Zusammenfassung:
Ein Team der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz hat eine neue Fluoreszenzmikroskopie-Bildgebungsmethode namens SPIFFI entwickelt, die hochauflösende Bilder aus einer einzigen Kameraaufnahme rekonstruieren und Forschern helfen kann, schnelle Veränderungen in lebenden Zellstrukturen wie Mitochondrien und Mikrotubuli zu beobachten. Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Methods veröffentlicht.
Traditionelle partielle Superauflösungsmikroskopie erfordert die kontinuierliche Aufnahme von Hunderten oder sogar Tausenden von Bildern und nutzt dann Fluoreszenzänderungen, um Details zu rekonstruieren; Wenn Zellen aktiv sind, bewegen sich Strukturen während der Aufnahme oder ändern ihre Form, was zu unscharfen Endbildern führt. Stattdessen nutzt SPIFFI die Lumineszenzpolarisationsinformationen fluoreszierender Moleküle: Das optische System teilt die Fluoreszenz in vier Kanäle auf, die auf unterschiedliche Polarisationsrichtungen reagieren, und vergleicht dann die mit derselben Belichtung erhaltenen Bilder, um räumliche Details zu extrahieren, die mit herkömmlichen Weitfeldmikroskopen nur schwer darzustellen sind.
Im Experiment erhöhte das Forschungsteam die Bildauflösung mit einer einzigen Belichtung um etwa das 1,7-fache, konnte Strukturen von etwa 160 bis 170 Nanometern auflösen und fotografierte die Bewegung von Mitochondrien und Mikrotubuli in lebenden Zellen sowie Prozesse wie die Fusion und Teilung von Zellstrukturen. Da jedes Bild unabhängig ein hochauflösendes Bild erzeugen kann, können aufeinanderfolgende Bilder ein hochauflösendes Video einer lebenden Zelle bilden.
Die Forscher kombinierten das SPIFFI-Bild auch mit bestehenden Methoden zur Fluoreszenzfluktuationsanalyse und verbesserten die Auflösung durch Nachbearbeitung weiter auf etwa 80 Nanometer; Dieser Wert wird nicht direkt durch eine einzelne Belichtung erreicht. Das Team versucht derzeit, die Größe des Geräts zu reduzieren und es mit dreidimensionaler mikroskopischer Bildgebung zu kombinieren. Da erwartet wird, dass die entsprechenden optischen Komponenten in bestehende Fluoreszenzmikroskope integriert werden, könnte diese Technologie in zukünftigen Forschungen in der Zellbiologie, Neurowissenschaft, Biophysik und Arzneimittelforschung eingesetzt werden.
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