Szuperrezolúciós mikroszkópia
Vizsgáljuk meg kicsit bővebben a modern orvostudományi-biológiai kutatások egyik fő módszerét, szuperrezolúciós mikroszkópiát. Ez egy gyűjtőfogalom, amely olyan technikákat fed le, amelyekkel a fényhullámhossz szabta felbontási határokat átléphetjük. Ezekből mutatom be a legfontosabbakat.
Előző írásomban vázoltam, hogy egy molekula hatásának megértéséhez, de igazából bármilyen élettani folyamat megértéséhez – nem kizárólag az agykutatásban, hanem más orvosbiológiai területeken is – három fő csapásirányra van szükségünk. Ezek először a vizsgált sejtek, sejthálózatok, szövetek szerkezetét kutatják, majd azok működését, végül ez utóbbihoz szorosan kapcsolódva a viselkedésben, illetve a teljes szervezet életfolyamataiban játszott szerepét tárják fel. Most a szerkezeti vizsgálatokra koncentrálok.
Alapvető a tudományos megismerésben, hogy megtudjuk, a vizsgált sejtek milyen receptorokkal vannak felvértezve, milyen sejtkapcsolatokat alakítanak ki, milyen anyagokat termelnek, milyen genetikai parancsok működnek bennük. Majd a további funkcionális vizsgálatok derítik fel, hogy ezek az alapvető lehetőségek ténylegesen működnek-e, és ha igen, milyen feltételek mellett. Szóval, a szerkezeti-morfológiai megismerés minden további kutatómunka alapja az élettudományokban.
A sejteket azonban szabad szemmel nem látjuk, hiszen aprók, néhány tíz mikrométer átmerőjűek, a nyúlványaik pedig még sokkal vékonyabbak. Ezeknek az apró alkotóinknak a világába mikroszkópok nagyítása révén láthatunk bele.
A fizika törvényeiből fakadóan a mikroszkopizálásnak viszont van egy feloldási határa, akármilyen kicsi objektumokat nem tehetünk láthatóvá. A feloldási határ az a távolság, amelynél közelebbre lévő pontokat már nem tudunk egymástól különbözőnek érzékelni. Minél kisebb a vizsgáló fény hullámhossza, illetve minél több fényt képes összegyűjteni a mikroszkóp lencséje, annál részletgazdagabb, nagyobb felbontású kép készíthető.
A konfokális mikroszkópia megjelenése a térbeli képalkotás útján nagyon sokat hozzáadott a fénymikroszkópos lehetőségekhez. Ez mégsem volt elég. Az elektronmikroszkóp nyújt lehetőséget a felbontóképesség drámai növelésére, hiszen fotonok helyett az elektronok hullámhossza számít ebben a módszerben. Elektronmikroszkóppal a sejtek kétrétegű membránjai szépen ábrázolhatók, sőt egyes elektronmikroszkópos módszerekkel lényegében bizonyos molekulák – például receptorok – térbeli szerkezetére is rácsodálkozhatunk.
A hagyományos fénymikroszkópok és az elektronmikroszkópok azonban nem alkalmasak bizonyos mérettartományban a vizsgálatra. Ez nagyjából a tíz és száz nanométer közötti mérettartomány. A szuperrezolúciós technikák oldották meg ezt a problémát, lehetőséget biztosítva a kutatóknak, hogy egyetlen molekulától a szövetek szintjéig megtalálhassák a számukra megfelelő mikroszkópos technikát. A szuperrezolúciós mikroszkópok fénymikroszkópok, ám speciális trükköket alkalmaznak, hogy a fényhullámhossz jelentette korlátokat átlépjük.
Ma a tudomány neve az angol, rengeteg szakkifejezés még csak angolul „létezik”. Az angol elnevezéseknek gyakran a rövidítéseit használjuk, az angolszász világban amúgy is eleve nagyon szeretik ezeket az akronimákat.
A legapróbb részletek megfigyelésére alkalmas szuperrezolúciós technika a STORM (vagyis Stochastic Optical Reconstruction Microscopy). Mindegyik módszer esetében, így itt is alapvető lépés, hogy megfelelő festékanyagokkal megjelölünk egy vizsgálni kívánt molekulát. A képalkotás során ezt a festékmolekulát gerjesztjük besugárzással, hogy egy másik energiájú fénysugarat bocsásson ki. A detektorok ezt érzékelik, ebből készül el a felvétel. Ezt a folyamatot nagyon sokszor megismétlik, a képalkotás mintegy fél órát vesz igénybe. Utána statisztikai módszerekkel „kiszámítják” a képet, amelyen az egyedi molekulákat jelző „pontok” is élesen elkülönülnek. Sok módszertani bökkenő akad még a folyamatban, például, hogy a hosszú képalkotási idő alatt a vizsgált molekula elmozdulhat, ez pedig hamis következtetésekhez vezethet.
A STED (vagyis Stimulated Emission Depletion) egy másik technika, ezzel egy hangyányival kevésbé aprólékos kép készíthető, ám sokkal gyorsabban, sokkal megbízhatóbban.
Említésre érdemes még a SIM (Structured Illumination Microscopy) módszer. Ez továbblépés már a funkcionális képalkotás felé, hiszen ezzel a módszerrel nagyon gyorsan készülnek a képek, és az élő minta változásai is megfigyelhetők, ellentétben az előző kettővel.
Az említetteken kívül több hasonló módszer létezik, különféle előnyökkel, hátrányokkal. Ezek mind nagyon drága mikroszkópok, a kifejlesztésükhöz magas szintű biofizikai tudásra volt szükség. Az alapos, tudományos értékű vizsgálatok azonban elképzelhetetlenek ezek nélkül, bármilyen orvosbiológiai felfedezéshez komoly, műszereket érintő fejlesztések is szükségesek.
Megjelent a Magyar7 2024/32.számában.
