Enestående 3D-billeder af levende celler plus detaljer om molekyler indeni

Indersiden af ​​levende celler kan ses i deres naturlige tilstand mere detaljeret end nogensinde før ved hjælp af en ny teknik udviklet af forskere i Japan. Dette fremskridt skal hjælpe med at afsløre de komplekse og skrøbelige biologiske interaktioner mellem medicinske mysterier, gerne hvordan stamceller udvikler sig eller hvordan man leverer lægemidler mere effektivt.

"Vores system er baseret på et enkelt koncept, hvilket er en af ​​dens fordele, "sagde lektor Takuro Ideguchi fra University of Tokyo Research Institute for Photon Science and Technology. Resultaterne af Ideguchis team blev for nylig offentliggjort i Optica , det Optiske Selskabs forskningstidsskrift.

Den nye metode har også fordelene ved at bruge levende celler uden at beskadige dem via intens lys, eller kunstigt vedhæfte fluorescerende mærker til specifikke molekyler.

Teknikken kombinerer to eksisterende mikroskopi-værktøjer og bruger dem samtidigt. Kombinationen af ​​disse værktøjer kan blot betragtes som en malebog.

"Vi samler den sort-hvide omrids af cellen, og vi indfarver praktisk talt detaljerne om, hvor forskellige typer molekyler er placeret, "sagde Ideguchi.

Kvantitativ fasemikroskopi indsamler oplysninger om cellens sort-hvide omrids ved hjælp af lyspulser og måling af forskydningen i lysbølgerne, efter at de har passeret gennem en prøve. Disse oplysninger bruges til at rekonstruere et 3D-billede af de store strukturer inde i cellen.

Molekylær vibrationsbilleddannelse giver den virtuelle farve ved hjælp af pulser af midinfrarødt lys for at tilføre energi til bestemte molekyltyper. Den ekstra energi får molekylerne til at vibrere, som varmer deres lokale omgivelser op. Forskere kan vælge at hæve temperaturen på bestemte typer kemiske bindinger ved at bruge forskellige bølgelængder af midinfrarødt lys.

Forskere tager et kvantitativt fasemikroskopibillede af cellen med midinfrarødt lys slukket og et billede med det tændt. Forskellen mellem disse to billeder afslører så både omridset af større strukturer inde i cellen og de nøjagtige placeringer af typen af ​​molekyle, der blev målrettet af det infrarøde lys.

Forskere omtaler deres nye kombinerede billeddannelsesmetode som biokemisk kvantitativ fasebilleddannelse med midinfrarød fototermisk effekt.

"Vi var imponerede, da vi først observerede den molekylære vibrationssignatur, der er karakteristisk for proteiner, og vi var yderligere begejstrede, da dette proteinspecifikke signal dukkede op på samme sted som nucleolus, en intracellulær struktur, hvor der ville forventes store mængder proteiner, "sagde Ideguchi.

Ideguchis team håber, at deres teknik kan give forskere mulighed for at bestemme fordelingen af ​​grundlæggende typer molekyler inde i enkeltceller. Den kvantitative fasemikroskopi af hovedstrukturer kan praktisk talt farves ved at bruge forskellige lysbølgelængder til specifikt at målrette proteiner, lipider (fedtstoffer) eller nukleinsyrer (DNA, RNA).

I øjeblikket, at tage et komplet billede kan tage 50 sekunder eller længere. Forskere er overbeviste om, at de kan fremskynde processen med enkle forbedringer af deres værktøjer, herunder en kraftigere lyskilde og et mere følsomt kamera.