobaczyć pod mikroskopem. Takie znaczniki mogą jednak z czasem tracić intensywność świecenia, bywają trudne do wprowadzenia do komórki, a w niektórych przypadkach mogą zmieniać zachowanie badanych cząsteczek. Nowe rozwiązanie pozwala uniknąć tych problemów i obserwować komórkę w bardziej naturalnym stanie.
Podstawą działania mikroskopu jest zjawisko rozpraszania światła. Gdy wiązka lasera pada na komórkę, jej wewnętrzne struktury rozpraszają część światła w różnych kierunkach. W systemie interferometrycznym sygnał ten jest wzmacniany przez drugą wiązkę lasera, dzięki czemu nawet bardzo małe elementy komórki mogą zostać zarejestrowane. Dodatkowo zastosowanie detektora matrycowego pozwala jednocześnie zbierać wiele obrazów tego samego obszaru. Następnie są one łączone w jeden szczegółowy obraz o wysokim kontraście i dużej ostrości. Taki sposób pracy przypomina działanie ludzkiego wzroku, który wykorzystuje informacje z dwóch oczu do oceny głębi, z tą różnicą, że w nowym mikroskopie analizowanych jest jednocześnie wiele „perspektyw”.
Naukowcy już wykorzystują nowy mikroskop do analizy
Ważną cechą opracowanej technologii jest także możliwość pracy przy znacznie niższej mocy oświetlenia niż w wielu innych metodach o wysokiej rozdzielczości. Ogranicza to ryzyko uszkodzenia żywych komórek przez intensywne światło i pozwala prowadzić obserwacje przez dłuższy czas. Dzięki temu naukowcy mogą śledzić dynamiczne procesy zachodzące w komórce, takie jak przemieszczanie się organelli, zmiany ich kształtu czy reakcje na czynniki zewnętrzne. Znaczenie tego rozwiązania jest szczególnie widoczne w praktycznych zastosowaniach badawczych. Naukowcy już wykorzystują nowy mikroskop do analizy sposobu, w jaki komórki wchłaniają leki przeciwnowotworowe. Bezpośrednia obserwacja tego procesu pozwala lepiej zrozumieć, jak substancje lecznicze przenikają do wnętrza komórki i jakie mechanizmy decydują o ich skuteczności. Taka wiedza może w przyszłości pomóc w projektowaniu bardziej efektywnych terapii oraz w opracowywaniu nowych leków.
Technologia znajduje także zastosowanie w badaniach nad relacjami między organizmami. Jeden z projektów prowadzonych na Stanford University wykorzystuje mikroskop do obserwacji interakcji pomiędzy komórkami roślin a mikroorganizmami, takimi jak bakterie czy grzyby. Lepsze poznanie tych zależności może mieć znaczenie dla rolnictwa, ponieważ pozwala zrozumieć procesy wpływające na zdrowie roślin i rozwój ekosystemów glebowych. Kolejne planowane badania dotyczą zmian zachodzących w czerwonych krwinkach podczas infekcji wywołanej przez pasożyta powodującego malarię. Możliwość obserwowania takich procesów w czasie rzeczywistym daje naukowcom szansę na dokładniejsze poznanie mechanizmów choroby oraz reakcji komórek na obecność patogenu.
Nowa technika nie ma zastąpić klasycznej mikroskopii fluorescencyjnej, która od wielu lat stanowi podstawowe narzędzie w badaniach biologicznych. Obie metody mogą się jednak wzajemnie uzupełniać. Fluorescencja umożliwia bardzo precyzyjne oznaczanie konkretnych cząsteczek, natomiast interferometryczna mikroskopia skaningowa pozwala obserwować komórkę w szerszym kontekście, bez ingerencji w jej strukturę i funkcjonowanie. Połączenie tych podejść daje badaczom nowe możliwości analizowania złożonych procesów biologicznych.
Rozwój tej technologii pokazuje, jak duże znaczenie w nauce ma postęp w dziedzinie aparatury badawczej. Dzięki coraz doskonalszym mikroskopom naukowcy mogą obserwować zjawiska zachodzące w komórkach z niespotykaną dotąd dokładnością. W dłuższej perspektywie może to przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów chorób, rozwoju nowych terapii oraz pogłębienia wiedzy o podstawowych procesach, które decydują o funkcjonowaniu organizmów żywych.
Źródło: Stanford University
Czytaj też: Depresja u młodych ludzi. Naukowcy dokonali ważnego odkrycia
Grafika tytułowa: Indra Projects / Unsplash
