Delftse track-and-trace methode voorspelt maximale scherpte in microscopie

Met superresolutie-microscopie wordt onder andere de ontwikkeling van nieuwe medicijnen onderzocht

Wetenschappers van de TU Delft geven inzicht in de beperkingen van superresolutie-microscopie en bieden nieuwe rekenmethode om maximale scherpte te bepalen. In hun publicatie nuanceren zij de grote precisieverbeteringen die door collega-onderzoekers eerder beweerd zijn. Met superresolutie-microscopie worden processen in de levende cel, het ontstaan van ziektes en de ontwikkeling van nieuwe medicijnen onderzocht. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Biophysical Journal.

Delfts onderzoek

Al in 2019 gaven Delftse onderzoekers het veld van de superresolutie-microscopie een flinke zet voorwaarts door de precisie van de techniek met ongeveer een factor twee te verbeteren (zie hier). Nu komen zij met een wetenschappelijk artikel dat de fundamentele beperkingen van onderdelen van de superresolutie-microscopie aangeeft. “En we bieden tevens een rekenmethode voor andere onderzoekers om beter overwogen keuzes te maken”, zegt de Delftse promovendus en eerste auteur van de publicatie Dylan Kalisvaart.

De onderzoekers onder leiding van Carlas Smith herzien de fundamenten voor de superresolutie methode genaamd Iterative Single-Molecule Localization Microscopy. Ze gebruiken belichtingspatronen om in te zoomen op individuele moleculen. Daarbij maken ze gebruik van resultaten uit eerdere experimenten om de patronen steeds dichter bij moleculen te plaatsen. Hierdoor is het mogelijk om de scherpte van het beeld te vergroten, precies op de plekken waar moleculen zitten.

Superresolutie-microscopie

Superresolutie-microscopie is een grensverleggende technologie waarmee onderzoekers in het binnenste van levende cellen kunnen kijken. De techniek maakt gebruik van lichtgevende eiwitten die onder meer in kwallen te vinden zijn. In 2008 kregen drie toponderzoekers de Nobelprijs voor de Chemie voor het ontdekken en ontwikkelen van dit lichtgevende eiwit, GFP (Green Fluorescent Protein) genaamd. Onderzoekers kunnen deze fluorescerende eiwitten met behulp van gen-bewerking aan moleculen vastzetten. Wanneer je zo’n eiwit met een laser beschijnt, geeft het vervolgens een klein beetje licht af.

Met de superresolutie methode Single Molecule Localization Microscopy (SMLM)worden moleculen willekeurig aan- of uitgezet. Gevoelige sensoren maken een video van de lichtsignalen, waarna onderzoekers een analyse maken van de verkregen data. Hierdoor kunnen zij de locatie van de moleculen heel precies bepalen en een reconstructie maken van de celstructuur. Met een gewone optische microscoop kun je op een schaal van ongeveer een halve micron afbeeldingen maken. Met superresolutiemicroscopie kun je dat tien keer zo goed doen.

Ontwikkeling superresolutiemicroscopie

Het veld van de superresolutiemicroscopie ontwikkelde zich het afgelopen decennium razendsnel. In 2014 namen drie andere onderzoekers de Nobelprijs voor de Chemie in ontvangst voor wat bekend kwam te staan als ‘superresolutie-microscopie’. Eén van de drie winnaars was de Duitse onderzoeker Stefan Hell. Onderzoekers van het lab van Hell stelden in 2020 dat Iterative Single-Molecule Localization Microscopy de resolutie veel verder zou verbeteren. De wetenschappers van de TU Delft laten zien dat deze grote resolutieverbeteringen in de praktijk vrijwel onhaalbaar zijn.

Kalisvaart: “In praktische omstandigheden kun je op zijn hoogst een verbetering van ongeveer vijf keer krijgen ten opzichte van de standaardtechniek. Het veld ging er grotendeels vanuit dat het potentieel veel groter was. Wij hebben dit probleem nu voor het eerst via een andere wiskundige (Bayesiaanse) aanpak bekeken en tonen aan dat de resolutieverbeteringen van de groep van Hell in de praktijk lastig te bereiken zijn.”

Zal men de publicatie in Biophysical Journal nu vooral zien als een setback? “Ik kijk daar heel anders tegen aan”, zegt Carlas Smith, de begeleider van Kalisvaart. “Het is essentieel dat de onderliggende wetenschap solide is. Als het hele bouwwerk niet goed is, moet je terug naar de begane grond om het fundament opnieuw te leggen.”

Lees de publicatie Precision in iterative modulation enhanced single-molecule localization microscopy

Bekijk de video

Bron: TU Delft

Redactie Medicalfacts/ Janine Budding

https://www.medicalfacts.nl

Ik heb mij gespecialiseerd in interactief nieuws voor zorgverleners, zodat zorgverleners elke dag weer op de hoogte zijn van het nieuws wat voor hen relevant kan zijn. Zowel lekennieuws als nieuws specifiek voor zorgverleners en voorschrijvers. Social Media, Womens Health, Patient advocacy, patient empowerment, personalized medicine & Zorg 2.0 en het sociaal domein zijn voor mij speerpunten om extra aandacht aan te besteden.

Ik studeerde fysiotherapie en Health Care bedrijfskunde. Daarnaast ben ik geregistreerd Onafhankelijk cliëntondersteuner en mantelzorgmakelaar. Ik heb veel ervaring in diverse functies in de zorg, het sociaal domein en medische-, farmaceutische industrie, nationaal en internationaal. En heb brede medische kennis van de meeste specialismen in de zorg. En van de zorgwetten waaruit de zorg wordt geregeld en gefinancierd. Ik ga jaarlijks naar de meeste toonaangevende medisch congressen in Europa en Amerika om mijn kennis up-to-date te houden en bij te blijven op de laatste ontwikkelingen en innovaties. Momenteel ben doe ik een Master toegepaste psychologie.

De berichten van mij op deze weblog vormen geen afspiegeling van strategie, beleid of richting van een werkgever noch zijn het werkzaamheden van of voor een opdrachtgever of werkgever.