Delftse track-and-trace methode voorspelt maximale scherpte in microscopie
Met superresolutie-microscopie wordt onder andere de ontwikkeling van nieuwe
medicijnen onderzocht
Wetenschappers van de TU Delft geven inzicht in de beperkingen van
superresolutie-microscopie en bieden nieuwe rekenmethode om maximale scherpte
te bepalen. In hun publicatie nuanceren zij de grote precisieverbeteringen die
door collega-onderzoekers eerder beweerd zijn. Met superresolutie-microscopie
worden processen in de levende cel, het ontstaan van ziektes en de ontwikkeling
van nieuwe medicijnen onderzocht. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het
wetenschappelijke tijdschrift Biophysical Journal.
Delfts onderzoek
Al in 2019 gaven Delftse onderzoekers het veld van de
superresolutie-microscopie een flinke zet voorwaarts door de precisie van de
techniek met ongeveer een factor twee te verbeteren (zie hier). Nu komen zij
met een wetenschappelijk artikel dat de fundamentele beperkingen van onderdelen
van de superresolutie-microscopie aangeeft. “En we bieden tevens een
rekenmethode voor andere onderzoekers om beter overwogen keuzes te maken”, zegt
de Delftse promovendus en eerste auteur van de publicatie Dylan Kalisvaart.
De onderzoekers onder leiding van Carlas Smith herzien de fundamenten voor de
superresolutie methode genaamd Iterative Single-Molecule Localization
Microscopy. Ze gebruiken belichtingspatronen om in te zoomen op individuele
moleculen. Daarbij maken ze gebruik van resultaten uit eerdere experimenten om
de patronen steeds dichter bij moleculen te plaatsen. Hierdoor is het mogelijk
om de scherpte van het beeld te vergroten, precies op de plekken waar moleculen
zitten.
Superresolutie-microscopie
Superresolutie-microscopie is een grensverleggende technologie waarmee
onderzoekers in het binnenste van levende cellen kunnen kijken. De techniek
maakt gebruik van lichtgevende eiwitten die onder meer in kwallen te vinden
zijn. In 2008 kregen drie toponderzoekers de Nobelprijs voor de Chemie voor het
ontdekken en ontwikkelen van dit lichtgevende eiwit, GFP (Green Fluorescent
Protein) genaamd. Onderzoekers kunnen deze fluorescerende eiwitten met behulp
van gen-bewerking aan moleculen vastzetten. Wanneer je zo’n eiwit met een laser
beschijnt, geeft het vervolgens een klein beetje licht af.
Met de superresolutie methode Single Molecule Localization Microscopy
(SMLM)worden moleculen willekeurig aan- of uitgezet. Gevoelige sensoren maken
een video van de lichtsignalen, waarna onderzoekers een analyse maken van de
verkregen data. Hierdoor kunnen zij de locatie van de moleculen heel precies
bepalen en een reconstructie maken van de celstructuur. Met een gewone optische
microscoop kun je op een schaal van ongeveer een halve micron afbeeldingen
maken. Met superresolutiemicroscopie kun je dat tien keer zo goed doen.
Ontwikkeling superresolutiemicroscopie
Het veld van de superresolutiemicroscopie ontwikkelde zich het afgelopen
decennium razendsnel. In 2014 namen drie andere onderzoekers de Nobelprijs voor
de Chemie in ontvangst voor wat bekend kwam te staan als
‘superresolutie-microscopie’. Eén van de drie winnaars was de Duitse
onderzoeker Stefan Hell. Onderzoekers van het lab van Hell stelden in 2020 dat
Iterative Single-Molecule Localization Microscopy de resolutie veel verder zou
verbeteren. De wetenschappers van de TU Delft laten zien dat deze grote
resolutieverbeteringen in de praktijk vrijwel onhaalbaar zijn.
Kalisvaart: “In praktische omstandigheden kun je op zijn hoogst een verbetering
van ongeveer vijf keer krijgen ten opzichte van de standaardtechniek. Het veld
ging er grotendeels vanuit dat het potentieel veel groter was. Wij hebben dit
probleem nu voor het eerst via een andere wiskundige (Bayesiaanse) aanpak
bekeken en tonen aan dat de resolutieverbeteringen van de groep van Hell in de
praktijk lastig te bereiken zijn.”
Zal men de publicatie in Biophysical Journal nu vooral zien als een setback?
“Ik kijk daar heel anders tegen aan”, zegt Carlas Smith, de begeleider van
Kalisvaart. “Het is essentieel dat de onderliggende wetenschap solide is. Als
het hele bouwwerk niet goed is, moet je terug naar de begane grond om het
fundament opnieuw te leggen.”
---------------------
Lees de publicatie Precision in iterative modulation enhanced single-molecule
localization microscopy
Bekijk de video
Carlas Smith - Dutch Optics Centre
Contact
Carlas Smith, C.S.Smith@xxxxxxxxxx of +31 15 27 82411
Fien Bosman, communicatieadviseur wetenschap, f.j.bosman@xxxxxxxxxx of +31
(0)624953733
---------------------
Bij TU Delft realiseren we ‘Impact for a better society’ via onderwijs,
onderzoek en innovatie. We gaan wereldwijde uitdagingen aan die iedereen
persoonlijk raken; klimaatverandering, energietransitie, verstedelijking,
digitale samenleving en gezondheidszorg. We bekijken vraagstukken
interdisciplinair en we werken altijd vanuit meerdere perspectieven en
belangen. Onze oplossingen zijn toekomstbestendig. We werken niet alleen, maar
samen met onder andere bedrijfsleven, overheden en kennisinstellingen.
---------------------
Bekijk dit bericht online
