Istraživači u IBS centru za molekularnu spektroskopiju i dinamiku (IBS CMSD), na čelu sa direktorom Cho Minhaengom i profesorom Hong Seok-Cheolom, predstavili su revolucionarnu tehniku mikroskopije bez etiketa — mikroskop interferometrijskog rasejanja tereta (CL-iSCAT). Ova nova metoda optičkog snimanja otvara nove puteve u praćenju unutarćelijskog tereta u realnom vremenu unutar živih ćelija bez potrebe za tradicionalnim fluorescentnim obeležavanjem.
Razumevanje kako se unutarćelijski teret kreće ključno je za otkrivanje misterija žive ćelije, od njene funkcije i metabolizma do njene konačne sudbine. Do sada su se naučnici oslanjali na fluorescentnu mikroskopiju da bi snimili intracelularni teret i kako su oni lokalizovani u ćelijskom citoskeletu. Međutim, tradicionalna tehnologija je mogla da posmatra samo ograničen broj specifičnih tereta i ograničena je fotobeljenjem fluorescentnih etiketa.
Shodno tome, vizuelizacija celokupnog transportnog fenomena bezbrojnih tereta koji putuju duž zamršene ćelijske skele pomoću metoda zasnovanih na fluorescenciji pokazalo se izuzetno izazovnim. Nedostatak mikroskopske tehnike bez etikete koja bi mogla da prati milione tereta na neodređeno vreme je dugo ometala našu sposobnost da razumemo fenomen ćelijskog transporta tereta.
Novorazvijeni CL-iSCAT mikroskop rešava ove izazove, omogućavajući posmatranje trgovine teretom u realnom vremenu bez etiketa u submikronskom ćelijskom okruženju. Jedna karakteristika koja izdvaja CL-iSCAT je njegov sistem dvostrukog modaliteta koji integriše fluorescentno snimanje sa iSCAT mikroskopijom. Ova kombinacija je omogućila odvojeno posmatranje posebno obeleženog tereta ili subćelijskih struktura u odnosu na bezbroj neobeleženih tereta koji se kreću duž mikrotubularnih mreža.
Očekuje se da će integracija dve komplementarne tehnike olakšati inovativna istraživanja u ćelijskoj biologiji, produbljujući tako naše razumevanje bioloških fenomena koji se dešavaju unutar ćelija. Studija je objavljena u časopisu Nature Communications.
Direktor Cho Minhaeng pohvalio je značaj CL-iSCAT mikroskopije, rekavši: „Kroz postizanje posmatranja živih ćelija u ultra visokoj rezoluciji nezavisno od fluorescencije, uspostavili smo novu paradigmu za razjašnjavanje zamršenih detalja bioloških procesa.
Profesor Hong Seok-Cheol, ko-korespondent studije i profesor na Univerzitetu Koreje, dodao je: „Razvoj tehnologije snimanja koja omogućava visokorezoluciju i brzo posmatranje bioloških procesa omogućava dubinsko razumevanje života iz perspektiva molekularne dinamike. Naš novi pristup dugoročne vizualizacije ima veliki potencijal za revolucionarna medicinska otkrića.“
Sa ovim novim alatom koji im je na raspolaganju, IBS istraživači su bili u mogućnosti da selektivno prate dinamičko kretanje aktivnih tereta unutar živih ćelija. Koristili su analizu vremenske razlike kako bi precizno pratili kretanje stotina tereta istovremeno tokom dužeg vremenskog perioda.
Koristeći ogromne podatke o lokalizaciji dobijenih sa svih pozicija tereta, oni su pokazali sposobnost CL-iSCAT mikroskopije da rekonstruiše prostornu distribuciju mikrotubularnih mreža u visokoj prostornoj rezoluciji iznad granice difrakcije, omogućavajući joj da radi sa rezolucijom do 15 nm.
Potencijal ovog mikroskopa je dalekosežan. Jedan od velikih izazova našeg vremena je istraživanje virusne infekcije i praćenje efekata antivirusnih vakcina i lekova u realnom vremenu. Pošto je veličina tipičnih virusa nekoliko desetina nanometara, biće moguće da CL-iSCAT vizualizuje ceo proces od početka virusne infekcije do smrti ćelije.
Iznenađujuće, istraživački tim je primetio da fenomeni mobilnog saobraćaja izuzetno odražavaju stvarni saobraćaj na putu koji se posmatra u ljudskom društvu. Otkrili su mnoge intrigantne transportne fenomene koji se dešavaju tokom kretanja tereta, uključujući saobraćajne gužve unutar ćelije, kolektivnu migraciju i stopiranje za efikasan transport tereta na neistraženim teritorijama ćelija.
Direktor Čo je rekao: „Posebno je fascinantno otkriti nekoliko tipičnih saobraćajnih događaja koje doživljavaju gradski putnici u veoma složenom celularnom svetu, ali u mikrometarskim razmerama. U budućnosti, cilj nam je da dublje prodremo u efikasne transportne strategije koje su ćelije usvojile da bi prevazišle ove izazovi u transportu i njihov značaj za ćelijske fenomene“.
