En helt ny type mikroskop kan ta 3D-bilder av celler – mens de jobber i et naturlig miljø. Den nye teknologien er vesentlig raskere og bedre enn før og vil gi forskere nye muligheter.
Seksjonen Fra forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU, Cicero, Universitetet i Oslo, UiT Norges arktiske universitet, Universitetet i Sørøst-Norge og NMBU.
For å observere levende celler gjennom et mikroskop, skvises vanligvis en prøve ut på en glassplate. Da ligger den rolig, og det er mulig å observere cellene. Ulempen er at dette begrenser hvordan cellene oppfører seg, og det gir bare todimensjonale bilder.
Nå har forskere fra UiT Norges arktiske universitet og Universitetssykehuset i Nord-Norge (UNN) utviklet det de kaller neste generasjon mikroskop. Den nye teknologien kan ta bilder av mye større prøver enn før, mens de lever og jobber i et mer naturlig miljø.
En stor utvikling
Og teknologien gir 3D-bilder der forskerne kan studere de minste detaljene fra flere vinkler, helt klart og synlig, ferdig sortert i ulike lag og der alle lagene er i fokus.
Det finnes 3D-mikroskoper allerede, men de jobber langsomt og gir dårligere resultat. Den vanligste typen virker ved at den registrerer piksel etter piksel i serier, som deretter settes sammen til et 3D-bilde. Dette tar tid, ofte klarer de ikke mer enn ett til fem bilder i minuttet, og hvis det du skal ta bilde av, rører på seg, er det ikke særlig praktisk.
Med vår teknologi klarer vi rundt 100 hele bilder pr. sekund. Og vi mener det er mulig å øke dette antallet ytterligere, dette er bare det vi har demonstrert med prototypen vår, sier Florian Ströhl, som er forsker ved UiT.
Det nye mikroskopet er et såkalt multifokusmikroskop, som gir helt klare bilder, ferdig sortert i ulike lag, der man kan studere cellene fra alle vinkler.
Dette er en big deal. Det at vi klarer å få alt dette i ett opptak, det er en kjempestor utvikling, forteller Ströhl.
Kan se bak objekter
Det ikke er snakk om 3D i den formen de fleste av oss kjenner det.
Mens man i et tradisjonelt 3D-bilde vil klare å oppfatte en form for dybde, klarer man med den nye teknologien å se bak objekter også.
Ströhl bruker et eksempel der du ser en jungelscene i 3D på kino.
I et vanlig 3D-bilde vil du se at skogen har en dybde, at noen blader og trær er nærmere enn andre. Med samme teknologi som brukes i vårt nye 3D-mikroskop, vil du i tillegg kunne se tigeren som gjemmer seg bak buskene. Du vil kunne klare å se og studere flere lag uavhengig av hverandre.
Nå bruker man ikke mikroskop for å lete etter tigre i jungelen, men for forskere på jakt etter svar i de aller minste detaljene, kan dette være et viktig verktøy.
Studerer hjerteceller – mens de slår
Ströhl har samarbeidet med forskere og leger fra Universitetssykehuset i Nord-Norge i utviklingen av denne teknologien.
Der jobber de blant annet med å forstå og utvikle bedre behandlingsmetoder for ulike hjertesykdommer.
Å studere et levende menneskehjerte er utfordrende, både av tekniske årsaker og ikke minst av etiske grunner. Derfor har forskerne brukt stamceller som manipuleres slik at de oppfører seg som hjerteceller.
På den måten kan de dyrke frem organisk vev som oppfører seg slik det ville gjort i et menneskehjerte, og de kan studere og teste dette vevet for å forstå mer av hva som skjer.
Dette vevet er nærmest som en liten klump med levende kjøtt, rundt 1 cm i størrelse. Dette gir en veldig krevende prøvesituasjon, hjertecellene slår og rører på seg hele tiden, og prøven er for stor til å studeres med tradisjonelle mikroskoper.
Dette håndterer det nye mikroskopet fint.
Du har denne pumpende klumpen med kjøtt i en skål, som du ønsker å ta mikroskopbilder av. Du ønsker å se på de aller minste delene av dette, og du vil ha superhøy oppløsning. Dette har en fått til med det nye mikroskopet.
Formel 1-divisjonen
Kenneth Bowitz Larsen leder et stort laboratorium med avanserte mikroskoper som brukes av alle forskningsgruppene ved helsefakultetet ved UiT.
Han har testet dette nye mikroskopet, og er optimistisk.
Konseptet er briljant, mikroskopet de har bygget, gjør ting som de kommersielle systemene ikke gjør, forklarer Larsen.
Laboratoriet han leder bruker i all hovedsak kommersielle mikroskoper fra leverandører som Zeiss, Nikon etc.
Så har vi i tillegg samarbeid med slike forskergrupper som den Florian Ströhl representerer. De bygger mikroskoper og tester ut optiske konsepter, de er på en måte som Formel 1-divisjonen innen mikroskopi, sier Larsen.
Larsen har stor tro på det nye mikroskopet Ströhl har laget.
De kommersielle mikroskopene må kunne brukes for å studere alle slags mulige prøver, mens det mikroskopet Ströhl har utviklet, er mer skreddersydd til en spesiell oppgave.
Det er veldig lysfølsomt, det kan avbilde preparatet i ulike fokus. Det kan jobbe seg gjennom prøven, og du kan se både høyt og lavt. Og det skjer så fort at det i praksis kan ses i samtid. Det er et ekstremt hurtig mikroskop.
Han sier testene så langt viser at dette fungerer bra, og han tror denne mikroskoptypen på sikt kan brukes på alle typer prøver der man ser på levende ting som rører seg.
Han ser også en annen fordel med hastigheten til dette mikroskopet.
Sterkt lys er ikke «snilt» med cellene. Siden dette mikroskopet er så raskt, utsetter det cellene for mye kortere belysning og er derfor mer forsiktig.
Prototypen til mikroskopet fungerer og er i drift. Nå jobber forskerne med å lage en oppgradert versjon som er enklere i bruk, slik at flere klarer å operere og bruke mikroskopet.
Forskerne har også søkt om patent og ser samtidig etter industrielle samarbeidspartnere som vil utvikle dette til et mikroskop som blir tilgjengelig for salg.
I mellomtiden vil prototypen bli gjort tilgjengelig for lokale samarbeidsparter som kan dra nytte av den nye teknologien.
Vi kommer også å tilby den til andre i Norge, hvis de har spesielt krevende prøver som de vil ha undersøkt, sier Ströhl.
