Forskare har för första gången avbildat molekylers fullständiga 3D-orientering och position inuti celler

The polarized diSPIM microscope, which can image full 3D orientation and position of molecules in cells. The instrument was constructed in the Hari Shroff lab at the National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) after the idea was conceived at the Marine Biological Laboratory, Woods Hole. Liquid crystals used for polarized illumination are shown in green circles. The diSPIM’s dual-view paths meet at a right angle on the sample. See Chandler et al., PNAS, 2025. Credit: Min Guo

Forskare har utvecklat ett innovativt hybridmikroskop som för första gången kan avbilda molekylers fullständiga 3D-orientering och position inuti celler. Detta genombrott kombinerar två avancerade tekniker: polariserad fluorescens, som mäter molekylorientering, och dual-view light sheet-mikroskopi (diSPIM), som möjliggör högupplöst avbildning längs djupaxeln i ett prov1 3.

Hur mikroskopet fungerar

Polariserad fluorescens: Denna teknik används för att mäta orienteringen av molekyler genom att analysera deras fluorescerande signaler.
diSPIM-teknik: Mikroskopet använder två bildvägar som möts i rät vinkel vid provet, vilket förbättrar djupupplösningen och möjliggör mer exakt belysning med polariserat ljus1 3.

Genom att kombinera dessa tekniker kan forskare nu korrigera för tidigare begränsningar, såsom svårigheten att analysera molekyler som inte ligger i ett plan vinkelrätt mot observationsriktningen. Detta gör det möjligt att få en komplett bild av molekylers orientering och position, även i komplexa biologiska strukturer som exempelvis mitotiska spindlar under celldelning1 3.

Tillämpningar och framtida utveckling

Studera proteiners dynamik: Mikroskopet kan registrera förändringar i proteiners 3D-orientering, vilket är avgörande för att förstå hur de interagerar med andra molekyler och utför sina funktioner1 3.
Förbättrad analys av cellstrukturer: Verktyget kan användas för att studera komplexa strukturer som mikrotubuli utan de begränsningar som traditionella metoder har1.
Framtida mål: Forskarna planerar att öka systemets hastighet för att kunna observera förändringar i realtid samt utveckla nya fluorescerande markörer för att bredda användningsområdet till fler biologiska strukturer1 3.

Vetenskapligt samarbete

Projektet är resultatet av ett nära samarbete mellan forskare vid Marine Biological Laboratory (MBL), University of Chicago och National Institutes of Health (NIH). Tekniken utvecklades genom flera års arbete, där forskare kombinerade avancerad optik och algoritmutveckling för att möjliggöra rekonstruktioner av molekylers 3D-orientering och position1 3.

Detta hybridmikroskop representerar ett stort steg framåt inom biofysik och cellbiologi, med potential att avslöja biologiska processer som tidigare varit dolda.

Related Stories

Upptäckten av en ny färg: Olo – en revolution inom synforskning

Ett undantag från termodynamikens lagar: Formåterställande vätska utmanar läroböckerna

Forskare sammanfogar två ’omöjliga’ material till en ny artificiell struktur