Πώς ο νικητής του Νόμπελ του Στάνφορντ φωτίζει τα σκοτεινά κύτταρα, αποκαλύπτοντας τη ζωή και το θάνατο;
Διεγερμένη με εξάντληση εκπομπών (STED) μικροσκοπία
Η μικροσκοπία STED είναι μια τεχνική απεικόνισης υπερ-ανάλυσης που χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό δύο δοκών λέιζερ για να ελέγξει με ακρίβεια τη διέγερση και την εκπομπή φθορισμού μορίων, επιτρέποντας την απεικόνιση των δομών με ανάλυση πολύ πέρα από το όριο περίθλασης της συμβατικής μικροσκοπίας. Η πρώτη δέσμη λέιζερ, που ονομάζεται δέσμη διέγερσης, χρησιμοποιείται για να διεγείρει τα φθορίζοντα μόρια σε μια συγκεκριμένη περιοχή του δείγματος. Η δεύτερη δέσμη λέιζερ, που ονομάζεται δέσμη εξάντλησης, εφαρμόζεται στη συνέχεια για να απενεργοποιήσει τον φθορισμό των διεγερμένων μορίων σε μια περιοχή σχήματος διάτμησης που περιβάλλει το σημείο διέγερσης, δημιουργώντας αποτελεσματικά μια «τρύπα» νανοκλίμακα. Με τη σάρωση των δοκών διέγερσης και εξάντλησης σε όλο το δείγμα, μπορεί να ληφθεί μια εικόνα υψηλής ανάλυσης των φθορίζουσων μορίων.
Μικροσκοπία φωτοενεργοποιημένης εντοπισμού (παλάμη)
Το Palm είναι μια άλλη τεχνική απεικόνισης υπερ-ανάλυσης που περιλαμβάνει τον ακριβή εντοπισμό μεμονωμένων φθορίζουσων μορίων μέσα σε ένα δείγμα. Στην παλάμη, ένας πληθυσμός φωτοβολταϊκών φθορίζουσων μορίων είναι αραιοκατοικημένος στο δείγμα και στη συνέχεια τα μεμονωμένα μόρια ενεργοποιούνται και απεικονίζονται στοχαστικά. Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία πολλές φορές και συλλέγοντας μεγάλο αριθμό εικόνων, οι θέσεις των μεμονωμένων μορίων μπορούν να προσδιοριστούν με ακρίβεια νανομέτρου. Αυτό επιτρέπει την ανακατασκευή εικόνων υψηλής ανάλυσης των επισημασμένων μορίων εντός του δείγματος.
Φωτιστικά σκοτεινά κύτταρα, αποκαλύπτοντας τη ζωή και το θάνατο
Οι καινοτόμες τεχνικές μικροσκοπίας της Betzig έχουν επηρεάσει σημαντικά σε διάφορους τομείς της επιστήμης, ιδιαίτερα στην κυτταρική βιολογία και τη νευροεπιστήμη. Με την ενεργοποίηση της απεικόνισης των κυτταρικών δομών σε μοριακό επίπεδο, η μικροσκοπία Sted και Palm παρείχε νέες γνώσεις στους μηχανισμούς της ζωής και βοήθησαν τους ερευνητές να κατανοήσουν διάφορες ασθένειες σε κυτταρικό επίπεδο.
Για παράδειγμα, στον τομέα της νευροεπιστήμης, η μικροσκοπία Sted και Palm επέτρεψε στους ερευνητές να απεικονίσουν την περίπλοκη δομή των νευρώνων και των συνάψεων, αποκαλύπτοντας τους μοριακούς μηχανισμούς της νευρωνικής επικοινωνίας και της συναπτικής πλαστικότητας. Στην κυτταρική βιολογία, αυτές οι τεχνικές επέτρεψαν στους επιστήμονες να μελετήσουν τη δυναμική των κυτταρικών διεργασιών, όπως η διακίνηση πρωτεϊνών, η αναδιαμόρφωση της μεμβράνης και η κυτταρική διαίρεση, με πρωτοφανείς λεπτομέρειες.
Επιπλέον, η μικροσκοπία STED και Palm είχαν βαθιές επιπτώσεις στην κατανόηση των ασθενειών σε κυτταρικό επίπεδο. Για παράδειγμα, αυτές οι τεχνικές έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της μοριακής βάσης των νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως η νόσος του Alzheimer και η νόσος του Parkinson, παρέχοντας νέες γνώσεις στους μηχανισμούς της νόσου και τους πιθανούς θεραπευτικούς στόχους. Στην έρευνα για τον καρκίνο, το STED και η μικροσκοπία φοινικέλαιου επέτρεψαν στους ερευνητές να απεικονίσουν τις κυτταρικές μεταβολές που σχετίζονται με την ανάπτυξη του καρκίνου, συμπεριλαμβανομένων των μεταβολών στην κυτταρική αρχιτεκτονική, στην έκφραση πρωτεϊνών και στις οδούς σηματοδότησης.
Με το φωτισμό των σκοτεινών κυττάρων και την αποκάλυψη της ζωής και του θανάτου σε μοριακό επίπεδο, οι τεχνικές μικροσκοπίας που κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ με Betzig έχουν μετατρέψει το πεδίο της επιστημονικής έρευνας και έχουν τεράστια υπόσχεση για την προώθηση της κατανόησης της ανθρώπινης υγείας, των μηχανισμών ασθενειών και των μελλοντικών θεραπευτικών παρεμβάσεων.
