Nowe pokolenie naukowców przesuwa granice technik obrazowania
Przykładem jest obrazowanie oparte na mikroskopii. Według Keesa Weijera, profesora Wydziału Biologii Komórkowej i Rozwojowej Uniwersytetu w Dundee i koordynatora projektu PHOQUS, dziedzina ta „szybko się rozwija i staje się jedną z kluczowych technik obserwacji dynamiki żywych systemów”. Potencjał tej technologii nadal nie jest jednak w pełni wykorzystany z powodu jej ograniczeń technicznych: poszukując coraz wyższej rozdzielczości, naukowcy stają w obliczu rosnącego poziomu fotouszkodzeń powodowanych przez stosowane techniki obserwacyjne. I choć tworzone są nowe metody przezwyciężania tych problemów, prace te zazwyczaj odbywają się w laboratoriach fizycznych, podczas gdy ich zastosowania dotyczą nauk przyrodniczych. „Jednym z celów tej inicjatywy było zaprojektowanie i zbudowanie nowych instrumentów w środowisku nauk przyrodniczych. Dzięki ścisłej współpracy pomiędzy specjalistami nauk przyrodniczych i badaczami fotoniki są one dostosowane do konkretnych wymagań eksperymentalnych. Proces ten wymagał wypracowania wspólnego zrozumienia zasad oraz problemów biologicznych i fizycznych, ponieważ mało który naukowiec ma opanowane obie te dziedziny”, mówi prof. Weijer. W projekcie PHOQUS z powodzeniem przeszkolono 13 naukowców na wczesnym etapie kariery (ESR) z dziedziny fizyki, fotoniki, biologii molekularnej, biotechnologii i inżynierii biomedycznej. Rozpoczęto również realizację konkretnych projektów badawczych dotyczących złożonych procesów zachodzących w organizmach żywych. Lista osiągnięć programu PHOQUS jest bardzo długa. Wdrożono na przykład mikroskopię STED (ang. STimulated Emission Depletion) o wysokiej rozdzielczości, która umożliwia obserwację struktur fluorescencyjnych poza granicą dyfrakcji. Wykazano, że mikroskopia ta działa dobrze w próbkach utrwalonych, a prof. Weijer podkreśla, że trwają eksperymenty mające na celu sprawdzenie jej przydatności do użycia w próbkach żywych. Ponadto w ramach projektu opracowano szybką mikroskopię LSFM, która pozwala na uzyskanie wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej podczas długoterminowej (nawet kilka dni) obserwacji komórek i tkanek żywych embrionów, przy jednoczesnym ograniczeniu uszkodzeń fotodiagnostycznych w porównaniu z konwencjonalnymi technikami. „Pozwoliło to na uzyskanie nowych informacji na temat mechanizmu komórkowego, który kontroluje gastrulację w embrionach kurczaków, będących modelem rozwoju ludzkich zarodków”, wyjaśnia prof. Weijer. Do innych ważnych wyników należą postępy w integracji szczypiec optycznych w mikroskopach; nowe metody obrazowania za pomocą światłowodów jednomodowych i wielomodowych; nowe sondy do wykrywania ważnych biologicznie cząsteczek w angiogenezie i unerwieniu nowotworów; metody pomiaru parametrów mechanicznych jelitowych organoidów typu dzikiego i predysponowanych do raka; nieinwazyjne techniki spektroskopowe i przetwarzanie danych w celu pomiaru przepływu krwi i dotlenienia; nowy tani laser półprzewodnikowy na impulsach podczerwieni. Choć projekt został już zakończony, prof. Weijer zapowiada kontynuację współpracy pomiędzy specjalistami nauk przyrodniczych i fizykami z Dundee a partnerami akademickimi z innych organizacji. „Próbujemy realizować dalsze programy dokształcania i składać wnioski o dotacje dla konkretnych projektów”, wyjaśnia. W dłuższej perspektywie jednym z najcenniejszych efektów projektu PHOQUS – poza rozwojem najnowocześniejszych technologii i publikacjami w prestiżowych czasopismach – będzie najprawdopodobniej nowe pokolenie naukowców wykształcone dzięki inicjatywie. Prawie wszyscy z 13 naukowców z powodzeniem złożyli już pracę doktorską lub obronili doktorat i znajdują się u progu obiecującej kariery.
Słowa kluczowe
PHOQUS, technologia obrazowania, żywe systemy, spektroskopia, fotonika, mikroskopia świetlna, fotouszkodzenia, komórki, tkanki, biologia
