Revolución Óptica de la resolución de la microscopia

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

Una entrevista con el Dr. Stefan W. Hell, Director en el Max Planck Institute para la Química Biofísica en Göttingen y Director en el Max Planck Institute para la Investigación Médica en Heidelberg, conducto en abril Cashin-Garbutt, MA (Cantab)

Fue anunciado recientemente que usted presentará la Conferencia Plenaria en Pittcon 2018. ¿Cuál será el enfoque principal de su conferencia?

Hablaré de la idea simple pero fundamental que permitido el romper de la barrera de la difracción en microscopia de fluorescencia así como sobre MINFLUX nanoscopy, el último revelado del campo que provee por primera vez de la resolución molecular verdadera la luz visible y los lentes de objetivo estándar.

¿Cuál era el clave a romper la barrera de la difracción en un microscopio fluorescente de las ciencias de la vida? ¿Cómo el papel la resolución-limitación de la difracción fue vencida?

En el sigloth 20, los microscopios pálidos confiaron solamente en luz de enfoque en el espacio para la separación (=resolution) de características minúsculas adyacentes. O se centraron la luz de la iluminación tan sostenidamente como sea posible en la muestra y/o la luz de la fluorescencia tan sostenidamente como sea posible en el detector.

Como uno no puede enfocar la luz más sostenidamente que a un fragmento dado por la difracción, la resolución fue limitada a 200 nanómetros. La idea dominante era separar características o las moléculas fluorescentes no enfocando sino transitorio girando su fluorescencia por intervalos de modo que las características que residían más cerca juntas que 200 nanómetro se pudieran distinguir por su emisión secuencial.

Haber: Chmyrov, A., y otros (2013). Nanoscopy con más de 100.000' buñuelos. Métodos de la Naturaleza, 10(8), 737-740. Química Biofísica de MPI, Göttingen, Alemania.

¿Qué impacto la capacidad a la imagen el interior de muestras transparentes, tales como células vivas y tejidos, en el nanoscale ha tenido en las ciencias de la vida?

Decenas de estudios científicos en neurobiología, biología celular, y en muchas otras áreas de la ciencia se han realizado con microscopia nanoscopy del superresolution del pseudónimo de la fluorescencia.

Pues los microscopios están llegando a ser compactos, fáciles de usar, y menos costosos, virtualmente todos los laboratorios de ciencias de la vida en todo el mundo tendrán que aprovecharse de la resolución superior para continuar en sus campos respectivos.

En mi opinión, cada (único) haz que explora el microscopio confocal debe tener una opción de STED. Alternativamente, cualquier microscopio del epifluorescence se puede aumentar fácilmente a un sistema confocal de STED.

¿Qué mejorías en la instrumentación usted tiene gusto de ver en el futuro?

La Instrumentación llegará a ser rugosa, segura, y económica. De hecho, las últimas versiones de la microscopia de STED proveen de la resolución multicolora avanzada < 30 nanómetro un módulo compacto más pequeño que la talla de la caja de zapatos. El precio es menos que un quinto de sistemas tempranos. Por Otra Parte, los ajustes del módulo sobre literalmente cualquier microscopio moderno del epifluorescence, ninguna materia si es recto o invertido.

¿Hemos alcanzado el límite absoluto todavía? ¿Usted lo piensa será posible ver las características de las moléculas, tales como simetrías?

La última edición de la fluorescencia nanoscopy, MINFLUX, ha logrado de hecho la resolución espacial molecular de la escala (~1 nanómetro). Éste es el límite final, porque en microscopia de fluorescencia el límite de resolución final es dado final por las etiquetas fluorescentes ellos mismos, que actúan como poderes para que las biomoléculas sean vistas.

Sí, puedo imaginarme que uno debe ver simetrías moleculares usando STED y las técnicas relacionadas, sin embargo, que serán un área totalmente diversa de la aplicación.

¿Cuáles son los retos principales que todavía necesitan ser vencidos?

Dado que MINFLUX ha logrado el límite final, creo eso que aumenta la velocidad de la proyección de imagen, es decir disminuyo la época de resolver las moléculas con la más de alta resolución seré una tracción importante de la investigación.

Otros aspectos serán compatibilidad de la muestra y la búsqueda para las técnicas de etiqueta mejoradas. Las Escrituras De La Etiqueta necesitan ser pequeñas y como mínimo que perturban. Los Lotes de progreso se han hecho en estos campos, pero más trabajo necesita sin obstrucción ser hecho.

¿Cómo usted piensa la velocidad de la proyección de imagen puede ser mejorado?

Los Conceptos que requieren menos fotones emitidos lograr la misma resolución, tal como MINFLUX, se pueden optimizar más lejos para lograr la resolución molecular verdadera del máximo es decir (1 nanómetro) con un número mínimo de fotones detectados de la fluorescencia, dicen < 30 acciones de la detección. Un uso tan efectivo de los fotones de la fluorescencia acelerará proyección de imagen del nanoscale enormemente.

¿Qué impacto usted piensa microscopia estupenda de la resolución tiene en la neurología?

Apenas imagínese un microscopio que provea de la resolución molecular de la escala la invasión mínima. Pienso que el impacto de tal herramienta será enorme. Por ejemplo, debemos poder desenredar completo la distribución de proteínas en la sinapsis y también ver muchas de las moléculas relevantes en la acción.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

La revista más reciente de las aplicaciones nanoscopy de la fluorescencia está por S.Sahl, S.W. Hell, S. Jakobs en Rev Nacional Mol Cell Bio (2017).

La Información sobre los principios de base de la fluorescencia nanoscopy (superresolution) se describe en mi conferencia Nobel: “Nanoscopy con la Luz enfocada (Conferencia) Nobel” Angew. Quím. Internacional. Ed. 54, 8054-8066 (2015)

Sobre el Dr. Stefan W. Hell

Stefan W. Hell es físico reconocido para su investigación pionera en nanoscopy óptico en campo alejado, también conocido como microscopia de la estupendo-resolución.

Después De Que los estudios en Heidelberg (Doctorado en 1990) y el trabajo postdoctoral en el Laboratorio de Biología Molecular Europeo, Infierno presentaran el principio de la microscopia de STED mientras que en una beca de la investigación en Turku, Finlandia (1994).

La idea subyacente, a saber de moléculas de discernimiento en las escalas de la longitud del subdiffraction transitorio preparando un subconjunto de ellas en un estado de la no-transmisión de señales, es la base de todos los conceptos difracción-ilimitados prácticos de la microscopia de fluorescencia de la estupendo-resolución hasta la fecha.

Para estos logros, el Infierno ha recibido recompensas numerosas. En 2014 él compartió el Premio de Kavli en Nanoscience y el Premio Nobel En Química. El Infierno es director en el Max Planck Institute para la Química Biofísica en Göttingen, y en el Max Planck Institute para la Investigación Médica en Heidelberg (amba Alemania).