Zespół z Wydziału Fizyki UW we współpracy z naukowcami z izraelskiego Instytutu Weizmanna dokonał kolejnego przełomowego odkrycia w dziedzinie mikroskopii. Wyniki badań naukowców, wśród których byli m.in. Aleksandra Środa, Adrian Makowski i dr Radek Łapkiewicz z Zakładu Optyki IFD, zostały opublikowane na łamach czasopisma „Optica”.
Projekt był realizowany w ramach programu FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Na łamach czasopisma „Optica” naukowcy przedstawili nową, rewolucyjną metodę mikroskopii, która teoretycznie nie ma limitu rozdzielczości. W praktyce udało się wykazać aż czterokrotne pokonanie tzw. ograniczenia dyfrakcyjnego, wynikającego z natury światła i będącego jedną z głównych przeszkód w obserwowaniu najmniejszych struktur biologicznych.
Dalszy rozwój nauk biologicznych i medycyny wymaga obserwacji coraz to mniejszych obiektów. Naukowcom zależy na tym, żeby mieć wgląd w strukturę i wzajemne oddziaływania np. białek w komórkach. Przy tym, oglądane próbki nie powinny różnić się od struktur występujących naturalnie w organizmie, co wyklucza użycie zbyt agresywnych procedur i odczynników. Klasyczny mikroskop optyczny, choć dokonał rewolucji w naukach przyrodniczych, dziś jest już dalece niewystarczający. Z uwagi na falową naturę światła mikroskop optyczny nie pozwala na obrazowanie struktur mniejszych niż ok. 250 nanometrów. Obiekty położone od siebie bliżej niż połowa długości fali światła (czyli właśnie ok. 250 nm dla światła zielonego) przestają być rozróżnialne. Jest to tzw. ograniczenie dyfrakcyjne, które próbują pokonać naukowcy. Rozdzielczość o kilka rzędów wielkości większą niż mikroskop optyczny ma mikroskop elektronowy, ale można w nim obserwować wyłącznie martwe obiekty, umieszczone w próżni i bombardowane wiązką elektronów. Za pomocą mikroskopii elektronowej nie można zatem badać żywych organizmów ani naturalnie zachodzących w nich procesów. Rozwiązaniem jest mikroskop fluorescencyjny. Dlatego też super-rozdzielcza mikroskopia fluorescencyjna jest aktualnie bardzo dynamicznie rozwijającym się obszarem nauk fizycznych, a badania na rzecz jej rozwoju zostały już dwukrotnie uhonorowane Nagrodą Nobla – w 2008 i 2014 roku.
Obecnie istnieje już kilka technik mikroskopii fluorescencyjnej, a niektóre z nich stały się narzędziami powszechnie stosowanymi w obrazowaniu biologicznym. Część metod, takie jak mikroskopia PALM, STORM lub STED, charakteryzują się olbrzymią rozdzielczością i pozwalają na rozróżnianie obiektów oddalonych od siebie o zaledwie kilkanaście nanometrów. Techniki te wymagają jednak długiego czasu ekspozycji oraz skomplikowanego przygotowania preparatów biologicznych. Inne techniki, takie jak mikroskopia SIM lub ISM, są metodami łatwymi w użyciu, ale posiadają znacznie ograniczoną rozdzielczość i pozwalają oglądać struktury jedynie dwukrotnie mniejsze od ograniczenia dyfrakcyjnego.
Aleksandra Środa, Adrian Makowski i dr Radek Łapkiewicz z Laboratorium Optyki Kwantowej na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego – wraz z zespołem prof. Dana Orona z Instytutu Weizmanna w Izraelu – opracowali nową technikę mikroskopii super-rozdzielczej, nazwaną przez nich Super-resolution optical fluctuation image scanning microscopy (SOFISM). Jest ona ulepszeniem istniejącej metody ISM. – SOFISM oferuje kompromis pomiędzy łatwością użycia a rozdzielczością. Wierzymy, że nasza metoda może wypełnić niszę pomiędzy skomplikowanymi, trudnymi w użyciu technikami o bardzo wysokiej rozdzielczości a metodami o niskiej rozdzielczości, lecz prostymi w użyciu. SOFISM nie posiada teoretycznego limitu rozdzielczości, jednakże w naszej pracy przedstawiliśmy wyniki, w których zdołaliśmy czterokrotnie pokonać ograniczenie dyfrakcyjne. W artykule pokazaliśmy również, że metoda SOFISM posiada wysoki potencjał w obrazowaniu trójwymiarowych struktur biologicznych – mówi dr Radek Łapkiewicz.