ข่าวดี: กล้องจุลทรรศน์ราคาถูกก็สามารถให้ภาพที่มีความละเอียดสูงได้เช่นกัน
ทีมนักนาโนวิทยา Ali Shaib และ Silvio Rizzoli จากศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยในเมือง Göttingen ประเทศเยอรมนี ได้พัฒนาวิธีการสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงธรรมดา ซึ่งเป็นเทคนิค ONE Microscope ซึ่งบันทึกภาพของโปรตีนแต่ละตัวและโครงสร้างเซลล์ที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในระดับหนึ่ง ของรายละเอียดที่เกินกว่ากล้องจุลทรรศน์ "ความละเอียดสูงพิเศษ" ที่มีมูลค่าหลายล้านดอลลาร์ กล้องจุลทรรศน์ "ความละเอียดสูงสุด" มูลค่าหลายล้านดอลลาร์ การค้นพบนี้เผยแพร่บนเว็บไซต์ bioRxiv ก่อนพิมพ์
"ควรมีประชาธิปไตยบางรูปแบบในเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์" ริซโซลีชี้ให้เห็นว่าความละเอียดสูงของเทคโนโลยีใหม่นี้สามารถใช้ได้กับห้องปฏิบัติการจำนวนมาก ไม่ใช่ห้องปฏิบัติการที่ร่ำรวยเพียงไม่กี่แห่ง
ความสามารถของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบธรรมดาถูกจำกัดโดยกฎของทัศนศาสตร์ ซึ่งหมายความว่าการสังเกตวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า 200 นาโนเมตรนั้นไม่ชัดเจน ริซโซลีกล่าว พร้อมเสริมว่านักวิจัยได้พัฒนาวิธีความละเอียดสูงพิเศษที่อยู่นอกเหนือฟิสิกส์ ซึ่งสามารถลดขีดจำกัดนี้เหลือประมาณ 10 นาโนเมตร วิธีการนี้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2014 ใช้เทคนิคการมองเห็นเพื่อระบุโมเลกุลเรืองแสงที่ติดอยู่กับโปรตีน
ในปี 2558 นักวิจัยได้เสนอวิธีอื่นในการหลีกเลี่ยงขีดจำกัดทางแสง ทีมนักวิจัยที่นำโดย Edward Boyden วิศวกรประสาทที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในสหรัฐอเมริกา แสดงให้เห็นว่าเนื้อเยื่อที่พองได้ (โดยใช้สารประกอบดูดซับที่พบในผ้าอ้อม) สามารถกันวัตถุที่เป็นเซลล์ให้อยู่ห่างจากกัน เทคนิคนี้เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบพองตัว ซึ่งนำไปสู่การก้าวกระโดดควอนตัมในความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ ทำให้สามารถแก้ไขโครงสร้างขนาดประมาณ 20 นาโนเมตรได้
เทคนิคของ Shaib และ Rizzoli ผสมผสานทั้งสองวิธีเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ความละเอียดที่ต่ำกว่า-1นาโนเมตร ความชัดเจนนี้เพียงพอที่จะเปิดเผยรูปร่างของโปรตีนแต่ละชนิด ซึ่งก่อนหน้านี้มักถ่ายภาพในรายละเอียดมากขึ้นโดยใช้วิธีทางชีววิทยาเชิงโครงสร้างที่มีราคาแพงกว่า เช่น กล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอน
ความเรียบง่ายของกล้องจุลทรรศน์แบบขยายเป็นส่วนหนึ่งของความน่าดึงดูด และบอยเดนประเมินว่ามีห้องปฏิบัติการมากกว่า 1,{1}} แห่งได้นำเทคนิคนี้ไปใช้ ตัวอย่างจะได้รับการบำบัดด้วยสารเคมีที่จะตรึงโปรตีนบนโพลีเมอร์ ซึ่งจะพองตัวเป็น 1000 เท่าของขนาดดั้งเดิมเมื่อเติมน้ำ ซึ่งช่วยให้โมเลกุลแยกออกจากกัน เทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์ ONE ยังใช้ความร้อนหรือเอนไซม์ในการสลาย โปรตีนเพื่อให้แต่ละชิ้นส่วนถูกยืดออกไปในทิศทางที่ต่างกันในระหว่างกระบวนการบวม
นักวิจัยได้ใช้วิธีการของพวกเขาในการบันทึกภาพโมเลกุลของสาร GABAA ซึ่งคล้ายกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโออิเล็กตรอนที่มีความละเอียดสูงและแผนที่ผลึก X-ray ของโปรตีน พวกเขายังได้จับโครงร่างของโปรตีนก้อนใหญ่ที่เรียกว่าโอโตทอกซิน ซึ่งยังไม่ได้กำหนดโครงสร้าง ซึ่งช่วยในการส่งสัญญาณเสียงในสมอง รูปร่างคล้ายกับการคาดการณ์เชิงโครงสร้างที่ทำโดยเครือข่ายการเรียนรู้เชิงลึก AlphaFold
แม้ว่าวิธีการนี้จะไม่ตรงกับความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอน ซึ่งในบางกรณีสามารถเปิดเผยรายละเอียดระดับอะตอมใกล้ที่มีขนาดเล็กกว่า 0.2 นาโนเมตร แต่เทคนิคกล้องจุลทรรศน์ด้วยไครโออิเล็กตรอนมีทั้งความอ่อนแอและมีราคาแพง Rizzoli กล่าว โดยเสริมว่า ในทางตรงกันข้าม กล้องจุลทรรศน์เพียงตัวเดียวสามารถให้วิธีที่ง่ายและรวดเร็วในการทำความเข้าใจโครงสร้างของโมเลกุลเกือบทุกชนิด
แรงจูงใจส่วนหนึ่งในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้คือการขยายการเข้าถึงกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ล้ำสมัย Rizzoli กล่าว วิธีการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบ ONE นั้นง่ายพอที่จะใช้ได้กับกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ ซึ่งเริ่มล้าสมัยในทศวรรษปี 1990
Salma Tammam นักเทคโนโลยีเภสัชกรรมจากมหาวิทยาลัยเยอรมันในกรุงไคโร วางแผนที่จะส่งนักศึกษาปริญญาเอกไปศึกษาเทคนิคดังกล่าวในฤดูร้อนนี้ ห้องปฏิบัติการของเธอศึกษาว่าอนุภาคนาโนเคลื่อนที่ผ่านเซลล์อย่างไร และพวกเขาต้องการดูรายละเอียดของอนุภาคและพาหะของพวกมัน แต่เช่นเดียวกับนักวิจัยจำนวนมากในประเทศที่มีรายได้ต่ำและปานกลาง พวกเขาไม่สามารถเข้าถึงกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงพิเศษราคาแพงได้
Noa Lipstein นักชีววิทยาด้านไซแนปส์จาก Leibniz Center for Molecular Pharmacology ในเยอรมนีกล่าวว่าการขยายการใช้กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงยังเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในสถาบันที่ได้รับทุนสนับสนุนอย่างดี เธอเพิ่งก่อตั้งกลุ่มวิจัยอิสระและเลือกใช้กล้องจุลทรรศน์ ONE ในการศึกษารายละเอียดซินแนปติก
