Ze kunnen kleine celstructuren zichtbaar maken:geavanceerde lichtmicroscopen bieden resoluties van enkele tienden nanometers, met andere woorden, een miljoenste van een millimeter. Tot nu, superresolutiemicroscopen waren veel langzamer dan conventionele methoden, omdat er meer of fijnere beeldgegevens moesten worden vastgelegd. Samen met partners uit Jena, onderzoekers van de universiteit "Bielefeld" hebben het SR-SIM-proces met superresolutie nu verder ontwikkeld. De academici laten zien dat SR-SIM ook in realtime en met een zeer hoge beeldsnelheid mogelijk is - en dus geschikt voor het observeren van bewegingen van zeer kleine celdeeltjes, bijvoorbeeld. Hun bevindingen zijn vandaag (20 september) gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Dit maakt dit type microscopie echt nuttig voor toepassingen in de biologie of de geneeskunde. Het probleem tot nu toe is dat microscopen met een voldoende hoge resolutie informatie niet met de bijbehorende snelheid kunnen weergeven, " zegt professor dr. Thomas Huser, die aan het hoofd staat van de werkgroep Biomoleculaire fysica van de universiteit van Bielefeld. Het SR-SIM-project wordt gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) en de Europese Unie via Marie Skłodowska-Curie-acties.

SR-SIM staat voor "super-resolution gestructureerde verlichtingsmicroscopie" en is een fluorescentiemicroscopieprocedure. Objecten worden bestraald met laserlicht. Dit licht prikkelt speciale fluorescerende moleculen in het monster zodat ze licht met een andere golflengte opnieuw uitstralen. De microscopische opname toont dan het opnieuw uitgestraalde licht. "In tegenstelling tot andere conventionele fluorescentiemicroscopiemethoden, SR-SIM verlicht de preparaten niet gelijkmatig, maar met een boete rasterachtig patroon. Deze speciale technologie maakt een veel hogere resolutie mogelijk, ", zegt Husser.

De procedure bestaat uit twee stappen:het licht dat door het preparaat opnieuw wordt uitgestraald, wordt eerst vastgelegd in verschillende afzonderlijke beelden. Het voltooide beeld wordt vervolgens op een computer gereconstrueerd uit deze onbewerkte gegevens. "De tweede stap, vooral, heeft tot nu toe veel tijd gekost, " zegt Andreas Markwirth, ook lid van de Biomoleculaire Fysica-werkgroep van de Universiteit van Bielefeld en hoofdauteur van de studie. De Bielefeld-onderzoekers werkten daarom samen met professor Dr. Rainer Heintzmann van het Leibniz Institute for Photonic Technologies en de Friedrich Schiller University in Jena om het proces te versnellen. De microscoop is nu ontworpen om de ruwe data sneller te genereren. In aanvulling, beeldreconstructie kost aanzienlijk minder tijd dankzij het gebruik van parallelle computerverwerking op moderne grafische kaarten.

Voor hun studie de onderzoekers testten de nieuwe methode op biologische cellen en registreerden de bewegingen van mitochondriën, celorganellen van ongeveer een micrometer groot. "We hebben ongeveer 60 frames per seconde kunnen produceren - een hogere framesnelheid dan bioscoopfilms. De tijd tussen meting en beeld is minder dan 250 milliseconden, zodat de technologie real-time opname mogelijk maakt, ' zegt Markwirth.

Tot nu toe, superresolutiemethoden zijn vaak gecombineerd met conventionele methoden:een conventionele snelle microscoop wordt gebruikt om eerst structuren te vinden. Deze structuren kunnen vervolgens in detail worden onderzocht met behulp van een superresolutiemicroscoop. "Echter, sommige structuren zijn zo klein dat ze niet gevonden kunnen worden met conventionele microscopen, bijvoorbeeld specifieke poriën in levercellen. Onze werkwijze is zowel in hoge resolutie als snel, waardoor biologen dergelijke structuren kunnen onderzoeken, ", zegt Huser. Een andere toepassing voor de nieuwe microscoop is de studie van virale deeltjes op hun weg door de cel. "Hierdoor kunnen we precies begrijpen wat er gebeurt tijdens infectieprocessen, ", zegt Huser. Hij verwacht dat de microscoop komend jaar voor dergelijke onderzoeken zal worden gebruikt aan de Universiteit van Bielefeld.

Superresolutiemicroscopen bestaan ​​pas ongeveer 20 jaar. in 1873, Ernst Abbe had ontdekt dat de resolutie van een optisch systeem voor zichtbaar licht beperkt is tot ongeveer 250 nanometer. In recente jaren, echter, er zijn verschillende optische methoden ontwikkeld om de diffractiebarrière van Abbe te doorbreken. In 2014, William E. Moerner en Eric Betzig, beide uit de VS, evenals Stefan Hell uit Duitsland kregen de Nobelprijs voor Scheikunde voor het ontwikkelen van een superresolutie in het bereik van ongeveer 20 tot 30 nanometer.