211service.com
Cellen, levend en in 3-D
MIT-onderzoekers hebben een microscoop ontworpen voor het genereren van driedimensionale films van levende cellen. Met de microscoop, die werkt als een cellulaire CT-scanner, kunnen wetenschappers met meer detail in realtime kijken hoe cellen zich gedragen. Dit nieuwe apparaat overwint een afweging tussen resolutie en live-actie die het vermogen van onderzoekers om cellen te onderzoeken heeft belemmerd en zou kunnen leiden tot nieuwe methoden voor het screenen van medicijnen.
Een kijkje binnen: Deze afbeelding van een levende, één millimeter lange worm, genomen met een nieuwe 3D-microscoop, toont duidelijk interne structuren, waaronder het spijsverteringsstelsel. De mond van de worm is aan de bovenkant en de dikke rode band is de keelholte van de worm.
Cellen kunnen niet onder een traditionele microscoop worden onderzocht omdat ze niet veel zichtbaar licht absorberen. Dus de MIT-microscoop vertrouwt op een andere optische eigenschap van cellen: hoe ze licht breken. Als licht door een cel gaat, verschuiven de richting en golflengte ervan. Verschillende delen van de cel breken licht op verschillende manieren, dus de MIT-microscoop kan de delen in al hun details laten zien.
Michael Field , een professor in de natuurkunde aan het MIT die de ontwikkeling van de nieuwe microscoop leidde, zegt dat andere methoden voor het maken van driedimensionale afbeeldingen van cellen onderzoekers alleen in staat stellen om gecontroleerde artefacten te bekijken. Om met een conventionele microscoop te kunnen worden bekeken, moeten cellen worden behandeld met fixeermiddelen en vlekken en zijn ze dood; wat op deze afbeeldingen te zien is, is niet echt hoe een cel eruitziet, zegt hij. Met onze techniek kun je cellen in hun oorspronkelijke staat bestuderen zonder enige voorbereiding. Het kan bijvoorbeeld chromosomen vangen die tijdens de celdeling opspoelen of een baarmoederhalskankercel die verschrompelt bij behandeling met azijnzuur.
De microscoop maakt driedimensionale afbeeldingen door veel foto's van een cel te combineren die vanuit verschillende hoeken zijn genomen. Het duurt momenteel slechts een tiende van een seconde om elk driedimensionaal beeld te genereren, snel genoeg om cellen in realtime te zien reageren. Deze verwerkingstechniek, tomografie genaamd, wordt ook gebruikt voor medische beeldvorming in CT-scans, die röntgenfoto's uit veel verschillende hoeken combineren om driedimensionale beelden van het lichaam te creëren.
multimedia
Bekijk een driedimensionale weergave van een levende kankercel.
Maar de MIT-microscoop werkt op een veel kleinere schaal dan medische beeldvormingsapparatuur. De onderzoekers hebben afbeeldingen gemaakt van afzonderlijke cellen, waaronder baarmoederhalskankercellen, en van zeer kleine wormen, genaamd C. elegans . Elke worm is slechts een millimeter lang en bestaat uit slechts ongeveer duizend cellen. Feld zegt dat de microscoop momenteel niets veel groters dan dit kan afbeelden, omdat dikkere weefsels met een groot aantal cellen licht verstrooien, waardoor een mistig beeld ontstaat. Toekomstige versies van de microscoop zouden deze beperking kunnen overwinnen door licht uit te zenden en te detecteren vanaf een enkele locatie; de huidige microscoop schijnt licht aan de ene kant van het monster en verzamelt het aan de andere kant.
Met de microscoop van Feld kun je cellen in hun natuurlijke omgeving vastleggen en zien hoe ze reageren op veranderingen, zegt Maryann Fitzmaurice , universitair hoofddocent pathologie aan de Case Western Reserve University. Anders krijg je gewoon een momentopname van een cel. Fitzmaurice zegt dat omdat de techniek zo nieuw is, het niet duidelijk is wat onderzoekers over cellen zullen leren door naar brekingsbeelden te kijken. Het is een heel basale techniek, met veel mogelijke toepassingen, zegt ze. Een mogelijke toepassing kan liggen in screeningstests voor geneesmiddelen in levende cellen. Onderzoekers konden cellen doseren met een potentiële therapeutische verbinding en de microscoop gebruiken om hun reactie te bekijken.
Feld en medewerkers van de Harvard Medical School hebben hun microscoop al gebruikt om de werking van een medische test te belichten. Tijdens bekkenonderzoeken voeren artsen soms een visuele test uit voor baarmoederhalskanker door azijnzuur op de baarmoederhals aan te brengen, waardoor precancereuze weefsels wit worden. Fitzmaurice zegt dat artsen weten dat dit werkt, maar niet waarom. Met behulp van de MIT-microscoop konden onderzoekers de veranderingen in verschillende delen van de cel duidelijk zien, wat erg waardevol is om deze test te begrijpen, zegt Fitzmaurice.