Nézze meg a sporthíreket is
Iratkozzon fel hírlevelünkre Nézze meg a sporthíreket is
Ha valakinek ez olybá hangzik, mintha egy befüvezett tudós találta volna ki, aki túl sokat olvasta az Alice Csodaországban-t, akkor figyelmeztetjük: ez valóság. Pontosan ezen az elven alapul az az új módszer, melynek révén a biológusok akár teljes szerveket tanulmányozhatnak minden eddiginél aprólékosabban, és az optika elvi feloldóképességénél parányibb részleteket tárhatnak fel egy egyszerű fénymikroszkóp segítségével.
Az „expanziós mikroszkópia” névre keresztelt eljárás során fizikailag felduzzasztják a biológiai szöveteket, méghozzá egy olyan anyag felhasználásával, amely közönségesen az eldobható pelenkák nedvszívó magjában fordul elő. A technika atyja Edward Boyden, a Massachusetts Institute of Technology (MIT, Cambridge, Egyesült Államok) neuromérnöke, aki két MIT-beli kollégájával, Fei Chennel és Paul Tillberggel együtt dolgozta ki az eljárást.
Az expanziós mikroszkópia felfogható úgy is, mint a 2014-es kémiai Nobel-díjat kiérdemlő szuperfelbontású mikroszkópia kiegészítő párja. Mindkét módszer a fizika törvényei szabta korlátokat próbálja feszegetni, csak más-más megközelítéssel. Ernst Abbe német fizikus 1873-ban arra a következtetésre jutott, hogy az optikai mikroszkópok (akkor még csak olyanok voltak) maximális feloldóképességének a látható fény hullámhossza elvi határt szab: fénymikroszkóppal a kb. 200 nanométernél – nagyjából a legrövidebb látható fényhullám hullámhosszának felénél – közelebb lévő objektumokat nem lehetséges elkülöníteni. Ami ennél az ún. diffrakciós küszöbértéknél közelebb van, az törvényszerűen egybemosódik.
A szuperfelbontású mikroszkópia oly módon cselezi ki az Abbe-küszöböt, hogy a fehérjékhez kötött fénykibocsátó (fluoreszcens) molekulák sajátos tulajdonságait kihasználva, több kép összesítésével pontosan lokalizálja a fény forrását. A szuperfelbontású technikák ma már akár a 20 nanométeres felbontást is elérhetik, azonban speciális és nagyon költséges berendezéseket igényelnek, és vastagabb mintákkal – mint az agyszövet vagy egyes daganatok tanulmányozásához használatos vastag metszetek – nem birkóznak meg.
Sok más idegtudóshoz hasonlóan Boyden is arra áhítozott, hogy az idegsejtek kapcsolódási pontjainál, a szinapszisokban feltárja a fehérjék pontos elhelyezkedését. Ehhez a feladathoz idegsejtek nagyobb csoportjait, sőt, ideális esetben az agy egészét volna tanácsos tanulmányozni. „Azon morfondíroztunk, vajon hogyan tudnánk mindent egyszerre felnagyítani” – mesélte Boyden a National Institutes of Health bethesdai (Maryland, USA) központjában, ahol egy decemberben rendezett konferencián először tárták eredményeiket a nyilvánosság elé. A trükkhöz az akrilát nevű vegyületet hívták segítségül, amely két fontos tulajdonsággal rendelkezik: először is sűrű térhálót képes alkotni, amely a helyükön tartja a fehérjéket, másodszor is ez a térháló víz jelenlétében megduzzad. A pelenka vízmegkötő magjához hasonlóan az akriláttal átitatott szövet is mintegy 4,5-szeresére duzzad a nedvesség hatására.
A duzzasztás előtt a szövetet olyan vegyi anyagokkal kezelik, amelyek hatására áttetszővé válik, így a következő lépésben a fehérjék jelöléséhez használt fluoreszcens molekulák fénye akadálytalanul áthaladhat rajta. Ezután a mintát átitatják akriláttal, végül vizet adnak hozzá, minek következtében az egész polimer térháló – benne a csapdába ejtett fehérjékkel – tágulásnak indul. Boyden szerint a duzzasztás után olyan molekulák fényjele is különállóként észlelhető, amelyek a kezelést megelőzően mindössze 60 nanométer távolságra voltak egymástól. S ami a legfontosabb: mindeme bűvészkedés ellenére a fehérjék egymással való kapcsolatai, egymáshoz viszonyított helyzetük lényegében érintetlen marad. Boydenék úgy számítják, hogy a fehérjék relatív helyzetében bekövetkező torzulás legfeljebb 1-4 százalék.
Feltalálói büszkén vallják, hogy az expanziós mikroszkópia remekül megállja a helyét a szuperfelbontású technikák mellett. Egy duzzasztott egéragyon végrehajtott kísérletben Boydenék megmérték két olyan fehérje távolságát, amelyek egy szinapszis átellenes oldalain foglalnak helyet, és eredményük szinte tökéletes egyezést mutatott a szuperfelbontású módszer adta értékkel.
Ám ez nem minden: az expanziós mikroszkópia Nobel-díjas vetélytársánál sokkal jobban teljesít a komplex térbeli szövetek leképezésében. A bethesdai konferencián Boyden egy a szövettan világában masszívnak számító, fél milliméteres egéragy-hippokampusz készítményt mutatott, amely elegendően nagy volt ahhoz, hogy tanulmányozhatók legyenek benne a szomszédos idegsejtek kapcsolatai. Ugyanakkor a háromdimenziós felvételbe belenagyítva a szinapszisok finomszerkezete is részletkbe menően láthatóvá vált. A csoport ecetmuslicák és zebrahalak agyával is dolgozik, egy velük együttműködő másik kutatóhelyen pedig az emberi agyra próbálják alkalmazni a technikát.
