Sinds het begin meer dan 400 jaar geleden, heeft microscopie sprongen gemaakt en zelfs grenzen gesteld aan individuele atomen. Nu, zoals Nick Lunn rapporteert voor National Geographic, zet een nieuw type microscopie het veld opnieuw een grote stap voorwaarts, waarbij ze hoge resolutie 3D-beelden van levende cellen vastlegt terwijl ze bewegen en werken binnen organismen.
De meeste microscopen zijn te langzaam om cellulaire bewegingen in 3D vast te leggen, volgens een persbericht van het Howard Hughes Medical Institute, dat aan de nieuwe machine heeft meegewerkt. En hoewel onderzoekers levende cellen in beeld hebben gebracht, is het moeilijk om beelden met een hoge resolutie van groepen cellen te krijgen. Krachtige moderne microscopie baadt cellen ook in krachtig licht, soms duizenden of miljoenen keren intenser dan de zon, wat hun gedrag kan veranderen of zelfs de zeer kleine onderwerpen kan beschadigen.
"Dit roept de zeurende twijfel op dat we geen cellen zien in hun oorspronkelijke staat, gelukkig genesteld in het organisme waarin ze zijn geëvolueerd", zegt Eric Betzig, winnaar chemie Nobelprijs en projectteamleider bij Howard Hughes. "Er wordt vaak gezegd dat zien geloven is, maar als het gaat om celbiologie, denk ik dat de meest geschikte vraag is: 'Wanneer kunnen we geloven wat we zien?'"
Een bijzonder probleem bij het turen aan de binnenkant van levende organismen is dat het oppervlak van het onderwerp de neiging heeft licht te verstrooien en het beeld te vervormen. En hoe dieper je kijkt, hoe groter het probleem. Om het probleem op te lossen, maakt de nieuwe scope gebruik van een techniek van astrofysica die adaptieve optica wordt genoemd. Net als op de grond gebaseerde new-age telescopen die in staat zijn om beeldvervorming veroorzaakt door de atmosfeer van de aarde te corrigeren, kan de scope corrigeren voor de vervormingen veroorzaakt door verstrooiing van het oppervlak.
"Als je kunt meten hoe het licht kromtrekt, kun je de vorm van de spiegel veranderen om een gelijke en tegengestelde vervorming te creëren die vervolgens die afwijkingen opheft", vertelt Betzig aan Lunn.
Een andere geavanceerde techniek die helpt om deze nieuwe scope te laten werken, wordt rooster-lichtplaatmicroscopie genoemd, een techniek die Betzig eerder dit decennium pionierde. In plaats van een monster te baden in schadelijke stralen met een hoge intensiteit, veegt de microscoop een ultradun vel licht over het monster, waardoor veel hoge resolutie 2D-beelden worden gegenereerd. Die worden vervolgens gestapeld om 3D-beelden te maken zonder het monster te bleken of te beschadigen. Het resultaat van de twee technieken is een duidelijk 3D-beeld van cellen die zich natuurlijk gedragen. Een gedetailleerde beschrijving van de techniek verschijnt in het tijdschrift Science .
"Het bestuderen van de cel op een dekglaasje is als kijken naar een leeuw in de dierentuin - je ziet niet bepaald hun eigen gedrag, " vertelt Betzig aan Lunn. “[Gebruik van de scope] is als het kijken naar de leeuw die een antilope achtervolgt op de savanne. Je ziet eindelijk de ware aard van cellen. '
De tot nu toe gemaakte beelden zijn adembenemend. Zoals Brandon Specktor op LiveScience meldt, concentreerden de onderzoekers zich op transparante zebravissen, nematoden en kankercellen. Hun eerste 3D-films bevatten kankercellen die door bloedvaten bewegen, immuuncellen die suikermoleculen doorslikken en cellen die zich in detail delen.
Nog spannender dan de fijne beelden is dat de intensiteit van detail onderzoekers in staat stelt de weefsels die ze bekijken te "exploderen" om naar individuele cellen te kijken. "Elke keer dat we een experiment met deze microscoop hebben gedaan, hebben we iets nieuws waargenomen - en nieuwe ideeën en hypothesen gegenereerd om te testen, " zegt Tomas Kirchhausen, een senior onderzoeker bij het Boston Children's Hospital in een persbericht. "Het kan worden gebruikt om bijna elk probleem in een biologisch systeem of organisme dat ik kan bedenken te bestuderen."
Het zal een tijdje duren voordat deze microscopische revolutie het laboratorium verlaat en naar andere universiteiten en ziekenhuizen gaat. Zoals Specktor meldt, is de eerste microscoop een "monster van Frankenstein", geplaveid met stukjes en beetjes van andere microscopen en machines. Het bezet momenteel een drie meter lange tafel en vereist aangepaste software om te werken.
Maar volgens het persbericht, zullen twee scopes van de tweede generatie, die worden ondergebracht in samenwerkende laboratoria, slechts de ruimte van één bureau in beslag nemen en beschikbaar zijn voor onderzoekers van over de hele wereld die een aanvraag indienen om ze te gebruiken. Het team zal ook de plannen voor het instrument publiceren, zodat andere instellingen kunnen proberen hun eigen te bouwen. Misschien zegt Betzig over tien jaar dat een kleiner, betaalbaar model in de handel verkrijgbaar zal zijn.
Tot die tijd zullen de nieuwe beelden ons moeten overbruggen. We zijn het eens met Betzig, die Lunn vertelt dat de eerste keer dat hij beelden van de scope zag "geweldig was." Dit is natuurlijk wetenschappelijk jargon voor "echt netjes".
