Wprowadzenie

Mikroskopy elektronowe to potężne narzędzia, które umożliwiają naukowcom obserwowanie obiektów w nanoskali. Jednak tradycyjne mikroskopy elektronowe wytwarzają obrazy czarno-białe, co może utrudniać rozróżnianie różnych struktur komórkowych.

Naukowcy z University of California w San Diego opracowali nową technikę, która dodaje sztuczny kolor do obrazów mikroskopu elektronowego. Ta technika może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć struktury i funkcje wewnątrz komórek.

Jak działa ta technika

Nowa technika łączy mikroskopię świetlną i mikroskopię elektronową. Najpierw naukowcy używają mikroskopu świetlnego, aby zidentyfikować struktury, które chcą wyróżnić. Następnie wprowadzają niewielką ilość metalu ziem rzadkich do tych struktur.

Następnie poddają próbkę działaniu mikroskopu elektronowego. Mikroskop elektronowy wystrzeliwuje elektrony w tkankę. Niektóre elektrony przechodzą na wskroś, podczas gdy inne uderzają w grubsze lub cięższe materiały i odbijają się z powrotem.

Kilka elektronów uderza w metal ziem rzadkich i przemieszcza tam elektron. Powoduje to, że przemieszczony elektron wylatuje wraz z niewielką ilością energii. Energia jest charakterystyczna dla użytego metalu i to właśnie mierzy mikroskop. Ta technika nazywa się spektroskopią strat energii elektronów.

Zastosowania tej techniki

Naukowcy wykorzystali nową technikę do obrazowania struktur komórkowych, takich jak aparat Golgiego, białka na błonie plazmatycznej, a nawet białka w synapsach w mózgu.

Technika ta może być wykorzystana do badania szerokiego zakresu procesów biologicznych, w tym:

• lokalizacji białek w komórkach
• interakcji między różnymi strukturami komórkowymi
• rozwoju i postępu chorób

Zalety tej techniki

Nowa technika oferuje kilka zalet w porównaniu z tradycyjną mikroskopią elektronową:

• Kolorowe obrazy: Technika ta dodaje sztuczny kolor do obrazów mikroskopu elektronowego, co ułatwia rozróżnianie różnych struktur komórkowych.
• Wysoka rozdzielczość: Technika ta zapewnia obrazy o wysokiej rozdzielczości, co pozwala naukowcom obserwować obiekty w nanoskali.
• Wszechstronność: Technika ta może być używana do obrazowania szerokiej gamy próbek biologicznych.

Porównanie z innymi technikami

Istnieją inne techniki, które można wykorzystać do uzyskiwania kolorowych obrazów z mikroskopów elektronowych. Jednak techniki te mają swoje ograniczenia.

• Korelacyjna mikroskopia świetlna i elektronowa: Ta technika wymaga dwóch różnych obrazów z różnych mikroskopów, co może zmniejszyć precyzję.
• Znakowanie immunozłotem: Ta technika może dawać mało wyraźne barwienie.

Dziedzictwo Rogera Tsiena

Artykuł opisujący nową technikę był ostatnim, który nosił nazwisko Rogera Tsiena, noblisty chemii, który zmarł w sierpniu. Tsien był najbardziej znany z wykorzystania białka fluorescencyjnego z meduzy do oświetlania struktur komórkowych.

Nowa technika jest świadectwem innowacyjnego dziedzictwa Tsiena w mikroskopii. Jest to potężne narzędzie, które może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć świat w nanoskali.

Wniosek

Nowa technika dodawania sztucznego koloru do obrazów mikroskopu elektronowego jest znaczącym postępem w mikroskopii. Może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć struktury i funkcje wewnątrz komórek oraz może prowadzić do nowych spostrzeżeń na temat szerokiego zakresu procesów biologicznych.

Czym jest wirtualna nanoskopia?

