Kính hiển vi đã trải qua một chặng đường dài kể từ khi nhà khoa học người Anh ở thế kỷ ¹⁷ Robert Hooke nhìn xuyên qua dụng cụ làm bằng da và vàng của mình và phát hiện ra tế bào.

Kính hiển vi công suất cao ngày nay, nhiều trong số đó vẫn dựa trên cấu hình thấu kính của Hooke, cho phép các nhà nghiên cứu xem và nghiên cứu các chi tiết nhỏ của các tế bào riêng lẻ và nhìn vào các tế bào. Với hình ảnh đơn phân tử, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi chuyển động của các phân tử riêng lẻ trong một tế bào và với hình ảnh tế bào sống hoặc in vivo , các nhà nghiên cứu thậm chí có thể xem các quá trình hoạt động của tế bào, đo khoảng thời gian mà các protein tương tác.

Tom Misteli, Tiến sĩ, thuộc Phòng thí nghiệm Sinh học Receptor và Biểu hiện Gen tại Trung tâm Nghiên cứu Ung thư (CCR) của NCI cho biết: “Thấy vẫn tin. “Khi bạn hình dung những gì đang xảy ra bên trong một tế bào, bạn có thể thấy cách mọi thứ hoạt động theo cách mà bạn không bao giờ có thể làm được nếu chỉ xét riêng về hóa sinh.”

Một số ví dụ về những hình ảnh thu được từ những tiến bộ trong kính hiển vi sẽ được giới thiệu trong Cancer Close Up, một bộ sưu tập các hình ảnh kính hiển vi được chụp bởi các nhà khoa học NCI sẽ được trưng bày tại gian hàng triển lãm của NCI trong cuộc họp thường niên của Hiệp hội Nghiên cứu Ung thư Hoa Kỳ. Các hình ảnh cũng có thể được xem và tải xuống từ NCI Visuals Online, một nguồn cung cấp miễn phí các hình ảnh liên quan đến ung thư.

Tiến sĩ Misteli, người đã giúp chọn những hình ảnh đặc trưng, là một phần của đội ngũ các nhà nghiên cứu đang phát triển sử dụng kính hiển vi để mở ra những con đường khám phá mới về hoạt động bên trong của tế bào, bao gồm cả những sự kiện có thể khiến tế bào khỏe mạnh biến đổi thành tế bào ung thư.

Tiến sĩ Misteli cho biết, một trong những tiến bộ thú vị nhất gần đây của khoa học có sự hỗ trợ của kính hiển vi là khả năng chụp ảnh thông lượng cao, đã tự động hóa nhiều bước từng tốn nhiều công sức và thời gian cần thiết để chuẩn bị các mẫu sinh học để quan sát. Sử dụng robot và hình ảnh tự động, hàng trăm mẫu có thể được xử lý cùng một lúc. Việc thu thập dữ liệu từ các hình ảnh được thực hiện bởi máy tính, vì vậy ngoài việc tự nghiên cứu các hình ảnh, các nhà khoa học có thể phân tích dữ liệu định lượng từ các hình ảnh do máy tính đo được.

Hình ảnh thông lượng cao cho phép các nhà nghiên cứu không chỉ hỏi xem protein yêu thích của họ hoạt động như thế nào mà còn tiến hành các thử nghiệm hoặc sàng lọc khám phá không thiên vị để xác định các gen chịu trách nhiệm cho bất kỳ quá trình sinh học quan tâm nào, miễn là nó có thể được hiển thị bằng kính hiển vi ánh sáng.

Ví dụ, các nhà khoa học có thể quan tâm đến vị trí của một loại protein cụ thể bên trong nhân hoặc tế bào chất của tế bào. Sử dụng một công nghệ được gọi là can thiệp RNA, các nhà nghiên cứu có thể làm gián đoạn hoạt động của một gen cụ thể và sau đó kiểm tra xem điều này ảnh hưởng đến vị trí của protein như thế nào.

Nhờ các phương pháp năng suất cao, thí nghiệm này có thể được lặp lại cho mọi gen trong bộ gen, cho phép các nhà nghiên cứu xác định tất cả các gen đóng vai trò điều chỉnh vị trí của protein mà họ đang nghiên cứu.

Một lĩnh vực khác của kính hiển vi mà Tiến sĩ Misteli nói đang cách mạng hóa sinh học ung thư là quan sát các quá trình trong tế bào sống. Sự sẵn có của các đầu dò huỳnh quang có thể gắn vào protein và DNA trong tế bào sống và sự phát triển của kính hiển vi “nhẹ nhàng” cho phép quan sát lâu dài các tế bào và mô sống đã giúp theo dõi những gì xảy ra bên trong tế bào trong thời gian dài.

Một ví dụ về cách tiếp cận này là nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Misteli để hình dung sự hình thành các chuyển đoạn nhiễm sắc thể trong các tế bào sống. Để nghiên cứu hiện tượng này, các nhà khoa học đặt các chất đánh dấu huỳnh quang lên hai phần khác nhau của nhiễm sắc thể và quan sát điều gì xảy ra khi chúng buộc nhiễm sắc thể đứt gần hai chất đánh dấu. Số phận của các đầu nhiễm sắc thể bị đứt có ý nghĩa quan trọng đối với sinh học ung thư. Các tế bào có cách để sửa chữa các nhiễm sắc thể của chúng, nhưng đôi khi các đầu sai bị dính vào nhau, dẫn đến sự chuyển vị—và sự chuyển vị đôi khi có thể khiến các tế bào trở thành tế bào ung thư.

Hiểu được cơ chế mà các nhiễm sắc thể được sửa chữa—đúng hay sai—sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu được một số cơ chế di truyền mà các tế bào khỏe mạnh được biến đổi thành tế bào ung thư.

Tiến sĩ Misteli nói: “Đã qua rồi cái thời mà khoa học có sự hỗ trợ của kính hiển vi chỉ đơn thuần là quan sát và ‘đẹp đẽ’. “Bây giờ chúng ta có thể sử dụng hình ảnh để thực sự tìm ra cách thức hoạt động của các tế bào và để khám phá ra những con đường mới.”

Tài nguyên liên quan

Chuyển đoạn nhiễm sắc thể trong một tế bào sống (video)