מיקרוסקופיה אופטית היא טכניקת מפתח להבנת תהליכים ביולוגיים דינאמיים בתאים, אך התבוננות בדינמיקה הסלולרית המהירה הללו במדויק, ברזולוציה מרחבית גבוהה הייתה מזמן משימה אימתנית.
עכשיו, במאמר שפורסם ב אור: מדע ויישומיםחוקרים מאוניברסיטת אוסאקה, יחד עם מוסדות שיתופי פעולה, חשפו טכניקת מיקרוסקופיה קריו-אופטית שלוקחת תמונת מצב מדויקת ברזולוציה גבוהה, בנקודת זמן שנבחרה במדויק בפעילות סלולרית דינאמית.
לכידת אירועים סלולריים דינאמיים מהירים עם פרטים מרחביים וכימות הייתה אתגר מרכזי בגלל סחר מהותי בין רזולוציה זמנית ל"תקציב הפוטון ", כלומר כמה אור ניתן לאסוף עבור הדימוי. עם פוטונים מוגבלים ורק תמונות עמומות ורועשות, תכונות חשובות הן במרחב והן בזמן הולכות לאיבוד ברעש.
במקום לרדוף אחר מהירות בהדמיה, החלטנו להקפיא את כל הסצינה. פיתחנו תא מיוחד להקפאת מדגם כדי לשלב את היתרונות של מיקרוסקופיה של תאי חי וקריאו. על ידי הקפאת תאים חיים במהירות תחת המיקרוסקופ האופטי, נוכל לצפות בתמונת מצב קפואה של הדינמיקה הסלולרית ברזולוציות גבוהות. "
קוסוקה צוג'י, אחד המחברים המובילים
לדוגמה, הצוות הקפיא את התפשטות גל יון סידן בתאי שריר לב חיים. לאחר מכן נצפה הגל הקפוא המפורט באופן מסובך בשלושה ממדים בטכניקת רזולוציה סופר שאיננה יכולה להתבונן בדרך כלל בדינמיקה סלולרית מהירה בגלל מהירות הרכישה האיטית שלה.
"מחקר זה החל בשינוי נועז בפרספקטיבה: לעצור תהליכים סלולריים דינאמיים במהלך הדמיה אופטית ולא להיאבק לעקוב אחריהם בתנועה. אנו מאמינים שזה ישמש טכניקה יסודית עוצמתית, ומציע תובנות חדשות על פני מדעי חיים ומחקר רפואי", אומר הסופר הבכיר קאטסומה פוג'יטה. אחד מחברי המובילים, מסחיטו יאמאנאקה, מוסיף "הטכניקה שלנו שומרת על תכונות מרחביות וזמניות של תאים חיים עם הקפאה מיידית, מה שמאפשר לצפות במצבים שלהם בפירוט. בעוד התאים מונעים, אנו יכולים לנצל את ההזדמנות לבצע מדידות כמותיות מדויקות ביותר עם מגוון כלים מיקרוסקופיים אופטיים."
החוקרים הדגימו גם כיצד טכניקה זו משפרת את דיוק הכימות. על ידי הקפאת תאים המסומנים עם בדיקת סידן פלואורסצנטית, הם הצליחו להשתמש בזמני חשיפה פי 1000 יותר מאשר מעשיים בהדמיית תאים חיים, מה שהגדיל באופן משמעותי את דיוק המדידה.
כדי לתפוס אירועים ביולוגיים חולפים ברגעים מוגדרים במדויק, החוקר שילב מערכת הזרקת קריוגן מופעלת חשמלית. עם גירוי אור UV כדי לגרום לגלי יון סידן, מערכת זו אפשרה הקפאה של גלי יון הסידן בנקודת זמן מסוימת לאחר התחלת האירוע, עם דיוק של 10 מילישניות. זה איפשר לצוות לעצור תהליכים ביולוגיים חולפים עם דיוק זמני חסר תקדים.
לבסוף, הצוות כיוון את תשומת ליבו לשילוב טכניקות הדמיה שונות, שלעתים קרובות קשה ליישר אותו בזמן. על ידי הקפאת דגימות כמעט-אינסנטנטיות, כעת ניתן ליישם את מצבי ההדמיה המרובים ברצף מבלי לדאוג לאי התאמה זמנית. במחקר שלהם, הצוות שילב מיקרוסקופיית ראמאן ספונטנית ומיקרוסקופיית פלואורסצנציה של רזולוציה סופר על אותם תאים עם קריאה. זה איפשר להם להציג מידע סלולרי מורכב ממספר נקודות מבט באותה נקודת זמן בדיוק.
חידוש זה פותח דרכים חדשות להתבוננות באירועים סלולריים מהירים וחולפים, ומספק לחוקרים כלי רב עוצמה לחקור את המנגנונים העומדים בבסיס תהליכים ביולוגיים דינמיים.
