Forskare vid National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) har kombinerat två olika mikroskopteknologier för att skapa skarpare bilder av snabbt rörliga processer inuti en cell.

I en tidning som publicerades idag i Naturmetoder , Hari Shroff, Ph.D., chef för NIBIB:s labbsektion om High Resolution Optical Imaging (HROI), beskriver hans nya förbättringar av traditionell Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) mikroskopi. TIRF-mikroskopi belyser provet i en skarp vinkel så att ljuset reflekteras tillbaka, belyser endast en tunn del av provet som är extremt nära täckglaset. Denna process skapar bilder med mycket hög kontrast eftersom det eliminerar mycket av bakgrunden, ur fokus, ljus som konventionella mikroskop fångar upp.

Medan TIRF-mikroskopi har använts inom cellbiologi i decennier, det producerar suddiga bilder av små särdrag i celler. Förr, superupplösningsmikroskopitekniker tillämpade på TIRF-mikroskop har kunnat förbättra upplösningen, men sådana försök har alltid äventyrat hastigheten, gör det omöjligt att tydligt avbilda objekt som rör sig snabbt. Som ett resultat, många cellulära processer förblir för små eller snabba för att observeras.

Shroff och hans team insåg att om de kunde ta en hög hastighet, superupplöst mikroskop och modifiera det för att fungera som ett TIRF-mikroskop, de kunde få fördelarna med båda. Omedelbar strukturerad belysningsmikroskopi (iSIM), utvecklad av Shroff-labbet 2013, kan fånga video med 100 bilder per sekund, vilket är mer än 3 gånger snabbare än de flesta filmer eller internetvideor. Dock, iSIM har inte den kontrast som TIRF-mikroskop har. Teamet designade en enkel "mask" som blockerade det mesta av belysningen från iSIM - som härmar ett TIRF-mikroskop. Kombinationen av styrkorna hos båda typerna av mikroskop gjorde det möjligt för forskarna att observera snabbt rörliga föremål cirka 10 gånger snabbare än andra mikroskop med liknande upplösning.

"TIRF-mikroskopi har funnits i mer än 30 år och den är så användbar att den sannolikt kommer att finnas kvar i åtminstone de kommande 30, " sa Shroff. "Vår metod förbättrar den rumsliga upplösningen av TIRF-mikroskopi utan att kompromissa med hastigheten - något som inget annat mikroskop kan göra. Vi hoppas att det hjälper oss att klargöra höghastighetsbiologi som annars skulle kunna döljas eller suddas ut av andra mikroskop så att vi bättre kan förstå hur biologiska processer fungerar."

Till exempel, med det nya mikroskopet, Shroff och hans team kunde följa snabbt rörliga Rab11-partiklar nära plasmamembranet hos mänskliga celler. Fäst till molekylär last som transporteras runt cellen, dessa partiklar rör sig så snabbt att de blir suddiga när de avbildas med andra mikroskop. De använde också sin teknik för att avslöja dynamiken och den rumsliga fördelningen av HRas, ett protein som har varit inblandat i att underlätta tillväxten av cancertumörer. Som med alla mikroskop som utvecklats av Shroff-teamet, forskare är välkomna att kontakta labbet för att prova mikroskopet, eller för att få gratis scheman av tekniken.