Brad Amos élete nagy részét apró világokra gondolt és azokba nézett. Jelenleg 71 éves, a Skóciai Strathclyde Egyetem vendégprofesszoraként dolgozik, ahol egy rendkívül nagy új mikroszkóp lencsét tervező kutatócsoportot vezet – az emberi kar hossza és szélessége körül. A Physics World 2016-os tíz legnagyobb áttörésének elnevezett úgynevezett Mesolens olyan hatalmas, hogy teljes daganatot vagy egér embriót képes egy látómezőbe képezni, miközben a sejtek belsejét egyszerre ábrázolja.
“A fényképezőgép lencséjének nagy lefedettsége és a mikroszkóp objektív finom felbontása van, így megvan a két megközelítés előnye” – mondja Amos. “A képek rendkívül hasznosak.”
Ma az Amoshoz hasonló mikroszkópok az egész világon azon dolgoznak, hogy új technológiákat fejlesszenek ki, széles körben alkalmazva az orvostudományban és az emberi egészség területén. De ezek az élenjáró fejlemények mind a 16. és 17. században épített legelső mikroszkópokra vezethetők vissza. Miközben élen jár az idő, nem nagyon hatnak rád; amelyek nem voltak sokkal erősebbek, mint egy kézi nagyító.
Amos még ezeknek a legegyszerűbb mikroszkópoknak is megszállottja, mióta gyerekként kapott egyet születésnapra. A mikroszkopikus világokban mutatkozó intrikája telhetetlenné vált, mivel mindent felfedezett, amit csak talált, az apró, pattogó buborékok erejétől kezdve a tű rúgásáig kialakuló rézdarabokig. “Olyan, mint a játéktészta, nagyon puha lehet” – mondja Amos rézről. Rettegését írja le azoktól a jelenségektől, amelyeket olyan hatókörben fedezett fel, amelyeket puszta szemmel nem láthatott: “Olyan világot tanulsz, amely nem.” t még az észlelés ugyanazon szabályainak sem engedelmeskedni. ”
Ez a fajta kíváncsiság az apró világok folyamataiban a kezdetektől fogva mikroszkópiát hajtott végre. Egy Hans és Zacharias Janssen nevű holland apa-fia csapat a 16. század végén találta ki az első úgynevezett összetett mikroszkópot, amikor felfedezték, hogy ha a lencsét a cső tetejére és aljára teszik, és végignézik rajta, akkor a tárgyak másik vége felnagyult. A készülék kritikus alapot adott a jövőbeni áttörésekhez, de csak 3x és 9x között nagyította.
A kép minősége legjobb esetben is közepes volt – mondja Steven Ruzin, a Golub Microscope Collection mikroszkópája és kurátora. Kaliforniai Egyetem, Berkeley. “Képeket készítettem rajtuk, és nagyon szörnyűek” – mondja Ruzin. “A kézlencsék sokkal jobbak voltak.”
Bár nagyítást nyújtottak, ezek az első összetett mikroszkópok nem tudták növelni a felbontást, annyira nagyítva képek homályosnak és homályosnak tűntek. Ennek eredményeként körülbelül 100 évig nem jöttek létre számukra jelentős tudományos áttörések, mondja Ruzin.
De az 1600-as évek végére az objektívek fejlesztésével a kép minősége és a nagyító ereje akár 270-szeresére nőtt. , utat nyitva a főbb felfedezések előtt. 1667-ben Robert Hooke angol természettudós híresen megjelentette Micrographia című könyvét, amelynek bonyolult rajzaival több száz példányt figyelt meg, beleértve a lágyszárú növény ágának különálló szakaszait. A metszeteket celláknak nevezte, mert azok emlékeztették a kolostor sejtjeire – és így a sejtbiológia atyja lett.
1676-ban Antony van Leeuwenhoek, a holland szövetkereskedőből tudós lett, és tovább javította a mikroszkópot az eladott ruhánál, de akaratlanul is felfedezte, hogy baktériumok léteznek. Véletlen lelete megnyitotta a mikrobiológia területét és a modern orvostudomány alapját; majdnem 200 évvel később Louis Pasteur francia tudós megállapította, hogy a baktériumok okozzák sok betegséget (előtte sok tudós hitt abban a miaszmaelméletben, hogy a korhadt levegő és a rossz szagok megbetegítettek minket).
“Ez hatalmas volt. “- mondja Kevin Eliceiri, a Wisconsini Madison Egyetem mikroszkópja a baktériumok kezdeti felfedezéséről.” Nagyon sok zűrzavar volt, ami miatt megbetegedett. Az az elképzelés, hogy baktériumok és dolgok vannak a vízben, a valaha volt legnagyobb felfedezés volt. ”
A következő évben, 1677-ben Leeuwenhoek újabb ismertetőfelfedezést tett, amikor először azonosította az emberi spermiumokat. Egy orvostanhallgató elhozta neki egy gonorrhoea-beteg ejakulátumát, hogy mikroszkópján tanulmányozza. Leeuwenhoek kötelezte, apró farkú állatokat fedezett fel, és folytatta saját spermamintájában ugyanazok a kócos “állatculák” megtalálását.Közzétette ezeket az úttörő eredményeket, de a baktériumokhoz hasonlóan 200 év telt el, mire a tudósok megértették a felfedezés valódi jelentőségét.
