מאז תחילת דרכה לפני למעלה מ -400 שנה, המיקרוסקופיה עשתה קפיצות גבולות - אפילו אפס אטומים בודדים. כעת, כפי שמדווח ניק לון עבור נשיונל ג'יאוגרפיק, סוג חדש של מיקרוסקופיה לוקח את התחום צעד נוסף קדימה, לוכד תמונות תלת מימדי ברזולוציה גבוהה של תאים חיים בזמן שהם נעים ופועלים בתוך אורגניזמים.
על פי הודעה לעיתונות של המכון הרפואי הווארד יוז, ששיתף פעולה במכונה החדשה, מרבית המיקרוסקופים אטים מכדי לתפוס תנועות סלולריות בתלת מימד. ואף שחוקרים צילמו תאים חיים, קשה להשיג תמונות ברזולוציה גבוהה של קבוצות תאים. מיקרוסקופיה מודרנית בעלת עוצמה גבוהה רוחצת גם תאים באור חזק, לעיתים אלפי או מיליוני פעמים עזים יותר מהשמש, מה שעלול לשנות את התנהגותם או אפילו לפגוע בנבדקים הדקות.
"זה מעלה את הספק המטריד שאיננו רואים תאים במדינתם המולדת, המושרשים באושר באורגניזם בו הם התפתחו, " אומר אריק בטציג, זוכה פרס נובל לכימיה ומנהיג צוות הפרויקט בהווארד יוז. "לעתים קרובות אומרים שראייה היא מאמינה, אבל כשמדובר בביולוגיה של תאים, אני חושב שהשאלה המתאימה יותר היא 'מתי נוכל להאמין למה שאנחנו רואים?'".
בעיה אחת מיוחדת בהצצה אל פנים אורגניזמים חיים היא שמשטח הנבדק נוטה לפזר אור ומעוות את הדימוי. וככל שמסתכלים עמוק יותר, הבעיה גרועה יותר. כדי להתגבר על הנושא, ההיקף החדש משתמש בטכניקה מאסטרופיזיקה הנקראת אופטיקה אדפטיבית. בדומה לטלסקופים מבוססי קרקע מהעידן החדש שמסוגלים לתקן עיוות תמונות שנגרם על ידי האטמוספרה של כדור הארץ, ההיקף יכול לתקן את העיוותים הנגרמים כתוצאה מפיזור פני השטח.
"אם אתה יכול למדוד כיצד האור מעוות, אתה יכול לשנות את צורת המראה כדי ליצור עיוות שווה והפוך ואז מבטל את הסטיות האלה, " אומר בציג לון.
טכניקה מתקדמת נוספת המסייעת לבצע עבודת היקף חדשה זו נקראת מיקרוסקופיית סדין אור-סריג, טכניקה שאותה יצאה חלוץ Betzig בראשית העשור. במקום לרחוץ דגימה בקרניים מזיקות ובעוצמה גבוהה, המיקרוסקופ סוחף דף אור דק במיוחד על פני הדגימה, ויוצר המון תמונות דו-ממדיות ברזולוציה גבוהה. לאחר מכן מוערמים אלה ליצירת תמונות תלת ממדיות מבלי להלבין או להזיק לדגימה. התוצאה של שתי הטכניקות היא תמונה תלת מימדית ברורה של תאים המתנהגים באופן טבעי. תיאור מפורט של הטכניקה מופיע בכתב העת Science .
"לימוד התא על משטח כיסוי זה כמו לצפות באריה בגן החיות - אתה לא בדיוק רואה את התנהגויותיהם המקומיות", אומר בציג לון. "[שימוש בהיקף] זה כמו לראות את האריה רודף אנטילופה על הסוואנה. סוף סוף אתה רואה את הטבע האמיתי של התאים. "
התמונות שנוצרו עד כה עוצרות נשימה. כפי שברנדון ספקטקטור מדווח על LiveScience, החוקרים התמקדו ב דג זברה שקוף, נמטודות ותאי סרטן. הסרטים התלת-ממדיים הראשונים שלהם כוללים תאי סרטן העוברים בכלי דם, תאים חיסוניים הבולעים מולקולות סוכר ותאים המתחלקים בפרטי.
אפילו יותר מרגש מהדימויים העדינים הוא שעוצמת הפרטים מאפשרת לחוקרים "להתפוצץ" את הרקמות שהם צופים בהם כדי להסתכל על תאים בודדים. "בכל פעם שעשינו ניסוי במיקרוסקופ זה, צפינו במשהו חדשני - ויצרנו רעיונות והשערות חדשות לבדיקה, " אומר תומס קירשאוזן, חוקר בכיר בבית החולים לילדים בבוסטון בהודעה לעיתונות. "ניתן להשתמש בו כדי ללמוד כמעט כל בעיה במערכת ביולוגית או באורגניזם שאני יכול לחשוב עליו."
ייקח זמן מהפכת המיקרוסקופיה הזו כדי לצאת ממעבדה ולתוך אוניברסיטאות ובתי חולים אחרים. כפי שמדווח ספקטרקטור, המיקרוסקופ הראשון הוא "המפלצת של פרנקנשטיין" מרוצפת יחד עם חתיכות ופיסות ממיקרוסקופים ומכונות אחרות. כיום היא תופסת שולחן באורך מטר וחצי ודורשת הפעלה של תוכנה בהתאמה אישית.
אך על פי ההודעה לעיתונות, שני היקפים מהדור השני, שישוכנו במעבדות משתפות פעולה, יתפסו רק את השטח של שולחן אחד, והם יהיו זמינים לחוקרים מרחבי העולם המבקשים להשתמש בהם. הצוות גם יפרסם את התוכניות למכשיר כך שמוסדות אחרים יוכלו לנסות לבנות את שלהם. אולי בעוד עשר שנים, אומר בציג לספקטגור, דגם קטן יותר ובמחיר סביר יהיה זמין מבחינה מסחרית.
עד אז, התמונות החדשות יצטרכו להכות אותנו. אנו מסכימים עם בצ'יג שאומר לון שהפעם הראשונה שהוא ראה תמונות מההיקף "היה מדהים". זה כמובן ז'רגון מדעי ל" ממש מסודר. "
