Smarta mikroskop upptäcker flyktig biologi

Som Wallenberg Scholar vill Ilaria Testa bygga ett mikroskop som kan avbilda och filma de snabba förlopp som sker i de molekylära maskinerier som till exempel styr hjärnans synapser. 

När vi tittar på en fotbollsmatch eller när vi studerar en folkmassa på ett stort område, flyttar vi vanligtvis vårt synfält snabbt för att följa en händelse. Men ofta missar vi det som sker plötsligt, snabbare än den hastighet men vilken vi kan röra våra ögon eller flytta vårt huvud, om området är för stort. Hur många gånger har du inte missat ett mål? Det är precis vad som händer i den subcellulära nanovärlden när forskare övervakar proteiner i stället för en fotboll.

Högprecisionsmikroskop har tidigare använts för att ta statiska bilder av dessa viktiga synaptiska förlopp. Men när man försöker övervaka ett stort område som en hel cell eller till och med ett nätverk av celler som interagerar, ökar tiden som behövs för att ta en bild, vilket hämmar förmågan att fånga snabba dynamiska förlopp. 

Specialiserad programvara

Ett sätt att bibehålla hastigheten är att ge upp precisionen. Precision behövs dock för att kunna observera molekylära maskinerierna såsom proteiner och deras komplex, vilka skapar synapser och ger upphov till hjärnaktivitet genom att interagera tätt och byta plats. Ilaria Testa och hennes forskargrupp siktar nu på att kombinera precision och hastighet och gå från enstaka högprecisionsbilder till filmer av det synaptiska livet och dess aktivitet, eller för att återkoppla till fotbollsanalogin – när spelaren skjuter bollen.

Den första utmaningen kommer vara att bygga ett mikroskop som levererar både hög hastighet och hög precision med kompatibel hårdvara. För detta kommer specialiserad programvara och optiska system att utvecklas. Data kommer också behöva analyseras mycket snabbt och beslutsprocesser integreras genom bildanalys som detekterar händelser korrekt. 

Målet är ett helt nytt mikroskop som kan fatta beslut och överträffa manuella mikroskopanvändare i hastighet vid till exempel byte av skalor, något som kommer att ge helt ny dynamisk data om det synaptiska livet under fysiologisk aktivitet.