Forskere gør mikroskopiundersøgelser dobbelt så præcise

Videnskabelige nybrud 9. jun 2021 2 min Senior Researcher Kim Mortensen Skrevet af Kristian Sjøgren

Fluorescensmikroskopi får et løft af dansk forskning. Nu kan forskere meget mere præcist se, hvordan små proteiner bevæger sig over tarmvæggen.

Interesseret i Videnskabelige nybrud? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

Inden for medicinsk forskning er fluorescensmikroskopi et af de vigtigste værktøjer til at se, om medicin og andre stoffer, som gives i pilleform, overhovedet bliver optaget over tarmvæggen.

Er det ikke tilfældet, virker medicinen ikke.

Indtil nu har fluorescensmikroskopi af enkeltmolekyler dog været forbundet med en forholdsvis stor fejlmargin i forhold til præcision, men den ser danske forskere ud til at have bragt gevaldigt ned, så det nu er muligt at få et meget bedre indblik i, hvad de enkelte molekyler gør, når de skal fra tarmene og ind i blodet.

Opfindelsen kan være med til at kaste lys over et område, som man i dag ved meget lidt om.

"Hvis vi skal vide, hvordan eksempelvis et medicinsk peptid bliver optaget over tarmvæggen, skal vi vide, hvor det præcis befinder sig for at kunne sige noget om, hvor og hvordan det slipper igennem tarmvæggen eller interagerer med andre molekyler på dets vej. Vores nye måde at lave fluorescensmikroskopi på er dobbelt så nøjagtig i forhold til de metoder, som er benyttet hidtil," fortæller en af forskerne bag opdagelsen, seniorforsker Kim Mortensen fra Institut for Sundhedsteknologi ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

Forskningen er offentliggjort i Communications Physics.

Fluorescensmikroskopi er behæftet med fejlmargin

Fluorescensmikroskopi går meget simpelt ud på, at forskere sætter et fluorescerende molekyle på de stoffer, som de gerne vil undersøge i et givent væv. Det kan som eksempel være små proteinstumper i tarmvæv.

Når forskerne skyder på prøverne med en laser og studerer dem under et mikroskop, kan de se, hvor i vævet molekylerne lyser op og dermed befinder sig.

Teknikken har dog den udfordring, at de fluorescerende molekyler er meget mindre end den lysplet, man ser. Årsagen er diffraktion.

Det vil sige, at forskere, som tingene ser ud i dag, ikke ved præcist, hvor i den lysende plet molekylet rent faktisk befinder sig.

Forskere benytter ganske vist nogle teknikker til at komme tættere på svaret, men de er begrænset af svage lyssignaler fra de fluorescerende molekyler.

"Vi kan ikke sige med sikkerhed, hvor molekylet er inden for det lysende punkt. Det har vi behov for at kunne, hvis vi skal kunne sige, hvor og hvordan et peptid krydser over cellemembranen. Vi skal med andre ord have en opløsning i vores billeder, som er sammenlignelig med den faktiske størrelse af de molekyler, som vi studerer," forklarer Kim Mortensen.

Sender laserlys med mønstre ind i prøver

For at komme omkring problemet har forskerne bag det nye forskningsprojekt pillet ved det laserlys, som de har sendt ind i deres prøve.

Forskerne har specifikt gjort det, at de har lagt strukturer ind i lyset, så de skaber en periodisk belysningsprofil, hvor der nogle steder er lys, mens der andre steder ikke er. Overgangen mellem lys og mørke er glidende.

Det vil sige, at hvis et molekyle befinder sig et sted i belysningsprofilen, hvor der er lys, vil det lyse op, mens det ikke vil lyse op, hvis det befinder sig på et mørkt sted. Mængden af observeret lys afhænger af, hvor molekylet befinder sig i forhold til belysningsprofilen. Forskerne forskyder derefter profilen og samler de to billeder af deres prøve til ét. Dermed kommer de tættere på molekylets præcise placering.

Resultatet er et billede med meget mere information, end det tidligere har været muligt at få ud af fluorescensmikroskopi.

"Lægger man billederne sammen, vil man stadig se den store lysende plet, men vi har både den information, som stammer fra plettens placering og fra intensiteten af pletten. Den information kan vi kombinere til at give et dobbelt så præcist billede af, hvor molekylet faktisk befinder sig i lyspletten," forklarer Kim Mortensen.

Mere forskning forude

Kim Mortensen fortæller, at forskerne indtil videre kun har vist, at det teknisk og matematisk kan lade sig gøre at få mere information ud af fluorescensmikroskopi-billeder af enkelte molekyler, men at de snart vil benytte teknikken på faktiske vævsprøver.

Derudover har forskerne indtil videre også kun vist, at teknikken fungerer i to dimensioner, men planen er at demonstrere, at det også virker i tre dimensioner.

"Fællesnævneren for vores forskningscenter er, at vi gerne vil studere, hvad der sker, når medicin kommer henover tarmvæggen. Det er vi kommet tættere på at kunne nu," siger Kim Mortensen.

The Department of Health Technology is dedicated to provide technology for people - to make life better. The Department of Health Technology is ded...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020