С момента своего появления более 400 лет назад, микроскопия сделала скачки и границы - даже сосредоточившись на отдельных атомах. Теперь, как сообщает Ник Ланн для National Geographic, новый тип микроскопии делает еще один большой шаг вперед, снимая трехмерные изображения живых клеток с высоким разрешением, когда они движутся и действуют в организмах.
В соответствии с пресс-релизом Медицинского института Говарда Хьюза, который сотрудничал на новой машине, большинство микроскопов слишком медленные, чтобы фиксировать клеточные движения в трехмерном пространстве. И хотя исследователи изобразили живые клетки, трудно получить изображения групп клеток с высоким разрешением. Современная мощная микроскопия также омывает клетки мощным светом, иногда в тысячи или миллионы раз интенсивнее, чем солнце, что может изменить их поведение или даже повредить мелкие предметы.
«Это вызывает ноющее сомнение в том, что мы не видим клеток в их естественном состоянии, счастливо заключенных в организме, в котором они эволюционировали», - говорит Эрик Бетциг, лауреат Нобелевской премии по химии и руководитель проектной группы Говарда Хьюза. «Часто говорят, что видение - это вера, но когда дело доходит до клеточной биологии, я думаю, что более уместный вопрос:« Когда мы можем верить тому, что видим? »
Одна конкретная проблема с вглядыванием внутрь живых организмов состоит в том, что поверхность объекта имеет тенденцию рассеивать свет, искажая изображение. И чем глубже вы смотрите, тем хуже проблема. Чтобы преодолеть эту проблему, новая сфера использует технику астрофизики, называемую адаптивной оптикой. Как и наземные телескопы нового века, которые способны корректировать деформацию изображения, вызванную атмосферой Земли, прицел может корректировать искажения, вызванные рассеиванием поверхности.
«Если вы можете измерить, как искажается свет, вы можете изменить форму зеркала, чтобы создать равные и противоположные искажения, которые затем устранят эти аберрации», - говорит Бетциг Ланну.
Другая передовая методика, которая помогает сделать эту новую область действия, называется решетчатой микроскопией на легких листах, метод Бетциг впервые в этом десятилетии. Вместо того, чтобы погружать образец в повреждающие лучи высокой интенсивности, микроскоп пропускает по образцу ультратонкий слой света, создавая множество двумерных изображений с высоким разрешением. Затем их укладывают для создания трехмерных изображений без обесцвечивания или повреждения образца. Результатом этих двух методов является четкое трехмерное изображение клеток, ведущих себя естественным образом. Подробное описание методики появляется в журнале Science .
«Изучение клетки на покровном стекле похоже на наблюдение за львом в зоопарке - вы точно не видите их естественное поведение», - говорит Бетциг Ланну. «[Использование прицела] похоже на то, как лев преследует антилопу в саванне. Вы, наконец, видите истинную природу клеток.
Изображения, созданные до сих пор, захватывает дух. Как сообщает Брэндон Спектор из LiveScience, исследователи сосредоточились на прозрачных рыбках данио, нематодах и раковых клетках. Их первые трехмерные фильмы включают раковые клетки, движущиеся по кровеносным сосудам, иммунные клетки, глотающие молекулы сахара, и клетки, детально делящиеся.
Еще более захватывающим, чем тонкие изображения, является то, что интенсивность деталей позволяет исследователям «взрывать» ткани, которые они просматривают, чтобы посмотреть на отдельные клетки. «Каждый раз, когда мы проводили эксперимент с этим микроскопом, мы наблюдали что-то новое - и генерировали новые идеи и гипотезы для проверки», - говорит Томас Кирхгаузен, старший следователь из Бостонской детской больницы, в пресс-релизе. «Его можно использовать для изучения практически любой проблемы в биологической системе или организме, о которой я могу думать».
Эта революция в области микроскопии займет некоторое время, чтобы превратиться из лаборатории в другие университеты и больницы. Как сообщает Specktor, первый микроскоп - это «чудовище Франкенштейна», сложенное вместе с осколками других микроскопов и машин. В настоящее время он занимает стол длиной в десять футов и требует для работы специального программного обеспечения.
Но, согласно пресс-релизу, две прицелы второго поколения, которые будут размещены в сотрудничающих лабораториях, займут только место одного стола и будут доступны для исследователей со всего мира, которые подают заявки на их использование. Команда также опубликует планы для инструмента, чтобы другие учреждения могли попытаться создать свои собственные. Возможно, через десять лет Бетциг говорит Specktor, что коммерчески доступная модель меньшего размера будет доступна.
До тех пор, новые изображения должны будут приливать нас. Мы согласны с Бетцигом, который говорит Ланну, что в первый раз, когда он увидел изображения из области, «чертовски круто». Это, конечно, научный жаргон для «действительно аккуратного».
