Μια πρωτοποριακή τεχνική μικροσκοπίας που αναπτύχθηκε από ερευνητές του The University of Osaka υπόσχεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο μελετούμε τη ζωή σε κυτταρικό επίπεδο. Η νέα μέθοδος, που ονομάζεται χρονικά καθορισμένη κρυο-οπτική μικροσκοπία, δίνει τη δυνατότητα να «παγώνουν» ζωντανά κύτταρα μέσα σε κλάσματα του χιλιοστού του δευτερολέπτου, αποκαλύπτοντας με ακρίβεια ασύλληπτες μέχρι τώρα λεπτομέρειες από τα πιο γρήγορα βιολογικά φαινόμενα.
Η πρόκληση στη μελέτη των ζωντανών κυττάρων υπήρξε πάντα η ίδια: πώς μπορεί κανείς να καταγράψει διαδικασίες που εξελίσσονται με τρομερή ταχύτητα, χωρίς να χαθεί η λεπτομέρεια στον θόρυβο των εικόνων. Η οπτική μικροσκοπία προσφέρει υψηλή ανάλυση, αλλά όταν οι επιστήμονες προσπαθούν να παρακολουθήσουν γεγονότα σε πραγματικό χρόνο, συχνά αναγκάζονται να θυσιάσουν είτε την ποιότητα της εικόνας είτε την ακρίβεια του χρόνου. Αυτό το θεμελιώδες «δίλημμα» μεταξύ χρονικής και χωρικής ανάλυσης στερεί από την έρευνα κρίσιμες πληροφορίες.
Η ομάδα της Osaka αποφάσισε να προσεγγίσει το ζήτημα με έναν πρωτοποριακό τρόπο. «Αντί να κυνηγάμε την ταχύτητα, επιλέξαμε να σταματήσουμε τη σκηνή», εξηγεί ο Kosuke Tsuji, ένας από τους κύριους συγγραφείς. Οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν ειδικό θάλαμο ταχείας ψύξης που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της μελέτης ζωντανών κυττάρων με αυτά της κρυοκατάψυξης. Έτσι, κύτταρα που βρίσκονται υπό παρατήρηση στο οπτικό μικροσκόπιο μπορούν να παγώσουν ακαριαία, προσφέροντας μια «φωτογραφία» υψηλής ανάλυσης της δυναμικής τους κατάστασης.
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά παραδείγματα ήταν η παρατήρηση του κύματος ιόντων ασβεστίου σε ζωντανά καρδιακά μυϊκά κύτταρα. Οι επιστήμονες κατόρθωσαν να «παγώσουν» το κύμα την ώρα που εξαπλωνόταν, και στη συνέχεια να το εξετάσουν τρισδιάστατα με τεχνικές υπερ-ανάλυσης που υπό κανονικές συνθήκες δεν μπορούν να παρακολουθήσουν τόσο γρήγορες διεργασίες.
Για τον Katsumasa Fujita, έναν από τους επικεφαλής της μελέτης, η σημασία της έρευνας είναι καθοριστική:
Ξεκινήσαμε με μια τολμηρή αλλαγή οπτικής. Αντί να προσπαθούμε να παρακολουθήσουμε τα κύτταρα σε κίνηση, επιλέξαμε να συλλάβουμε την ακινησία τους σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές. Πιστεύουμε ότι αυτή η τεχνική θα αποτελέσει θεμέλιο εργαλείο στη βιολογία και την ιατρική, ανοίγοντας δρόμους για νέες ανακαλύψεις.
Ο Masahito Yamanaka, επίσης μέλος της ερευνητικής ομάδας, συμπληρώνει:
Με το στιγμιαίο πάγωμα διατηρούμε όχι μόνο τη χωρική αλλά και τη χρονική ταυτότητα των κυττάρων. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα να πραγματοποιήσουμε ακριβείς ποσοτικές μετρήσεις με ποικιλία οπτικών τεχνικών.
Πράγματι, οι ερευνητές έδειξαν ότι η νέα μέθοδος βελτιώνει θεαματικά την ακρίβεια των μετρήσεων. Χρησιμοποιώντας φθορίζοντες δείκτες για το ασβέστιο, μπόρεσαν να επεκτείνουν τον χρόνο έκθεσης της εικόνας έως και 1000 φορές σε σχέση με τις δυνατότητες της συμβατικής απεικόνισης ζωντανών κυττάρων. Αυτό μείωσε τον θόρυβο και αύξησε σημαντικά την αξιοπιστία των δεδομένων.
Η ομάδα κατάφερε επίσης να ελέγξει με πρωτοφανή ακρίβεια τη χρονική στιγμή της ψύξης. Με ένα ηλεκτρικά ελεγχόμενο σύστημα έγχυσης κρυογόνου, σε συνδυασμό με διέγερση με υπεριώδες φως, οι επιστήμονες μπόρεσαν να σταματήσουν τα κύματα ασβεστίου με ακρίβεια 10 χιλιοστών του δευτερολέπτου από την έναρξή τους. Έτσι, μπόρεσαν να «αιχμαλωτίσουν» βιολογικές διεργασίες που συμβαίνουν σχεδόν ακαριαία.
Ένα ακόμη μεγάλο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι επιτρέπει τον συνδυασμό διαφορετικών τεχνικών απεικόνισης, κάτι που μέχρι τώρα ήταν ιδιαίτερα δύσκολο να επιτευχθεί στον ίδιο χρόνο. Με το σχεδόν στιγμιαίο πάγωμα, δείγματα μπορούν να παρατηρηθούν διαδοχικά με διάφορες τεχνολογίες χωρίς τον φόβο χρονικής αναντιστοιχίας. Στη μελέτη, οι ερευνητές εφάρμοσαν τόσο μικροσκοπία Raman όσο και υπερ-ανάλυση φθορισμού στο ίδιο δείγμα, αποκαλύπτοντας πλούσιες πληροφορίες από πολλές διαφορετικές οπτικές γωνίες την ίδια ακριβώς στιγμή.
Η καινοτομία αυτή ανοίγει νέες προοπτικές για την παρατήρηση ταχύτατων και παροδικών κυτταρικών γεγονότων. Από τα ηλεκτρικά σήματα της καρδιάς μέχρι την επικοινωνία νευρικών κυττάρων, η δυνατότητα να «σταματήσει» κανείς τον χρόνο υπόσχεται μια βαθύτερη κατανόηση των μηχανισμών της ζωής.
[via]
