De Optische revolutie van de de microscopieresolutie

Thought LeadersDr. Stefan W. HellDirector at the Max Planck Institute for
Biophysical Chemistry in Göttingen and
for Medical Research in Heidelberg

Een gesprek met Dr. Stefan W. Hell, Directeur bij het Max Planck Institute voor Biofysische Chemie in Göttingen en Directeur bij het Max Planck Institute voor Medisch Onderzoek naar Heidelberg, leidde tegen April cashin-Garbutt, DOCTORANDUS IN DE LETTEREN (Cantab)

Men kondigde onlangs aan dat u de Plenaire Lezing in Pittcon 2018 zult voorstellen. Wat de belangrijkste nadruk van uw lezing zal zijn?

Ik zal over het eenvoudige maar fundamentele idee dat toestond brekend de diffractiebarrière in de fluorescentiemicroscopie evenals over nanoscopy MINFLUX, de recentste ontwikkeling op het gebied spreken dat voor het eerst ware moleculaire resolutie van zichtbare lichte en standaard objectieve lenzen voorziet.

Wat was de sleutel aan het breken van de diffractiebarrière in een fluorescente microscoop van de het levenswetenschap? Hoe de resolutie-beperkende rol van diffractie werd overwonnen?

In eeuwth 20, baseerden de lichte microscopen zich alleen bij het concentreren van licht in ruimte voor de scheiding (=resolution) van aangrenzende uiterst kleine eigenschappen. Één Van Beiden concentreerden zij scherp mogelijk het verlichtingslicht zo op de steekproef en/of het fluorescentielicht zo scherp mogelijk op de detector.

Aangezien men niet het licht dan in een mate kan scherper concentreren gegeven door diffractie, was de resolutie beperkt tot 200 nanometers. Het belangrijkste idee was fluorescente eigenschappen of molecules te scheiden door zich geen te concentreren maar door hun fluorescentie vluchtig te draaien aan en uit zodat de eigenschappen die dichter samen dan 200 NM door hun opeenvolgende emissie zouden kunnen worden onderscheiden verblijven.

Krediet: Chmyrov, A., et al. (2013). Nanoscopy met meer dan 100.000 ' doughnuts. Methodes van de Aard, 10(8), 737-740. MPI Biofysische Chemie, Göttingen, Duitsland.

Welke invloed de capaciteit aan beeld het binnenland van transparante steekproeven, zoals levende cellen en weefsels, bij nanoscale op het levenswetenschappen heeft gehad?

De Scores van wetenschappelijke studies in neurobiologie, celbiologie, en op veel ander gebied van wetenschap zijn uitgevoerd met microscopie van fluorescentie de nanoscopy alias superresolution.

Aangezien de microscopen compact, makkelijk te gebruiken, en minder duur worden, zullen vrijwel alle laboratoria van de het levenswetenschap rond de wereld uit de superieure resolutie moeten voordeel halen omhoog op hun respectieve gebieden te houden.

Naar mijn mening, zou elke (enige) straal die confocal microscoop aftasten een optie moeten hebben STED. Alternatief, kan om het even welke epifluorescencemicroscoop gemakkelijk aan een confocal systeem worden bevorderd STED.

Welke verbeteringen van instrumentatie zou u in de toekomst willen zien?

De Instrumentatie zal ruw, betrouwbaar, en economisch worden. Eigenlijk, voorzien de recentste versies van de microscopie STED overzichts veelkleurige resolutie < 30 NM van een compacte module kleiner dan de grootte van schoenvakje. Het prijskaartje is minder dan een vijfde van vroege systemen. Voorts past de module op letterlijk om het even welke moderne epifluorescencemicroscoop, geen kwestie als rechtop of omgekeerd.

Hebben wij de absolute grens nog bereikt? Denkt u het mogelijk zal zijn om eigenschappen van de molecules, zoals symmetrie te zien?

