Wetenschappers van het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) hebben twee verschillende microscooptechnologieën gecombineerd om scherpere beelden te maken van snel bewegende processen in een cel.

In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuurmethoden , Hari Shroff, doctoraat, hoofd van de laboratoriumafdeling van het NIBIB over High Resolution Optical Imaging (HROI), beschrijft zijn nieuwe verbeteringen aan de traditionele Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) microscopie. TIRF-microscopie verlicht het monster onder een scherpe hoek zodat het licht terugkaatst, het verlichten van slechts een dun deel van het monster dat zich extreem dicht bij het dekglaasje bevindt. Dit proces zorgt voor afbeeldingen met een zeer hoog contrast omdat het een groot deel van de achtergrond elimineert, onscherp, licht dat conventionele microscopen opvangen.

Hoewel TIRF-microscopie al tientallen jaren wordt gebruikt in de celbiologie, het produceert wazige beelden van kleine functies in cellen. Vroeger, superresolutiemicroscopietechnieken toegepast op TIRF-microscopen hebben de resolutie kunnen verbeteren, maar dergelijke pogingen hebben altijd de snelheid aangetast, waardoor het onmogelijk is om snel bewegende objecten duidelijk in beeld te brengen. Als resultaat, veel cellulaire processen blijven te klein of te snel om waar te nemen.

Shroff en zijn team realiseerden zich dat als ze een hoge snelheid konden nemen, superresolutiemicroscoop en wijzig deze om te werken als een TIRF-microscoop, ze konden de voordelen van beide krijgen. Instant gestructureerde verlichtingsmicroscopie (iSIM), ontwikkeld door het Shroff-lab in 2013, kan video opnemen met 100 frames per seconde, wat meer dan 3 keer sneller is dan de meeste films of internetvideo's. Echter, iSIM heeft niet het contrast dat TIRF-microscopen hebben. Het team ontwierp een eenvoudig "masker" dat het grootste deel van de verlichting van de iSIM blokkeerde - een TIRF-microscoop nabootsend. Door de sterke punten van beide soorten microscopie te combineren, konden de onderzoekers snel bewegende objecten ongeveer 10 keer sneller observeren dan andere microscopen met een vergelijkbare resolutie.

"TIRF-microscopie bestaat al meer dan 30 jaar en het is zo nuttig dat het waarschijnlijk de komende 30 jaar zal bestaan, " zei Shroff. "Onze methode verbetert de ruimtelijke resolutie van TIRF-microscopie zonder afbreuk te doen aan de snelheid - iets dat geen enkele andere microscoop kan doen. We hopen dat het ons helpt om snelle biologie te verduidelijken die anders door andere microscopen zou worden verborgen of vertroebeld, zodat we beter kunnen begrijpen hoe biologische processen werken."

Bijvoorbeeld, met de nieuwe microscoop, Shroff en zijn team waren in staat om snel bewegende Rab11-deeltjes nabij het plasmamembraan van menselijke cellen te volgen. Gehecht aan moleculaire lading die door de cel wordt vervoerd, deze deeltjes bewegen zo snel dat ze wazig worden wanneer ze door andere microscopen worden afgebeeld. Ze gebruikten hun techniek ook om de dynamiek en ruimtelijke verdeling van HRas te onthullen, een eiwit dat betrokken is bij het vergemakkelijken van de groei van kankertumoren. Zoals met alle microscopen die door het Shroff-team zijn ontwikkeld, onderzoekers zijn welkom om contact op te nemen met het lab om de microscoop uit te proberen, of om gratis schema's van de technologie te verkrijgen.