Para ilmuwan telah berhasil merekam pergerakan sel dalam jaringan organisme untuk pertama kalinya secara live dengan menggabungkan dua teknologi pencitraan : lattice light-sheet microscopy (LLSM) dan adaptive optics (AO).
Mikroskop ini memandikan sel dengan ribuan cahaya hingga jutaan kali lebih kuat daripada matahari gurun, kata fisikawan Eric Betzig, seorang pemimpin kelompok di Kampus Penelitian Janelia Howard Hughes Medical Institute, bersama rekannya melaporkan karya mereka dalam jurnal Science .
“Ini juga berkontribusi pada kekhawatiran kami, bahwa kami tidak melihat sel dalam bentuk secara alami dan tanpa tekanan. Sering dikatakan bahwa melihat adalah percaya, tetapi ketika terjadi dalam biologi sel, saya pikir pertanyaan yang lebih tepat adalah, ‘Kapan kita bisa percaya apa yang kita lihat?’ ” Tambahnya.
Untuk menghadapi tantangan ini, Betzig dan timnya menggabungkan dua teknologi mikroskopi yang pertama kali dilaporkan pada tahun 2014, pada tahun yang sama saat ia mendaptkan Hadiah Nobel dalam bidang Kimia.
Untuk menguraikan cahaya dari sel-sel yang terkubur di dalam organisme, para peneliti beralih ke optik adaptif – teknologi yang sama yang digunakan oleh para astronom untuk mendapatkan penglihatan yang lebih jelas dari benda-benda langit jauh yang melewati atmosfer bumi yang bergejolak.
Kemudian, untuk menggambarkan koreografi internal sel-sel ini dengan cepat, namun secara halus dalam 3D, tim menggunakan mikroskop kisi-kisi lembar cahaya. Teknologi itu dengan cepat dan berulang kali menyapu selembar cahaya ultra tipis melalui sel sambil memperoleh serangkaian gambar 2D, membangun film 3D resolusi tinggi dari dinamika subseluler.
Video ini menunjukkan secara real time sel kekebalan bermigrasi melalui telinga bagian dalam ikan zebra kecil:
Titik-titik biru yang ditelan sel kekebalan adalah partikel-partikel dextran, polisakarida manis yang ditemukan di banyak zat – mulai dari anggur, obat jantung hingga plak gigi.
Mikroskop baru pada dasarnya tiga mikroskop dalam satu: sistem optik adaptif untuk menjaga pencahayaan tipis dari kisi-kisi lembar cahaya saat menembus dalam organisme, dan sistem optik adaptif lain untuk menciptakan gambar bebas distorsi ketika melihat ke bawah pada bidang yang diterangi atas. Dengan menyinari laser melalui salah satu jalur, para peneliti menciptakan titik terang cahaya di dalam wilayah yang ingin mereka gambar.
Distorsi dalam gambar “bintang petunjuk” ini memberi tahu tim sifat penyimpangan optik di sepanjang jalur tersebut. Para peneliti dapat memperbaiki distorsi ini dengan menerapkan distorsi yang sama tetapi berlawanan dengan modulator cahaya pixelated pada sisi eksitasi, dan cermin yang dideformasi pada deteksi. Dalam volume besar, distorsi berubah ketika cahaya melintasi jaringan yang berbeda. Pada kasus ini,
Selain benar-benar memukau, rekaman ini sangat menarik karena ini adalah yang pertama dari jenisnya, dilakukan dengan menggunakan mikroskopi jenis baru.
Tentu, kita telah melihat sel di bawah mikroskop selama ratusan tahun . Tetapi ketika kita mencoba untuk mendapatkan rekaman mereka yang sedang bergerak, hasilnya akan kabur. Gambar yang paling jelas selalu berasal dari kelompok sel yang diawetkan pada slide kaca – yang berarti kita tidak pernah mendapatkan cerita secara utuh.
Kompleksitas lingkungan multiseluler 3D bisa menjadi luar biasa, Betzig mengatakan, tetapi kejelasan pencitraan timnya memungkinkan mereka untuk mengkomputasi “ledakan” sel-sel individu dalam jaringan untuk fokus pada dinamika pada salah satu di antaranya, seperti renovasi organel internal selama pembelahan sel.
Semua detail ini sulit dilihat tanpa optik adaptif, kata Betzig. “Ini sangat tidak jelas.” Dalam pandangannya, optik adaptif adalah salah satu bidang terpenting dalam penelitian mikroskopi saat ini, dan mikroskop sinar kisi, yang unggul pada pencitraan 3D secara langsung, adalah platform sempurna untuk menampilkan kekuatannya.
Optik adaptif belum benar-benar dipasarkan, katanya, karena teknologinya rumit, mahal, dan sampai sekarang, tidak jelas sepadan dengan usaha. Namun dalam 10 tahun, Betzig memprediksi, para biolog di mana-mana akan menggunakannya.
Langkah besar berikutnya adalah membuat teknologi itu terjangkau dan mudah digunakan. Mikroskop saat ini mengisi pada sebuah meja sepanjang 3 meter. Timnya sedang mengerjakan versi generasi berikutnya yang seharusnya muat di meja yang lebih kecil dengan biaya yang terjangkau oleh masing-masing laboratorium.
Instrumen pertama seperti itu akan pergi ke Pusat Pencitraan Lanjut Janelia , di mana para ilmuwan dari seluruh dunia dapat mengajukan permohonan untuk menggunakannya. Rencana yang dapat digunakan para ilmuwan untuk membuat mikroskop mereka sendiri juga akan tersedia secara bebas. Pada akhirnya, Betzig berharap bahwa versi optik adaptif dari mikroskop kisi akan dikomersilkan, seperti juga instrumen dasar kisi sebelumnya. Itu bisa membawa optik adaptif ke dalam mainstream.
“Jika Anda benar-benar ingin memahami sel in vivo, dan gambar dengan kualitas yang mungkin secara in vitro, ini adalah harga tiket masuk,” katanya.