De recentste nanoscopy uitgave van fluorescentie, MINFLUX, heeft inderdaad moleculaire schaal (~1 NM) ruimteresolutie bereikt. Dit is de uiteindelijke grens, omdat in de fluorescentiemicroscopie de uiteindelijke resolutiegrens uiteindelijk door de fluorescente markeringen zelf wordt gegeven, die als volmachten voor de te zien biomoleculen dienst doen.

Ja, kan Ik veronderstellen dat men moleculaire symmetrie zou moeten zien gebruikend STED en verwante technieken, echter, die een volledig verschillend gebied van toepassing zullen zijn.

Wat zijn de belangrijkste uitdagingen die nog moeten worden overwonnen?

Gezien MINFLUX de uiteindelijke grens heeft bereikt, geloof Ik d.w.z. dat verhogend de weergavesnelheid, minimaliseer de tijd om molecules met hoogste resolutie op te lossen zal zijn een belangrijke onderzoekduw.

Andere aspecten zullen steekproefverenigbaarheid en de zoektocht naar betere etiketteringstechnieken zijn. Etiketteert behoefte klein te zijn en minimaal storend. Veel vooruitgang is gemaakt op deze gebieden, maar duidelijk moet meer werk worden gedaan.

Hoe denkt u de weergavesnelheid kan worden verbeterd?

De Concepten die minder uitgezonden fotonen vereisen om de zelfde resolutie, zoals MINFLUX te bereiken, kunnen worden geoptimaliseerd verder om maximum te bereiken d.w.z. zegt de ware moleculaire (1 NM) resolutie met een minimaal aantal ontdekte fluorescentiefotonen, < 30 opsporingsgebeurtenissen. Zulk een efficiënte gebruik van fluorescentiefotonen zal nanoscale weergave enorm versnellen.

Welk effect u denkt de super resolutiemicroscopie op neurologie zal hebben?

Veronderstel Enkel een microscoop die moleculaire schaalresolutie van minimale invasie voorziet. Ik denk het effect van zulk een hulpmiddel enorm zal zijn. Bijvoorbeeld, zouden wij de distributie van proteïnen moeten kunnen volledig ontrafelen bij de synaps en ook veel van de relevante molecules in actie zien.

Waar kunnen de lezers meer informatie vinden?

Het meest recente overzicht van fluorescentie nanoscopy toepassingen is door S.Sahl, S.W. Hel, S. Jakobs in de Nationaal Cel van Omwenteling Mol Bio (2017).

De Informatie over de basis nanoscopy principes van fluorescentie (superresolution) wordt beschreven in mijn lezing van Nobel: „Nanoscopy met geconcentreerde Lichte (de Lezing van Nobel)“ Angew. Chem. Int. ED. 54, 8054-8066 (2015)

Ongeveer Dr. Stefan W. Hell

Stefan W. Hell is een fysicus die voor zijn bereidend onderzoek naar far-field optische nanoscopy wordt erkend, ook gekend als super-resolutiemicroscopie.

Na studies in Heidelberg (Doctoraat in 1990) en het post-doctorale werk bij het Europese Moleculaire Laboratorium van de Biologie, maakte de Hel het principe van de microscopie STED op terwijl op een onderzoekbeurs in Turku, Finland (1994).

Het onderliggende idee, namelijk van het onderscheiden van molecules bij de schalen van de subdiffractionlengte door een ondergroep vluchtig voor te bereiden van hen in een niet-signaleert staat, ligt ten grondslag aan alle praktische diffractie-onbeperkte de microscopie tot op heden concepten van de super-resolutiefluorescentie.

Voor deze verwezenlijkingen, heeft de Hel talrijke toekenning ontvangen. In 2014 deelde hij de Prijs Kavli in Nanoscience en de Nobelprijs in Chemie. De Hel is een directeur bij het Max Planck Institute voor Biofysische Chemie in Göttingen, en bij het Max Planck Institute voor Medisch Onderzoek naar Heidelberg (beide Duitsland).