Forskere ved Helmholtz München og det tekniske universitet i München har udviklet et nyt mikroskop, der markant forbedrer, hvordan biolumineserende signaler i levende celler kan observeres.
Systemet, kendt som Qiscope, er bygget omkring en meget følsom kamerateknologi, der er i stand til at registrere ekstremt lave niveauer af lys. Med skarpere billedopløsning, et bredere synsfelt og integration med andre billeddannelsesmetoder åbner Qiscope nye muligheder for at studere levende systemer mere detaljeret og over længere perioder.
Arbejdet offentliggøres i tidsskriftet Naturmetoder.
Bioluminescens, den lette emission produceret af specifikke enzymer i visse levende celler, er et kraftfuldt værktøj inden for livsvidenskab. I modsætning til fluorescensafbildning, der er afhængig af stærk ekstern belysning, der kan forstyrre celleadfærd eller uklare subtile signaler, tilbyder bioluminescens et blødere alternativ til langvarige observationer.
Dens vigtigste ulempe er imidlertid svagheden i det udsendte lys, der har gjort detaljeret billeddannelse teknisk udfordrende.
For at overvinde denne begrænsning udforskede teamet ledet af Dr. Jian Cui brugen af Quanta Image Sensors (QIS)-en ny kamerateknologi, som de fandt, at de overgik de almindeligt anvendte kameraer (EMCCD) under forhold med lavt lys. For at udnytte QIS’s fulde potentiale udviklede forskerne et ukonventionelt optisk system, der kombinerer funktionerne i et teleskop og et mikroskop, hvilket resulterede i oprettelsen af Qiscope.
“For at drage fuld fordel af sensorens evner, hentede vi inspiration fra det optiske layout af teleskoper,” siger Ruyu Ma, første forfatter af studiet og doktorgradsforsker ved Helmholtz Pioneer Campus.
“Ved at kombinere denne tilgang med QIS-kameraet oprettede vi et system, der kan afsløre cellulære processer med en klarhed og følsomhed, som ikke var mulig med det avancerede system.”
Forskerne teamet demonstrerede, at qiscope kan spore finskala-dynamik i levende celler-såsom bevægelse af vesikler og opførsel af proteiner med lav overflod-over længere perioder.
“Vores mikroskop tilbyder højere følsomhed, forbedret opløsning, større synsfelt og højere dynamisk rækkevidde-alle ting, du ønsker for at udfordre eksperimenter i live-celle-billeddannelser,” siger studieleder Jian Cui.
“Det integrerer også andre billeddannelsesmetoder såsom epifluorescens og i princippet fasekontrast. Dette åbner døren til at observere levende systemer med langt mindre forstyrrelse, hvilket er vigtigt for at forstå komplekse biologiske processer inden for sundhed og sygdom.”
Ved at tackle nøglebegrænsninger ved traditionel bioluminescensafbildning giver Qiscope forskere et værdifuldt værktøj til at studere en række biologiske systemer – fra enkeltceller til organoider og vævsmodeller.
Dets evne til at afsløre subtile og langsigtede ændringer i celleadfærd kan understøtte fremskridt inden for forskellige forskningsområder, herunder cellebiologi, sygdomsmodellering og opdagelse af medikamenter.