Naukowcy z Uniwersytetu w Bielefeld i Uniwersytetu Wiedeńskiego opracowali nową metodę mikroskopową, która umożliwia jednoczesne obrazowanie struktur żywych komórek i analizowanie zmian zachodzących w ich środowisku molekularnym. Technika FLIM-SIM osiąga rozdzielczość 156 nanometrów i może znaleźć zastosowanie w badaniach nad działaniem leków, w tym chemioterapeutyków. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Optica”.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa nowa technika mikroskopowa FLIM-SIM, opracowana przez naukowców z Uniwersytetu w Bielefeld i Uniwersytetu Wiedeńskiego.
- W jaki sposób połączenie mikroskopii superrozdzielczej i pomiarów czasu życia fluorescencji pozwala analizować żywe komórki.
- Dlaczego rozdzielczość 156 nanometrów i szybkie obrazowanie mogą usprawnić badania nad działaniem leków.
- Jak technologia rozwijana w ramach projektu CHEM-SCAN może wspierać badania nad chemioterapią i potencjalnymi działaniami niepożądanymi leków.
FLIM-SIM – nowa metoda obrazowania żywych komórek
Zrozumienie reakcji pojedynczych komórek na leki ma kluczowe znaczenie dla rozwoju skuteczniejszych terapii. Dotychczasowe techniki mikroskopowe pozwalają obserwować struktury komórkowe, jednak jednoczesne uzyskiwanie szczegółowych informacji o ich otoczeniu molekularnym pozostaje wyzwaniem.
Naukowcy z Niemiec i Austrii opracowali metodę FLIM-SIM, łączącą mikroskopię superrozdzielczą z analizą czasu życia fluorescencji. Dzięki temu możliwe jest nie tylko określenie lokalizacji cząsteczek, ale również monitorowanie zmian zachodzących w ich bezpośrednim środowisku. Technika zapewnia rozdzielczość przestrzenną wynoszącą 156 nanometrów, dużą szybkość obrazowania oraz szerokie pole widzenia. Pozwala to analizować dynamiczne procesy biologiczne w żywych komórkach.
Jak działa mikroskopia FLIM-SIM?
Nowa metoda integruje dwie technologie obrazowania fluorescencyjnego. Pierwszą jest mikroskopia oświetlenia strukturalnego (SIM), która wykorzystuje odpowiednio ukształtowane wzory światła do uzyskiwania obrazów struktur mniejszych niż te rozróżnialne w klasycznej mikroskopii świetlnej. Drugą stanowi mikroskopia obrazowania czasu życia fluorescencji (FLIM). Mierzy ona czas, przez jaki wzbudzone cząsteczki fluorescencyjne pozostają w stanie wzbudzonym przed emisją światła. Parametr ten może zmieniać się w zależności od lokalnego środowiska molekularnego, między innymi pH.
Połączenie obu metod umożliwia jednoczesną analizę struktury komórki i zmian jej właściwości biochemicznych. Możliwości technologii naukowcy zademonstrowali na komórkach ludzkiego raka kości, uzyskując szczegółowe obrazy struktur wewnątrzkomórkowych.
Nowe możliwości w badaniach nad lekami przeciwnowotworowymi
Technologia powstała w ramach europejskiego projektu CHEM-SCAN, finansowanego przez Europejską Radę ds. Innowacji (EIC). Jednym z celów projektu jest dokładniejsze poznanie działania chemioterapeutyków oraz opracowanie metod pozwalających skuteczniej oddziaływać na guzy nowotworowe i ich przerzuty.
W badaniach wykorzystywane są specjalistyczne barwniki fluorescencyjne, które dostarczają informacji o stanie komórek nowotworowych. Dzięki FLIM-SIM naukowcy mogą jednocześnie obserwować zmiany strukturalne i sygnały odzwierciedlające środowisko molekularne komórek. W przyszłości może to ułatwić ocenę działania leków, identyfikację niepożądanych efektów oraz badanie różnic w odpowiedzi poszczególnych komórek na terapię. Jest to szczególnie istotne w onkologii, gdzie komórki tego samego nowotworu mogą różnić się wrażliwością na leczenie.
Rozdzielczość 156 nanometrów. Co oznacza dla badań biomedycznych?
Rozdzielczość 156 nanometrów pozwala rozróżniać struktury znajdujące się bardzo blisko siebie, poza możliwościami typowej mikroskopii świetlnej. Jednocześnie szybkie obrazowanie umożliwia śledzenie zmian zachodzących w czasie, co ma znaczenie przy analizie procesów komórkowych wywoływanych przez substancje lecznicze.
W odróżnieniu od metod dostarczających wyłącznie informacji o rozmieszczeniu struktur FLIM-SIM pozwala uzyskać dodatkowy kontrast związany z właściwościami molekularnymi badanego obszaru. Nie oznacza to jednak, że technika jest już gotowym narzędziem do oceny skuteczności leków u pacjentów. Jej potencjalne zastosowania kliniczne wymagają dalszych badań i walidacji.
Główne wnioski
- Naukowcy z Uniwersytetu w Bielefeld i Uniwersytetu Wiedeńskiego opracowali nową technikę mikroskopową FLIM-SIM. Metoda umożliwia jednoczesne obrazowanie struktur żywych komórek i analizowanie zmian w ich środowisku molekularnym.
- Technika FLIM-SIM osiąga rozdzielczość przestrzenną 156 nanometrów. Łączy mikroskopię oświetlenia strukturalnego (SIM) z pomiarami czasu życia fluorescencji (FLIM), zapewniając szczegółowe i szybkie obrazowanie procesów komórkowych.
- Możliwości nowej metody zademonstrowano na komórkach ludzkiego raka kości. Technologia jest rozwijana w ramach europejskiego projektu CHEM-SCAN, finansowanego przez Europejską Radę ds. Innowacji (EIC).
- FLIM-SIM może usprawnić badania nad skutecznością i działaniami niepożądanymi leków przeciwnowotworowych. Umożliwia dokładniejszą obserwację reakcji komórek na substancje lecznicze, jednak jej zastosowanie kliniczne wymaga dalszych badań.
Źródło:
- https://aktuell.uni-bielefeld.de/2026/11/05/new-method-shows-cells-in-unprecedented-detail/?lang=en
- https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-13-6-1065
