Siden starten for over 400 år siden, har mikroskopi gjort sprang og grenser - til og med nullet inn individuelle atomer. Som Nick Lunn rapporterer for National Geographic, tar en ny type mikroskopi feltet enda et stort skritt foran, og tar høyoppløselige 3D-bilder av levende celler når de beveger seg og opererer i organismer.
De fleste mikroskop er for trege til å fange opp mobilbevegelser i 3-D, ifølge en pressemelding fra Howard Hughes Medical Institute, som samarbeidet om den nye maskinen. Og selv om forskere har avbildet levende celler, er det vanskelig å få bilder med høy oppløsning av grupper av celler. Høydrevet moderne mikroskopi bader også celler i kraftig lys, noen ganger tusenvis eller millioner ganger mer intens enn solen, noe som kan endre oppførsel eller til og med skade de små motivene.
"Dette vekker den irriterende tvilen om at vi ikke ser celler i deres hjemland, heldigvis innelukket i organismen de utviklet seg i, " sier Eric Betzig, kjemi nobelprisvinner og prosjektleder for Howard Hughes. "Det blir ofte sagt at å se er å tro, men når det kommer til cellebiologi, tror jeg at det mer passende spørsmålet er: 'Når kan vi tro det vi ser?'"
Et spesielt problem med kikking på innersiden av levende organismer er at overflaten til motivet har en tendens til å spre lys og forvrenge bildet. Og jo dypere du ser, jo verre er problemet. For å løse problemet bruker det nye omfanget en teknikk fra astrofysikk kalt adaptiv optikk. I likhet med bakkebaserte teleskoper i ny alder som er i stand til å korrigere for bildevridning forårsaket av jordas atmosfære, kan omfanget korrigere for forvrengninger forårsaket av overflatespredning.
"Hvis du kan måle hvordan lyset er skjevt, kan du endre speilets form for å skape en lik og motsatt forvrengning som deretter avbryter disse avvikene, " forteller Betzig til Lunn.
En annen banebrytende teknikk som hjelper til med å få dette nye omfanget til å fungere, kalles gitter-lysarkmikroskopi, en teknikk Betzig var pioner tidligere i dette tiåret. I stedet for å bade en prøve i ødeleggende stråler med høy intensitet, mikser mikroskopet et ultratynt lysark over prøven, og genererer mange 2-D-bilder med høy oppløsning. Disse blir deretter stablet for å lage 3D-bilder uten å bleke eller skade prøven. Resultatet av de to teknikkene er et tydelig 3D-bilde av celler som oppfører seg naturlig. En detaljert beskrivelse av teknikken vises i tidsskriftet Science .
"Å studere cellen på et dekkglass er som å se på en løve i dyrehagen - du ser ikke akkurat deres oppførsel, " forteller Betzig til Lunn. “[Å bruke omfanget] er som å se løven jage en antilope på savannen. Du ser endelig den sanne naturen til celler. ”
Bildene som er skapt så langt er betagende. Som Brandon Specktor på LiveScience rapporterer, fokuserte forskerne på gjennomsiktige sebrafisk, nematoder og kreftceller. Deres første 3D-filmer inkluderer kreftceller som beveger seg gjennom blodkar, immunceller som svelger sukkermolekyler og celler som deler i detalj.
Enda mer spennende enn de fine bildene er at intensiteten av detaljer gjør det mulig for forskere å "eksplodere" vevet de ser for å se på individuelle celler. "Hver gang vi har gjort et eksperiment med dette mikroskopet, har vi observert noe nytt - og generert nye ideer og hypoteser for å teste, " sier Tomas Kirchhausen, senioretterforsker ved Boston Children's Hospital i en pressemelding. "Det kan brukes til å studere nesten alle problemer i et biologisk system eller organisme jeg kan tenke på."
Det vil ta en stund før denne mikroskopirevolusjonen å komme seg ut av laboratoriet og til andre universiteter og sykehus. Som Specktor rapporterer, er det første mikroskopet et "Frankensteins monster" brosteinsbelagt sammen med biter og biter fra andre mikroskop og maskiner. Den har for tiden et ti fot langt bord og krever tilpasset programvare for å betjene.
Men ifølge pressemeldingen vil to andre generasjons omfang, som vil bli innlosjert på samarbeidslaboratorier, bare ta plassen til ett skrivebord, og vil være tilgjengelig for forskere fra hele verden som søker om å bruke dem. Teamet vil også legge ut planene for instrumentet slik at andre institusjoner kan prøve å bygge sine egne. Kanskje om ti år, forteller Betzig til Specktor, vil en mindre rimelig modell være kommersielt tilgjengelig.
Inntil da vil de nye bildene måtte tidevende oss. Vi er enige med Betzig som forteller Lunn at den første gangen han så bilder fra omfanget "var kjempebra." Dette er selvfølgelig vitenskapelig sjargong for "virkelig pent."
