Forskare i Tokyo har utvecklat ett mikroskop som för första gången fångar både mikrostrukturer och nanopartiklar i levande celler – samtidigt och utan färgämnen. Tekniken kan ge nya verktyg för forskning och industri, men resultatet synliggör också hur komplex och svårtolkad cellaktivitet faktiskt är.
Forskargruppen vid University of Tokyo – Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura och Takuro Ideguchi – har tagit fram ett system som registrerar ljussignaler över ett intensitetsområde som är fjorton gånger bredare än vad standardmikroskop klarar. Metoden är helt märkningsfri, vilket innebär att cellerna inte behöver behandlas med färgämnen, något som annars ofta påverkar deras beteende.
– Jag skulle vilja förstå dynamiska processer inuti levande celler med icke-invasiva metoder, säger teamledaren Kohki Horie.
Det nya instrumentet kombinerar två sedan länge etablerade mikroskopitekniker. Kvantitativ fasmikroskopi använder framåtspritt ljus för att fånga strukturer i mikrometerstorlek. Interferometrisk spridningsmikroskopi registrerar däremot bakåtspritt ljus och kan identifiera betydligt mindre partiklar, ned till enstaka proteiner. Tillsammans ger teknikerna en betydligt mer komplett bild av vad som sker i cellen.
Utmaning att separera signalerna
Forskarna testade den kombinerade tekniken genom att studera celler som befann sig i olika stadier av celldöd. Ett centralt mål var att avgöra om det gick att särskilja de två ljusriktningarna i en och samma bild utan att signalerna blandades.
– Vår största utmaning var att rena två sorters signaler från en enda bild samtidigt som vi höll nere brusnivån och undvek sammanblandning, förklarar Keiichiro Toda.
Genom att analysera ljusets spridning kunde teamet både identifiera större cellstrukturer och följa betydligt mindre partiklar som rörde sig snabbt. De kunde även uppskatta nanopartiklarnas storlek och deras brytningsindex, alltså hur mycket ljuset böjs när det passerar materialet.
Möjliga användningsområden – och kvarstående begränsningar
Metoden kan på sikt användas för att studera små partiklar som exosomer eller virus, enligt forskarna själva. Tekniken är också skonsam för cellerna, vilket kan göra den relevant för läkemedelsutveckling och kvalitetskontroll inom bioteknik. Samtidigt visar resultaten hur komplext ljusspridning i biologiskt material är, och hur svårt det fortfarande är att tolka partiklar i nanoskala utan att använda kompletterande metoder.
– Vi planerar att studera ännu mindre partiklar, såsom exosomer och virus, och att uppskatta deras storlek och brytningsindex i olika prover. Vi vill också avslöja hur levande celler rör sig mot död genom att kontrollera deras tillstånd och dubbelkontrollera våra resultat med andra tekniker, säger Toda.
Studien publiceras i Nature Communications.
Källa: School of Science, The University of Tokyo. ”Great Unified Microscope reveals micro and nano worlds in a single view”, ScienceDaily, 17 November 2025.
