Hvordan oplyser Stanfords nobelvinder mørke celler og afslører liv og død?

Stanfords nobelpristager Eric Betzig deler sammen med sine kolleger William E. Moerner og Stefan Hell Nobelprisen i kemi for deres udvikling af nye metoder til at visualisere biomolekyler og strukturer, som tidligere ikke kunne ses med traditionel lysmikroskopi. Deres teknikker, kendt som stimulated emission depletion (STED) mikroskopi og fotoaktiveret lokaliseringsmikroskopi (PALM), har revolutioneret mikroskopiområdet og har gjort det muligt for videnskabsmænd at opnå hidtil usete billeder af biologiske strukturer.

Stimulated Emission Depletion (STED) mikroskopi

STED-mikroskopi er en billedbehandlingsteknik med superopløsning, der bruger en kombination af to laserstråler til præcist at kontrollere excitationen og emissionen af ​​fluorescerende molekyler, hvilket muliggør visualisering af strukturer med en opløsning langt ud over diffraktionsgrænsen for konventionel mikroskopi. Den første laserstråle, kaldet excitationsstrålen, bruges til at excitere de fluorescerende molekyler i et specifikt område af prøven. Den anden laserstråle, kaldet udtømningsstrålen, påføres derefter for at deaktivere fluorescensen af ​​de exciterede molekyler i et doughnut-formet område, der omgiver excitationspletten, hvilket effektivt skaber et nanoskala "hul" af ikke-fluorescens. Ved at scanne excitations- og udtømningsstrålerne på tværs af prøven kan et højopløsningsbillede af de fluorescerende molekyler opnås.

Fotoaktiveret lokaliseringsmikroskopi (PALM)

PALM er en anden super-opløsning billeddannelsesteknik, der involverer den præcise lokalisering af individuelle fluorescerende molekyler i en prøve. I PALM er en population af fotoskiftbare fluorescerende molekyler sparsomt mærket til prøven, og derefter aktiveres individuelle molekyler stokastisk og afbildes. Ved at gentage denne proces mange gange og indsamle et stort antal billeder, kan positionerne af individuelle molekyler bestemmes med nanometerpræcision. Dette giver mulighed for rekonstruktion af billeder i høj opløsning af de mærkede molekyler i prøven.

Oplyser mørke celler, afslører liv og død

Betzigs innovative mikroskopiteknikker har gjort en betydelig indflydelse inden for forskellige videnskabsområder, især inden for cellebiologi og neurovidenskab. Ved at muliggøre visualisering af cellulære strukturer på molekylært niveau har STED og PALM mikroskopi givet ny indsigt i livets mekanismer og har hjulpet forskere med at forstå forskellige sygdomme på cellulært niveau.

For eksempel inden for neurovidenskab har STED- og PALM-mikroskopi gjort det muligt for forskere at visualisere den indviklede struktur af neuroner og synapser, hvilket afslører de molekylære mekanismer for neuronal kommunikation og synaptisk plasticitet. Inden for cellebiologi har disse teknikker gjort det muligt for forskere at studere dynamikken i cellulære processer, såsom proteinhandel, membranombygning og celledeling, med hidtil usete detaljer.

Desuden har STED- og PALM-mikroskopi haft en dyb indvirkning på forståelsen af ​​sygdomme på celleniveau. For eksempel er disse teknikker blevet brugt til at studere det molekylære grundlag for neurodegenerative sygdomme, såsom Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom, hvilket giver ny indsigt i sygdomsmekanismerne og potentielle terapeutiske mål. Inden for kræftforskning har STED- og PALM-mikroskopi gjort det muligt for forskere at visualisere de cellulære ændringer forbundet med kræftudvikling, herunder ændringer i cellulær arkitektur, proteinekspression og signalveje.

Ved at belyse mørke celler og afsløre liv og død på et molekylært niveau har Betzigs nobelprisvindende mikroskopiteknikker transformeret området for videnskabelig forskning og har et enormt løfte om at fremme vores forståelse af menneskers sundhed, sygdomsmekanismer og fremtidige terapeutiske interventioner.