Ny teknik ger bättre avbildning av celler
Bättre avbildning djupt inne i celler och vävnader. Det blir möjligt med hjälp av ett växelvis flourescerande protein, som slår av och på ungefär som en lampa – i kombination med ett nyutvecklat mikroskop. Resultaten av denna studie, som en forskargrupp på KTH har gjort i samarbete med forskargrupper i Ryssland och USA, presenteras i den vetenskapliga tidskriften Nature Methods.
Forskarna har utvecklat ett så kallat ”reversibly switchable fluorescent protein” som riktar sig mot den röda delen av det synliga spektrat. Det innebär att proteinet har två olika tillstånd där det är fluorscerande i bara ett av tillstånden. Man kan tvinga fram övergångar mellan dessa tillstånd med hjälp av ljus med olika våglängd, konstaterar Andreas Bodén , doktorand vid avdelningen för biofysik och Science for Life Laboratory på KTH och en av artikelns medförfattare.
–Efterfrågan på proteiner av detta slag har under lång tid varit stark i fältet varför vi hoppas att detta framsteg kan öppna upp nya dörrar för studier av dynamiska förlopp i levande celler och organismer, säger han.
Proteinet fungerar i princip som en lampa som man kan sätta på och stänga av genom att belysa den. Tillsammans med ett egenutvecklat mikroskop ger det här växelvis flourescerande proteinet möjlighet att avbilda levande celler i hög spatiell och temporal upplösning med lasrar i den grön-röda delen synliga spektrat, enligt Andreas Bodén.
Denna spektrumförskjutning har flera fördelar, enligt Andreas Bodén. Rödare ljus penetrerar vävnader mycket bättre. Det innebär att man kan uppnå högkvalitativa bilder längre in i celler och vävnader. Rött ljus är dessutom mindre fototoxiskt för celler. Det gör att man kan studera celler och vävnader under längre tid utan att strålningen i sig ger toxiska effekter och påverkar det biologiska systemet. Celler är generellt sett känsliga mot strålning av olika typer då energin i strålningen kan absorberas i cellen och orsaka skada/oönskade kemiska reaktioner. Dessa skador på cellen som framkallas av strålning kallas fototoxicitet. Då rött ljus har lägre energi än t.ex. blått ljus är risken för fototoxicitet mycket lägre, förklarar Andreas Bodén.
– Till vår kännedom har ingen tidigare presenterat proteiner med dessa spektrala egenskaper. De exempel på rödare proteiner som har funnits tidigare har fortfarande krävt en viss belysning av violett ljus. De har heller inte resulterat i samma goda bildkvalitet som det vi nu publicerar. Avbildning av levande celler med blått/violett ljus ifrågasätts ofta för dess potentiellt invasiva strålning. Minskad risk för fototixicitet möjliggör studier av biologiska system i hög upplösning
under lägre tidperioder vilket kan ge insikt i dynamiska processer över längre tid, säger han.
Av de proteiner som presenteras i artikeln i Nature Methods har två tagits fram av den ryska gruppen vid Russian Academy of Sciences och en har tagits fram av den ryska gruppen vid Albert Einstein College of Medicine.
– Proteinens egenskaper och praktiska användbarhet har sedan utvärderats och testats av vår grupp på KTH. Samtliga bilder som presenteras är även tagna med vårt egenutvecklade mikroskop, säger Andreas Bodén.
Utvecklingen av mikroskopet påbörjades i ett annat projekt innan utvecklingen av detta nya protein. Men proteinet har visat sig vara väl lämpat för detta mikroskop.
– Mikroskopet använder en ny kombination av ljusmönster för maximera både spatiell och temporal upplösning i samma system. Kombinationen av hög spatiell och temporal upplösning samt dess kompabilitet med experiment i levande celler är unikt, säger Andreas Bodén.
Läs artikeln “Fast reversibly photoswitching red fluorescent proteins for live cell RESOLFT nanoscopy”.
Läs mer om forskargruppen på deras webbplats.
För mer information, kontakta Ilaria Testa, lektor på avdelningen för biofysik Science for Life Laboratory på KTH: testa@kth.se / 073 – 656 83 80
Håkan Soold