Wirtualna nanoskopia to nowa technologia, która pozwala naukowcom tworzyć skalowalne obrazy tkanek biologicznych na poziomie komórkowym. Łączy ona tysiące pojedynczych obrazów z mikroskopu elektronowego, aby stworzyć spójną i interaktywną całość. Dzięki temu obserwatorzy mogą badać strukturę tkanki z bezprecedensową szczegółowością, od widoku na poziomie tkanki aż do wnętrza poszczególnych komórek.

Jak działa wirtualna nanoskopia?

Wirtualna nanoskopia rozpoczyna się od zebrania tysięcy nieznacznie zachodzących na siebie obrazów za pomocą mikroskopu elektronowego. Następnie obrazy te są stitchingowane przy użyciu zautomatyzowanego programu komputerowego. Program wykorzystuje metadane dotyczące orientacji poszczególnych obrazów oraz algorytm, który porównuje podobne cechy na każdym obrazie, aby dokładnie określić, gdzie powinny zostać umieszczone.

Powstały obraz to ogromny plik, który można powiększać i pomniejszać, aby ujawnić różne poziomy szczegółowości. Na przykład obraz zarodka ryby danio pręgowanego pokazany w artykule składa się z ponad 26 000 pojedynczych obrazów i waży łącznie 281 gigapikseli. Dzięki temu obserwatorzy mogą przejść ze zdjęcia pomniejszonego całego zarodka do szczegółowego widoku struktur, takich jak jądro, w obrębie konkretnej komórki.

Zalety wirtualnej nanoskopii

Wirtualna nanoskopia oferuje kilka zalet w porównaniu z tradycyjną mikroskopią elektronową. Po pierwsze, pozwala naukowcom tworzyć kompletny, trójwymiarowy obraz próbki tkanki. Jest to przeciwieństwo tradycyjnej mikroskopii elektronowej, która może wykonywać jedynie dwuwymiarowe obrazy małych obszarów tkanki.

Po drugie, wirtualna nanoskopia pozwala naukowcom badać próbki tkanki w sposób nieniszczący. Tradycyjna mikroskopia elektronowa wymaga, aby próbki były utrwalane w sposób, który może uszkodzić ich strukturę. Z drugiej strony, wirtualna nanoskopia nie wymaga żadnego przygotowania próbek, dzięki czemu może być stosowana do badania żywych tkanek.

Po trzecie, wirtualna nanoskopia jest znacznie szybsza niż tradycyjna mikroskopia elektronowa. Zebranie i przetworzenie pojedynczego obrazu z mikroskopu elektronowego może zająć godziny, a nawet dni. Z drugiej strony, wirtualna nanoskopia może być wykorzystana do utworzenia kompletnego, trójwymiarowego obrazu próbki tkanki w ciągu kilku minut.

Zastosowania wirtualnej nanoskopii

Wirtualna nanoskopia ma szeroki zakres zastosowań w badaniach biologicznych. Może być wykorzystywana do badania struktury komórek, tkanek i narządów. Można ją również wykorzystać do śledzenia rozwoju zarodków oraz badania wpływu leków i toksyn na komórki.

W artykule badacze wykorzystali wirtualną nanoskopię do analizy zarodka ryby danio pręgowanego, ludzkiej tkanki skórnej, zarodka myszy i komórek nerki myszy. Odkryli, że wirtualna nanoskopia może być wykorzystana do identyfikacji nowych struktur w komórkach i śledzenia ruchu komórek w czasie.

Wniosek

Wirtualna nanoskopia to potężne nowe narzędzie, które rewolucjonizuje sposób, w jaki naukowcy badają tkanki biologiczne. Oferuje ona kilka zalet w porównaniu z tradycyjną mikroskopią elektronową, w tym możliwość tworzenia kompletnych, trójwymiarowych obrazów próbek tkanki, badania próbek tkanki w sposób nieniszczący oraz wykonywanie tego znacznie szybciej niż tradycyjna mikroskopia elektronowa. W związku z tym oczekuje się, że wirtualna nanoskopia będzie odgrywać ważną rolę w badaniach biologicznych w nadchodzących latach.