Para peneliti di Universitas Tokyo telah mengembangkan mikroskop baru yang mampu secara simultan menggambarkan struktur dalam rentang intensitas 14 kali lipat lebih luas dibandingkan mikroskop konvensional. Yang penting, hal ini dicapai tanpa penggunaan pewarna fluoresen atau bahan pelabelan lainnya, sehingga sangat lembut terhadap sel hidup dan ideal untuk pengamatan jangka panjang. Terobosan ini, yang dipublikasikan di Nature Communications, mengatasi keterbatasan mendasar dalam mikroskop modern: trade-off antara penyelesaian fitur seluler skala besar dan pelacakan partikel skala nano individual.
Dilema Mikroskopi
Selama berabad-abad, mikroskop telah mendorong kemajuan ilmu pengetahuan. Namun, teknik-teknik canggih secara historis memerlukan spesialisasi. Mikroskop fase kuantitatif (QPM) unggul dalam pencitraan struktur yang lebih besar dari 100 nanometer, memberikan pandangan sel yang luas namun kurang sensitif untuk mendeteksi detail yang lebih kecil. Sebaliknya, mikroskop hamburan interferometri (iSCAT) dapat melacak protein tunggal dan partikel berskala nano, tetapi kesulitan menangkap konteks seluler komprehensif yang terlihat dengan QPM.
Kesenjangan ini memaksa peneliti untuk memilih antara gambaran holistik dan pelacakan dinamis – hingga saat ini.
Menjembatani Kesenjangan: Pengukuran Cahaya Secara Bersamaan
Tim peneliti yang dipimpin oleh Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura, dan Takuro Ideguchi, berhipotesis bahwa mengukur cahaya yang tersebar ke depan dan ke belakang secara bersamaan dapat mengatasi keterbatasan ini. Dengan menganalisis bagaimana cahaya berinteraksi dengan sampel dari kedua arah, mereka bertujuan untuk mengungkap berbagai ukuran dan gerakan dalam satu gambar.
“Saya ingin memahami proses dinamis di dalam sel hidup dengan menggunakan metode non-invasif,” jelas Horie, menyoroti motivasi di balik penelitian tersebut.
Memvalidasi Mikroskop: Mengamati Kematian Sel
Untuk menguji mikroskop baru mereka, tim berfokus pada proses dinamis: kematian sel. Dengan merekam satu gambar yang mengkode informasi dari cahaya yang bergerak maju dan mundur, mereka menunjukkan kemampuan untuk mengukur pergerakan struktur seluler yang lebih besar dan pergerakan partikel kecil di dalam sel.
“Tantangan terbesar kami,” jelas Toda, “adalah memisahkan dua jenis sinyal dari satu gambar dengan rapi sambil menjaga agar noise tetap rendah dan menghindari pencampuran di antara keduanya.”
Mengukur Ukuran dan Gerakan
Mikroskop yang dihasilkan tidak hanya menangkap pergerakan struktur pada berbagai skala tetapi juga memperkirakan ukuran setiap partikel dan indeks bias. Indeks bias, ukuran bagaimana cahaya dibelokkan ketika melewati suatu zat, memberikan wawasan tambahan mengenai komposisi dan sifat partikel yang diamati.
Kemampuan gabungan ini memungkinkan para peneliti untuk melacak perubahan dinamis dalam sel hidup tanpa artefak yang disebabkan oleh pelabelan fluoresen. Pendekatan terpadu ini menjanjikan percepatan penelitian di bidang farmasi, bioteknologi, dan bidang lain yang memerlukan observasi seluler jangka panjang dan resolusi tinggi.
Perkembangan ini merupakan langkah signifikan menuju platform mikroskop yang benar-benar serbaguna yang mampu menjembatani kesenjangan antara pencitraan skala mikro dan nano
