211service.com
Dzīvu šūnu izpēte ar nanomēroga izšķirtspēju
Īpaši augstas izšķirtspējas 3-D gaismas mikroskops, kas izstrādāts Maksa Planka Biofizikālās ķīmijas institūtā, ļaus biologiem vērot vissīkāko organellu un pat atsevišķu proteīnu kopu darbību dzīvās šūnās. Jaunā tehnoloģija, kuras izšķirtspēja ir 40 nanometri, pārvar dažus galvenos esošo mikroskopijas metožu ierobežojumus, un tai varētu būt svarīgi pielietojumi, lai precīzi sadalītu, kā zāles ietekmē šūnas.
Mobilais spēkstacija: Šie šūnu organelles, ko sauc par mitohondrijiem, attēli tika uzņemti ar augstākās izšķirtspējas 3-D gaismas mikroskopu, kas līdz šim ir izstrādāts. Pētnieki Max Planck institūtā Vācijā ir izmantojuši mikroskopu, lai attēlotu atsevišķas, fluorescējoši iezīmētas olbaltumvielu kopas dzīvo šūnu mitohondrijās (zemāk) un apvienotu tās, veidojot 3-D attēlus (augšpusē).
[Tas ir] tour de force — liels sasniegums, saka Džons Sadats , bioķīmijas un biofizikas profesors Kalifornijas Universitātē Sanfrancisko. Izmantojot Max Planck mikroskopu un citus, kas veicina nanomēroga izšķirtspēju, biologi varēs vērot, kā dzīvās šūnas darbojas nepieredzētā detalizācijas līmenī. Tā būs revolūcija bioloģijā, saka Sedats, kurš nebija iesaistīts pētījumā.
Pēdējo desmitgažu laikā biologi ir guvuši lielus panākumus, izprotot šūnu molekulāro uzbūvi, taču tas, kā šīs daļas apvieno funkcionējošās šūnas un audus, joprojām ir noslēpums. Izmantojot gaismas mikroskopus, biologi var vērot dzīvās šūnas ar salīdzinoši zemu izšķirtspēju; izmantojot elektronu mikroskopiju, viņi var rūpīgi atdalīt mirušās šūnas.
Jaunais mikroskops ļauj optiski sadalīt dzīvās šūnas, saka Stefans elle , Planka institūta nanobiofotonikas nodaļas vadītājs Getingenā, Vācijā, kurš vadīja instrumenta izstrādi.
Pētnieki izmantoja jauno mikroskopu, lai izveidotu pirmos īpaši augstas izšķirtspējas gaismas attēlus no sīkām šūnu organellām, ko sauc par mitohondrijiem, kas ir ļoti svarīgi šūnu metabolismam un spēlē lomu novecošanās procesā. Viens no iespējamiem pielietojumiem ir vizualizēt, kā noteiktas vēža zāles ietekmē mitohondrijus, kuru iekšējā darbība ir bijusi neredzama 3-D gaismas mikroskopijā. Tas ir bijis grūti, jo jūs nevarējāt skat saka, ka molekulas saistās viena ar otru, tāpēc nav iespējams precīzi nosaukt šo zāļu iedarbības cēloni. Maryann Fitzmaurice , patologs Case Western Reserve universitātē Klīvlendā.
Trīsdimensiju gaismas mikroskopi darbojas, skenējot fokusētu gaismas punktu caur šūnām trīs plaknēs. Šī plankuma izmērs ierobežo mikroskopa izšķirtspēju - nav redzams nekas mazāks par plankuma izmēru. Sakarā ar gaismas pamatīpašību, ko sauc par difrakcijas robežu, gaismas fokusēšana līdz izmēram, kas ir mazāka par pusi no tās viļņa garuma, nav iespējama, izmantojot parastās lēcas. Daudzas šūnas daļas ir mazākas par pusi no šīm metodēm izmantotās gaismas viļņa garuma. Citi pētnieki ir pārvarējuši difrakcijas robežu divās dimensijās vai ar metodēm, kas darbojas tikai ar noteiktu gaismas viļņa garumu.
Max Planck grupa izstrādāja veidu, kā apiet gaismas pamatierobežojumus, izmantojot divus starus viena vietā. Pirmajam gaismas staram ir tāda pati loma — un tam ir tāds pats vietas izmērs — kā gaismai parastajā mikroskopā. Tas pārvietojas pa pētāmo šūnu, aizraujoši fluorescējoši iezīmētas molekulas šūnas iekšienē, lai fluorescētu. Otrais stars veido pirmo, saka Hells, kavējot fluorescenci, ko rada pirmā stara malas. Tas samazina efektīvo plankuma izmēru līdz 40 līdz 45 nanometriem diametrā.
Fitzmaurice saka, ka molekulārās izšķirtspējas mikroskopija uzlabos pacientu aprūpi. Viņa saka, ka galvenā uzmanība tika pievērsta slimību molekulārajiem defektiem, taču, lai tos patiesi saprastu, jums tie ir jāredz šūnā. Viņa uzskata, ka arī nanomēroga izšķirtspējas mikroskopijai būs svarīga loma personalizētās medicīnas attīstībā. Piemēram, zinātnieki ir identificējuši specifiskus biomarķierus, kas palīdz prognozēt vēža pacienta prognozi, taču ne visi pacienti ar noteiktu biomarķieri reaģē līdzīgi uz tām pašām ārstēšanas metodēm. Izmantojot Elles jauno mikroskopu un citus nākamos, biologi var veikt pamatpētījumus, kas nepieciešami, lai saprastu, kā olbaltumvielas un citas molekulas mijiedarbojas, un galu galā noteikt precīzākus slimības prognozētājus.
Un nākotnē mikroskopus ar nanomēroga izšķirtspēju varētu izmantot slimnīcu laboratorijās, lai veiktu patiesi personalizētu medicīnu. Sedats saka, ka nākamais nanomēroga izšķirtspējas mikroskopijas līmenis ir izstrādāt to ne tikai atsevišķu šūnu, bet arī audu, piemēram, ķirurģisko biopsiju, attēlveidošanai. Es uzskatu, ka mēs esam uz kraujas dažiem svarīgiem jauniem gaismas mikroskopijas virzieniem, viņš saka.