Bedre sammen:Sammensmeltet mikroskop giver et hidtil uset kig på biologiske processer

Forskere ved National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) har kombineret to forskellige mikroskopteknologier for at skabe skarpere billeder af hurtigt bevægende processer inde i en celle.

I et papir offentliggjort i dag i Naturens metoder , Hari Shroff, Ph.D., chef for NIBIB's laboratoriesektion om optisk billeddannelse med høj opløsning (HROI), beskriver sine nye forbedringer af traditionel Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) mikroskopi. TIRF -mikroskopi belyser prøven i en skarp vinkel, så lyset reflekteres tilbage, belyser kun en tynd del af prøven, der er ekstremt tæt på dækglasset. Denne proces skaber billeder med meget høj kontrast, fordi den fjerner meget af baggrunden, ude af fokus, lys, som konventionelle mikroskoper opfanger.

Mens TIRF-mikroskopi er blevet brugt i cellebiologi i årtier, det producerer slørede billeder af små funktioner i celler. I fortiden, superopløsningsmikroskopiteknikker anvendt på TIRF-mikroskoper har været i stand til at forbedre opløsningen, men sådanne forsøg har altid kompromitteret hastigheden, gør det umuligt tydeligt at afbilde objekter, der bevæger sig hurtigt. Som resultat, mange cellulære processer forbliver for små eller hurtige til at observere.

Shroff og hans team indså, at hvis de kunne tage en højhastighed, superopløsningsmikroskop og modificere det til at fungere som et TIRF-mikroskop, de kunne opnå fordelene ved begge. Øjeblikkelig struktureret belysningsmikroskopi (iSIM), udviklet af Shroff-laboratoriet i 2013, kan optage video med 100 billeder i sekundet, hvilket er mere end 3 gange hurtigere end de fleste film eller internetvideoer. Imidlertid, iSIM har ikke den kontrast, som TIRF-mikroskoper har. Teamet designede en simpel "maske", der blokerede det meste af belysningen fra iSIM - efterligner et TIRF -mikroskop. Kombinationen af ​​styrkerne ved begge typer mikroskopi gjorde det muligt for forskerne at observere hurtigt bevægende objekter omkring 10 gange hurtigere end andre mikroskoper ved lignende opløsning.

"TIRF -mikroskopi har eksisteret i mere end 30 år, og det er så nyttigt, at det sandsynligvis vil eksistere i mindst de næste 30, " sagde Shroff. "Vores metode forbedrer den rumlige opløsning af TIRF-mikroskopi uden at gå på kompromis med hastigheden - noget som intet andet mikroskop kan gøre. Vi håber, det hjælper os med at afklare højhastighedsbiologi, som ellers kunne være skjult eller sløret af andre mikroskoper, så vi bedre kan forstå, hvordan biologiske processer fungerer."

For eksempel, med det nye mikroskop, Shroff og hans team var i stand til at følge hurtigt bevægende Rab11-partikler nær plasmamembranen af ​​menneskelige celler. Fastgjort til molekylær last, der transporteres rundt i cellen, disse partikler bevæger sig så hurtigt, at de bliver slørede, når de afbildes af andre mikroskoper. De brugte også deres teknik til at afsløre dynamikken og den rumlige fordeling af HR'er, et protein, der har været involveret i at lette væksten af ​​kræftsvulster. Som med alle mikroskoper udviklet af Shroff-teamet, forskere er velkomne til at kontakte laboratoriet for at prøve mikroskopet, eller at erhverve gratis skemaer af teknologien.