[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Combinatie microscopietechnieken geeft twee keer scherper beeld

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Tue, 10 Dec 2019 08:01:09 +0000

Onderzoekers van de TU Delft hebben twee bestaande technieken binnen de
superresolutie-microscopie gecombineerd tot een nieuwe methode. Veel experts
zagen het combineren van de technieken als iets dat technisch onmogelijk was.
Met de nieuwe, gecombineerde methode kunnen onderzoekers de minuscule
onderdelen van levende cellen beter dan ooit in beeld brengen. Dat kan onder
meer leiden tot nieuwe inzichten in de gezondheidszorg.

Superresolutiemicroscopie is een grensverleggende technologie waarmee
onderzoekers in het binnenste van levende cellen kunnen kijken. De techniek
maakt gebruik van de lichtgevende eiwitten die onder meer in kwallen te vinden
zijn. Onderzoekers kunnen deze fluorescerende eiwitten met behulp van
genbewerking aan moleculen vast knutselen.

Als ze zo'n eiwit vervolgens met een laser beschijnen, geeft het iets later een
klein beetje licht af. Gevoelige sensoren vangen de lichtsignaaltjes op en
onderzoekers kunnen met die data een plaatje opbouwen, geholpen door algoritmen
die de waardevolle gegevens uit de ruis filteren. De ontwikkeling van
superresolutiemicroscopie was een enorme sprong voorwaarts. "Met een gewone
optische microscoop kun je op een schaal van ongeveer een halve micron
afbeeldingen maken", vertelt onderzoeker Sjoerd Stallinga. "Met
superresolutiemicroscopie kun je dat tien keer zo goed doen."

[https://d1rkab7tlqy5f1.cloudfront.net/News/2018/09_Sept/TU%20Delft/diffraction-limit.jpg]

Verder verfijnen
Het veld van de superresolutiemicroscopie ontwikkelde zich het afgelopen
decennium razendsnel. In 2008 kregen drie toponderzoekers de Nobelprijs voor de
Chemie voor het ontdekken en ontwikkelen van het lichtgevende eiwit, GFP (Green
Fluorescent Protein) genaamd. In 2014 namen drie andere onderzoekers de
Nobelprijs in ontvangst voor het gebruik van de eiwitten binnen wat bekend kwam
te staan als 'superresolutiemicroscopie'. Sindsdien zoeken experts van over de
hele wereld naar manieren om de techniek verder te verfijnen. Het is een ware
race naar de bodem.

Binnen de superresolutiemicroscopie bestaan momenteel twee methoden. Bij de
eerste methode, Single Molecule Localization Microscopy (SMLM) genaamd, zorgen
onderzoekers ervoor dat moleculen willekeurig aan of uit staan. "Het grootste
deel van de tijd staan ze uit, maar soms lichten ze op", legt Stallinga uit.
"Als je dan een filmpje maakt, zie je een blinkende sterrenhemel, waarbij elk
puntje een lichtvlek van één molecuul is. Doordat de verschillende moleculen
maar af en toe aanstaan, kun je hun locatie heel precies bepalen. En als je het
hele filmpje analyseert, kun je een reconstructie maken van de celstructuur
waar je naar kijkt."

Licht boetseren
De beperking van de SMLM-methode is dat er maar enkele honderden tot enkele
duizenden fotonen van de moleculen afkomen. Ter vergelijking: het aantal
fotonen dat op je netvlies valt als je naar je eigen hand kijkt, is ongeveer
1.000.000.000.000.000. "De vraag die we onszelf hebben gesteld is: hoe kunnen
we het minieme beetje licht dat van de fluorescerende moleculen komt nog beter
gebruiken?", zegt onderzoeker Carlas Smith.

Dat is waar de tweede stroming binnen de superresolutiemicroscopie om de hoek
komt kijken. Bij deze methode, Structured Illumination Microscopy (SIM)
boetseren onderzoekers het laserlicht tot een heel fijn gestreept patroon van
licht-donker-licht-donker. Dat patroon projecteren ze vervolgens op hun sample.
"Als een molecuul zich in een lichtstreepje bevindt, slaan we het aan en zendt
het fotonen uit, waardoor we het zien. Ligt het molecuul in een donker gebied,
dan zien we het niet", legt Smith uit. "Door zowel een lichtpatroon met
horizontale als met verticale streepjes over het sample te leggen en dat heen
en weer te schuiven, kunnen we de locatie van moleculen heel precies bepalen."
[tubulin_paint]
Drie dimensies
Na veel theoretisch en praktisch werk is het de Delftse onderzoekers gelukt om
de twee technieken, SMLM en SIM, te combineren in één opstelling. Ze noemen hun
nieuwe techniek SIMFLUX. Om aan te tonen dat de methode werkt, brachten de
onderzoekers een kunstmatig geproduceerde DNA-structuur in beeld. "We zijn
daarna nog een jaar bezig geweest om in een cel te kijken", zegt onderzoeker
Bernd Rieger. Die inspanningen leverden een duidelijk beeld op van de
eiwitdraden en -buisjes die samen het skelet van een cel vormen: het zogeheten
cytoskelet.

De nieuwe methode is een flinke stap voorwaarts. Onderzoekers kunnen ermee
inzoomen op structuren van tussen de vijf en tien nanometer. Dat is ongeveer
twee keer zo goed als met de bestaande SMLM-methode mogelijk was. Valt er nog
meer te verbeteren? Waarschijnlijk wel. "De logische volgende stap zou zijn om
beelden te maken in drie dimensies", zegt Rieger. "Dat is ook weer een grote
uitdaging, maar we hebben al wat ideeën."

***

Meer informatie:

"Localization microscopy at doubled precision with patterned illumination",
Jelmer Cnossen, Taylor Hinsdale, Rasmus Thorsen, Marijn Siemons, Florian
Schueder, Ralf Jungmann, Carlas Smith, Bernd Rieger, Sjoerd Stallinga, Nature
Methods

Contact:

Sjoerd Stallinga
s.stallinga@xxxxxxxxxx<mailto:s.stallinga@xxxxxxxxxx>
015 278 35 38

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
06 42 71 72 27

Wilt u geen persberichten van de TU Delft meer ontvangen? Stuur een mailtje
naar m.h.m.kester@xxxxxxxxxx<mailto:m.h.m.kester@xxxxxxxxxx>.
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl>.

[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Combinatie microscopietechnieken geeft twee keer scherper beeld

Other related posts: