Naučnici sa Instituta Mak Planck razvili su inovativnu tehniku koja omogućava razdvajanje molekula na udaljenostima od samo osam nanometara, bez potrebe za uključivanjem i isključivanjem fluorescencije. Ova metoda, nazvana „skeniranje sa minimumom intenziteta“, predstavlja prekretnicu u optičkoj mikroskopiji i mogla bi značajno unaprediti istraživanja u oblasti molekularne biologije, biohemije i medicine.
Tradicionalna optička mikroskopija suočava se sa fundamentalnim ograničenjem poznatim kao difrakcijski limit, koji sprečava razdvajanje objekata udaljenih manje od polovine talasne dužine svetlosti – otprilike 250 nanometara. Ova granica je decenijama ograničavala mogućnost naučnika da detaljno posmatraju molekularne strukture i procese u ćelijama.
Početkom 1990-ih, nemački naučnik Štefan Hel otkrio je da se ovo ograničenje može prevazići prebacivanjem molekularnog signala između „uključenog“ i „isključenog“ stanja. Ovaj princip postao je osnova za savremene metode super-rezolucione mikroskopije, poput STED (Stimulated Emission Depletion), PALM (Photoactivated Localization Microscopy) i STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy), koje su omogućile detaljno posmatranje pojedinačnih molekula.
Hel i američki naučnici Erik Betzig i Vilijam E. Mern nagrađeni su 2014. godine Nobelovom nagradom za hemiju za razvoj ovih metoda. Međutim, sada su naučnici Instituta Mak Planck demonstrirali da se molekuli mogu precizno razdvojiti i bez upotrebe uključivanja i isključivanja svetlosnih signala.
Novi metod koristi svetlosni snop sa tačkom nultog intenziteta (čvorom) u sredini. Kada se ovaj snop prebacuje preko uzorka, registrovani signal omogućava precizno određivanje položaja molekula.
U klasičnoj mikroskopiji, ako su dva molekula smeštena vrlo blizu jedan drugog, njihovi signali se preklapaju, čineći ih nemogućim za razdvajanje. Međutim, sa tehnikom skeniranja sa minimumom intenziteta, signal je nula samo ako se čvor svetlosti tačno podudara sa molekulom. Kada postoji više molekula, bar jedan od njih uvek generiše signal, omogućavajući preciznu lokalizaciju pojedinačnih molekula na ekstremno malim udaljenostima.
Eksperimenti su pokazali da se ovom metodom mogu razdvojiti molekuli udaljeni samo osam nanometara, što je daleko ispod dosadašnjih ograničenja. Naučnici su takođe uspeli da reše grupe od tri ili četiri molekula na rastojanjima od 20 nanometara.
„Uključivanje i isključivanje fluorescencije dugo se smatralo ključnim za postizanje super-rezolucije. Međutim, sada smo pokazali da se molekuli mogu razdvojiti pomoću tamnih tačaka svetlosti, što otvara potpuno novi pristup mikroskopiji,“ rekao je Štefan Hel, vodeći istraživač studije.
Prvi autor studije, Tomas Hensel, naglašava da ova tehnika poboljšava sposobnost razlikovanja bliskih molekula: „Ranije je bilo teže razdvojiti molekule što su bili bliže, ali sa ovom metodom, zapravo je lakše detektovati one koji su veoma blizu jedan drugom, što menja naše shvatanje rezolucije u mikroskopiji.“
Ova tehnika može imati dalekosežne implikacije u medicinskim istraživanjima. Omogućava kontinuirano posmatranje molekula u stvarnom vremenu, bez potrebe za isključivanjem signala, što je od suštinske važnosti za proučavanje dinamičkih bioloških procesa.
Na primer, ukoliko su molekularne mašine, poput proteina ili enzimskih kompleksa, obeležene fluorescentnim markerima, istraživači bi mogli da prate njihove promene u položaju i funkcionisanju u realnom vremenu. Ovo bi moglo omogućiti detaljno proučavanje interakcija proteina i njihovih strukturalnih promena tokom bioloških procesa, što je ključno za razumevanje mehanizama bolesti i razvoj novih lekova.
Jedan od potencijalnih pravaca istraživanja je upotreba ove metode u razvoju ciljanih terapija. Na primer, detaljno posmatranje rada proteina uključenih u razvoj neurodegenerativnih bolesti ili kancerogenih procesa može dovesti do novih strategija lečenja.
Nova tehnika skeniranja sa minimumom intenziteta predstavlja prekretnicu u optičkoj mikroskopiji, otvarajući nove mogućnosti za preciznije posmatranje molekularnih struktura i bioloških procesa.
Ovo otkriće ne samo da unapređuje razumevanje fundamentalnih aspekata ćelijske biologije, već može imati i značajne primene u medicini, uključujući razvoj novih terapija i bolje razumevanje funkcionisanja biomolekula.
Budućnost mikroskopije i medicinskih istraživanja mogla bi se osloniti na ovu revolucionarnu tehniku, koja pomera granice onoga što je do sada bilo moguće u proučavanju života na nanonivou.
