Älymikroskooppi paljastaa elämän solun sisällä

Turun BioCityssä tutkitaan elämän arvoituksia biotieteiden uusimpien menetelmien ja teknologian huippuvälineiden avulla.

Isolla pöydällä keskellä huonetta on lasi- ja metalliosista koottu sähkölaitoksen pienoismallia muistuttava laitteisto, vierellään tietokone ja kaksi isoa näyttöä. Automatisoitu  4 D-älymikroskooppi on alansa viimeisin saavutus. Ainoa laitteen osa, joka vastaa ennakkokäsitystä mikroskoopista, on sen kyljessä sojottava kiikariobjektiivi.

- Se on ehkä koko laitteen tarpeettomin osa, sanoo professori John Eriksson (kuv. oik.) naurahtaen. Sitä voi käyttää, kun näytettä asetetaan paikalleen. Muuten havaintodata muuntuu monitoreilla seurattavaksi kuvaksi solujen, virusten ja pienten merkkiainepartikkeleiden liikkeistä.

Laitteen sydämenä on lasikupu, jonka alle tutkittavat näytteet asetetaan. Kuvussa pidetään yllä 37 asteen lämpötilaa, jossa elävät solut ovat virkeimmillään.

- Laitteen perustana on huipputason laserpyyhkäisymikroskooppi, joka skannaa haluttua kohdetta kerroksittain muodostaen siitä kolmiulotteisen kuvan. Neljäs ulottuvuus tulee ajasta, sillä laite voidaan ohjelmoida ottamaan esimerkiksi kymmenen sekunnin välein kuvaa solun tapahtumista. Näin saadaan aikaan vaikkapa video siitä, mitä tapahtuu, kun virus tunkeutuu seinämän läpi solun sisälle, tutkija Pasi Kankaanpää kertoo.

Oppiva havaintolaite

Kankaanpään väitöstutkimuksen ideana on tutkia sellaisia molekyylejä, jotka esimerkiksi virusinfektiossa tai syöpätiloissa siirtyvät solun sisälle aikaansaaden jonkin prosessin.

Punaiset virukset tunkeutuvat
vihreän solukalvon läpi solun
sisälle. Älymikroskoopin kuva-
sarja on koostettu tutkijaryh-
män kehittämällä ohjelmistolla,
jolla voidaan myös laskea
solun sisään tunkeutuvien
partikkelien määrä ja koko.
Kuvat: Pasi Kankaanpää &
Anna-Brita Puranen

- Älymikroskooppi voidaan opettaa tunnistamaan tietyt tapahtumat ja seuraamaan merkkimolekyylien liikkeitä. Erikoisinta tässä laitteessa onkin huippumikroskopian ohella juuri pitkälle viety ohjelmointiautomatiikka, Kankaapää sanoo.

Kankaanpää kertoo, että monet mikroskoopilla tarkasteltavat asiat ovat sellaisia, ettei niitä ole aikaisemmin pystytty oikeastaan edes havainnoimaan, saati laskemaan. Väitöstyötä tehdään tutkimusryhmässä, joka samalla kehittää uusia ohjelmistoja maailmanlaajuiseen käyttöön 4 D –mikroskooppikuvien analysoimiseksi.

Eriksson muistelee, kuinka vielä muutama vuosi sitten mikroskooppihavaintojen teko vaati ennen kaikkea istumalihaksia: mikroskoopin ääressä oli istuttava herkeämättä tuntikausia, jos mieli saada selville tiettyjä solun tapahtumia.

- Tämä mikroskooppi voidaan ohjelmoida tunnistamaan ja tallentamaan halutut tapahtumat samanaikaisesti vaikkapa näytelevyn kaikkiaan 96 näytekuopassa. Entisillä laitteilla kuukausia vaatinut havainnointi voidaan toteuttaa yhdessä yössä.

Mikroskooppi on prototyyppi, joita ei maailmalla ole kuin muutamissa kuvantamisen erikoisyksiköissä. Laitteen kehittely perustuu  laitevalmistajan ja turkulaisten tutkijoiden pitkäaikaiseen yhteistyöhön.

Turku Bioimaging rikkoo rajoja

Mikroskopia on yksi turkulaisen biokuvantamisen vahvuuksista. Toinen on positroniemissiotomografiaan perustuva kuvantaminen, jossa Turun syklotroni-PET -keskus on yksi alan johtavista keskuksista maailmassa. Biokuvantamista hyödynnetään esimerkiksi syöpätutkimukseen sekä immunologian, soluviestinnän ja DNA-ketjun säätelyn tutkimukseen.

Eri puolilla turkulaista yliopistokampusta toimivat biokuvantamisen yksiköt ja niitä hyödyntävät tutkimusryhmät ovat muodostaneet Turku Bioimaging -yhteistyöelimen. Se on nimetty yhdeksi kansallisesti merkittäväksi tutkimusinfrastruktuuriksi.

- Turku aikoo tulevaisuudessa profiloitua yhtenä Euroopan johtavista biokuvantamisen keskuksista, sanoo professori John Erikson, joka toimii yhteistyöelimen johtajana.

Syksyllä 2010 aloitetaan biolääketieteellisen kuvantamisen kansainvälinen maisteriohjelma, jonka Erikson uskoo kiinnostavan laajasti alan opiskelijoita ympäri maailmaa

Teksti: Timo Niitemaa
Kuva: Vesa-Matti Väärä

Teksti on lisensoitu Creative Commons Nimeä 1.0 Suomi -lisenssillä.

Julkaistu 18.02.2010 14:14, päivitetty 18.02.2010 16:39