Az 1800-as évek végére egy Walther Flemming nevű német tudós felfedezte a sejtosztódást, évtizedekkel később segített tisztázni, hogyan növekszik a rák – mikroszkópok nélkül lehetetlen lett volna.
“Ha azt akarja, hogy megcélozhassa a sejtmembrán egy részét vagy egy daganatot, meg kell néznie azt.” mondja Eliceiri.
Bár a Hooke és Leeuwenhoek által használt eredeti mikroszkópok korlátai lehetnek, két csővel összekötött lencse felépítése évszázadokig releváns maradt, mondja Eliceiri. Az elmúlt 15 évben az előrelépések A képalkotás új területekre költözött. 2014-ben egy német és amerikai kutatócsoport elnyerte a kémiai Nobel-díjat a szuperfelbontású fluoreszcens mikroszkópia elnevezésű módszerért, amely olyan hatékony, hogy mostantól nyomon követhetjük az egyes fehérjéket, ahogy azok a sejteken belül fejlődnek. A ng módszer, amelyet egy olyan innovatív technika tett lehetővé, amely a géneket izzóvá vagy “fluoreszkálóvá” teszi, potenciálisan alkalmazható olyan betegségek elleni küzdelemben, mint a Parkinson-kór és az Alzheimer-kór.
Ruzin a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem Biológiai Képalkotó Intézetének vezetője, ahol a kutatók a technológiával mindent felfedeznek mikrostruktúrák a Giardia parazitán belül és a fehérjék elrendezése a baktériumokon belül. Annak érdekében, hogy a modern mikroszkópos kutatás kontextusba kerüljön, megemlíti a Golub-gyűjtemény legrégebbi tételeit – a világ egyik legnagyobb nyilvánosan megjelenített gyűjteményét, amely 164, a 17. századig visszanyúló antik mikroszkópot tartalmaz. diákok. Hagyja, hogy kezeljék a gyűjtemény legrégebbi tagjait, köztük egy 1660 körüli elefántcsontból készült olaszot.
“Azt mondom,” ne fókuszáld, mert el fog törni “, de hagyom, hogy a diákok rajta keresztül, és ez valamennyire hazahozza ”- mondja Ruzin.
Ennek ellenére a szuperfelbontású mikroszkóp hatalma ellenére új kihívásokat jelent. Például bármikor egy minta nagy felbontásban mozog , a kép elhomályosul, mondja Ruzin. “Ha egy sejt csak hőmozgással rezeg, és a vízmolekulák által felpattanva üti meg, mert melegek, ez megöli a szuper felbontást, mert időbe telik” – mondja Ruzin. (Emiatt a kutatók általában nem használnak szuperfelbontású mikroszkóppal élő mintákat.)
De az olyan technológia, mint Amos Mesolens – sokkal kisebb nagyítással, mindössze 4-szeres, de sokkal szélesebb látómezővel képes akár 5 mm-es, vagy körülbelül egy rózsaszínű köröm szélességének megragadására – képes élő példányt ábrázolni. Ez azt jelenti, hogy valós időben figyelhetik meg az egér embrió fejlődését, követve az újszülöttek érbetegségével összefüggő géneket, amikor beépülnek az embrióba. Ezt megelőzően a tudósok röntgensugárral tanulmányozták az érbetegségeket az embriókban, de nem kaptak részleteket sejtszintig, mint a mezoleneknél, mondja Amos.
“Szinte hallatlan. bárki számára, hogy új objektívet tervezzen a fénymikroszkópiához, és ezt megtettük annak érdekében, hogy megpróbáljuk befogadni az új típusú mintákat, amelyeket a biológusok meg akarnak vizsgálni. sértetlen organizmusok tanulmányozása, de nem akarja veszélyeztetni a látott részletek mennyiségét.
Eddig az adattároló ipar érdeklődést mutatott a Mesolens félvezető anyagok tanulmányozására és az olajipar tagjai iránt. A lencse kialakítása különösen jól veszi fel a fényt, lehetővé téve a kutatók számára, hogy bonyolult részleteket tárjanak fel, például a metasztázisos daganat sejtjei kifelé vándorolnak. De az igazi potentia Ezen új technikák közül még várat magára.
“Ha más célkitűzést fejlesztesz ki, mint bármi, ami az elmúlt 100 évben készült, mindenféle ismeretlen lehetőséget nyit meg” – mondja Amos. “Most kezdünk rájönni, hogy mik ezek a lehetőségek.”
A szerkesztő megjegyzése, 2017. március 31 .: Ezt a bejegyzést úgy szerkesztettük, hogy tükrözze, hogy Leeuwenhoek nem javította az összetett mikroszkópot, és hogy Ruzin gyűjteménye a 17. századig nyúlik vissza.
