Lange tijd konden biologen niet goed levende cellen in actie bestuderen, maar dankzij een huzarenstukje van Amerikaanse fysici en ingenieurs komt daar nu verandering in. Zij combineren drie microscopietechnieken in één apparaat dat haarscherpe beelden maakt van cellen die aan het werk zijn.

Read this article in English

Tot nu toe konden onderzoekers levende cellen alleen in hun natuurlijke omgeving bestuderen door ze met een zeer fel licht te beschijnen, en ze vervolgens door een microscoop te bekijken. Maar door dit felle licht krijgen cellen stress; ze gedragen zich dan niet meer op hun natuurlijke manier.

Daar heeft een team van onderzoekers onder leiding van het Howard Hughes Medical Institute nu iets op gevonden. Ze bouwden het prototype van een microscoop die eigenlijk drie verschillende microscopietechnieken combineert. Dit apparaat maakt haarscherpe en kleurrijke beelden van allerlei cellen en weefsels zonder dat daar zo'n enorme bak licht voor nodig is.
 


De nieuwe microscoop levert fascinerende beelden op. Hier is een immuuncel (oranje) te zien die door het binnenoor van een zebravisje beweegt en daar onderweg suikerdeeltjes (blauw) oppikt.


Verstoringen compenseren

Ten eerste bevat de nieuwe microscoop (zie afbeelding hieronder) een stuk adaptieve optiek, dat is geïnspireerd op telescopen. Deze optische elementen compenseren voor verstoringen in het beeld, die bijvoorbeeld worden veroorzaakt doordat het licht door verschillende weefsels heen gaat.

Het tweede belangrijke onderdeel van de microscoop is een slimme manier van belichten, die lattice light sheet microscopy wordt genoemd. Hierbij wordt steeds opnieuw snel een lichtvlak door het monster heen bewogen. Uit de reeks 2D-beelden die dit oplevert, stelt software een driedimensionaal beeld samen.

Ten slotte bevat de microscoop een laserbundel die voor elke plek op het monster de optische vervormingen (aberraties) bepaalt, zodat daarvoor softwarematig gecompenseerd kan worden. Deze vervormingen verschillen per soort weefsel. De laser is dus bedoeld om de afwijkingen te corrigeren die optreden bij de twee beschreven microscopietechnieken.

 

Overzicht van de nieuwe microscoop. Het laat de compexiteit van het apparaat zien. Het monster zit bij 'sample chamber', waarvan onder twee ingezoomde opnames te zien zijn.

 

Optische tafel

De fysici en ingenieurs hebben deze drie technieken samengevoegd in een ingewikkelde proefopstelling, die nu nog op een 3 m lange optische tafel staat. Met zo'n formaat is de microscoop nog niet erg geschikt voor gebruik in laboratoria. De bedenkers zijn dan ook al bezig om de boel te miniaturiseren, gebruiksvriendelijker en betaalbaarder te maken. ‘Aan alleen technische demonstraties en publicaties heb je nog niks. Een microscoop is pas echt goed als veel mensen hem gebruiken’, zegt projectleider Eric Betzig van het Howard Hughes Medical Institute.

De eerste echte microscoop met de beschreven technieken aan boord komt te staan bij het Advanced Imaging Center van de Janelia Research Center bij het Howard Hughes Medical Institute in Virginia, de VS. Onderzoekers van over de hele wereld kunnen dan een aanvraag doen om ter plaatse hun monsters te komen bestuderen. Ook willen de Amerikanen met hun ideeën een microscoop gaan ontwikkelen die commercieel verkrijgbaar zal zijn.

Geniet ondertussen nog even van een menselijke borstkankercel die door een stukje weefsel van een zebravisje beweegt:


Bekijk ook deze verzameling video’s gemaakt door de uitvinders van de nieuwe microscoop:

Openingsbeeld: opname van de ruggengraat van een jong zebravisje. Nieuwe neuronen die ontstaan, lichten op in verschillende kleuren. Alle beelden: T. Liu et al., Science, 2018.