Vědci z Tokijské univerzity vyvinuli nový mikroskop, který dokáže simultánně zobrazovat struktury ve 14krát širším rozsahu intenzit než tradiční mikroskopy. Důležité je, že toho je dosaženo bez použití fluorescenčních barviv nebo jiných označovacích činidel, díky čemuž je extrémně šetrný k živým buňkám a je ideální pro dlouhodobá pozorování. Tento objev publikovaný v Nature Communications se zabývá zásadním omezením moderní mikroskopie: kompromisem mezi řešením rozsáhlých buněčných struktur a sledováním jednotlivých nanočástic.
Dilema mikroskopie
Mikroskopie byla po staletí hnací silou vědeckého pokroku. Pokročilé techniky však historicky vyžadovaly specializaci. Kvantitativní fázová mikroskopie (QPM) je vynikající při zobrazování struktur větších než 100 nanometrů, poskytuje široký pohled na buňky, ale postrádá citlivost pro detekci jemných detailů. Naproti tomu interferometrická rozptylová mikroskopie (iSCAT) může sledovat jednotlivé proteiny a nanočástice, ale má potíže se zachycením komplexního buněčného kontextu pozorovaného u QPM.
Toto rozdělení donutilo výzkumníky k výběru mezi holistickými snímky a dynamickým sledováním – až dosud.
Spojování mezery: Simultánní dimenze světla
Výzkumný tým vedený Kohi Hori, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura a Takuro Ideguchi navrhl, že současné měření dopředného a zpětného rozptýleného světla by toto omezení mohlo překonat. Analýzou toho, jak světlo interaguje se vzorkem z obou směrů, se snažili odhalit širokou škálu velikostí a pohybů v rámci jednoho snímku.
„Rád bych porozuměl dynamickým procesům uvnitř živých buněk pomocí neinvazivních metod,“ vysvětluje Hori a zdůrazňuje motivaci pro tuto práci.
Potvrzení mikroskopem: Pozorování buněčné smrti
Při testování svého nového mikroskopu se tým zaměřil na dynamický proces: buněčnou smrt. Zaznamenáním jediného obrazu kódujícího informace ze světla pohybujícího se tam a zpět prokázali schopnost kvantifikovat jak pohyb větších buněčných struktur, tak pohyb drobných částic v buňce.
“Naší největší výzvou,” vysvětluje Toda, “bylo čistě oddělit dva druhy signálů z jednoho obrazu a zároveň udržet nízkou úroveň šumu a vyhnout se jejich smíchání.”
Kvantifikace velikosti a pohybu
Výsledný mikroskop zachycuje nejen pohyb struktur v různých měřítcích, ale také odhaduje velikost a index lomu každé částice. Index lomu, míra toho, jak se světlo ohýbá při průchodu hmotou, poskytuje další informace o složení a vlastnostech pozorovaných částic.
Tato kombinovaná schopnost umožňuje výzkumníkům sledovat dynamické změny v živých buňkách bez artefaktů zaváděných fluorescenčním značením. Jednotný přístup slibuje urychlení výzkumu ve farmacii, biotechnologii a dalších oblastech vyžadujících dlouhodobé pozorování buněk ve vysokém rozlišení.
Tento vývoj představuje významný krok směrem k všestranné mikroskopické platformě schopné překlenout propast mezi mikro- a nanozobrazováním.
