Naukowcy z Katedry Biofizyki UMCS zakupią mikroskop do obrazowania biomolekularnego poza limit rozdzielczości typowej mikroskopii optycznej, aby móc bliżej zobaczyć najmniejsze struktury biologiczne. Ten unikatowy system zarówno w Polsce, jak i na świecie, pozwoli na rutynowe obrazowanie z rozdzielczością przestrzenną około 60 mm. Warta 4,5 miliona złotych aparatura będzie działać w oparciu o technologię, która zdobyła nagrodę Nobla z chemii w 2014 r. i przyczyni się do wzmocnienia środowiska naukowego w całej Polsce.
Zakup mikroskopu superrozdzielczego z wyposażeniem do przygotowania próbek (kriostat-mikrotom) będzie realizowany w ramach tzw. grantu aparaturowego pozyskanego przez Katedrę Biofizyki UMCS z dofinansowania MEiN na lata 2023-2024. Inwestycja ściśle wiąże się z charakterem badań prowadzonych w Katedrze Biofizyki UMCS oraz z bogatą współpracą Katedry z innymi podmiotami w ramach badań doświadczalnych nad wspólnymi projektami naukowymi.
– Do tej pory w Polsce jest zainstalowanych tylko pięć tego typu urządzeń przy czym tylko jedno z nich pracuje w tzw. układzie otwartym, tzn. umożliwiającym przestrajanie do pożądanej konfiguracji pomiarowej – tłumaczy dr hab. Rafał Luchowski, prof. UMCS i podkreśla, że właśnie taki ma być ten mikroskop w Lublinie.
Od kilkunastu lat naukowcy z Katedry Biofizyki UMCS angażują się w badania na poziomie molekularnym. Obecnie posługują się znakomitym mikroskopem fluorescencyjnym do obrazowania czasowo-rozdzielczego – również o unikatowej konfiguracji w skali światowej. Wcześniej w celu prowadzenia podobnych badań musieli jeździć do USA, i to właśnie podczas staży w ośrodkach zagranicznych zdobyli cenne doświadczenia i umiejętność obsługi tego typu sprzętu. Teraz nowa aparatura podniesie poprzeczkę możliwości badawczych jeszcze wyżej – o obrazowanie molekularne poza kolejną granicą rozdzielczości.
– Mikroskopia optyczna, którą obecnie stosujemy, wykorzystująca technikę fluorescencyjną lub ramanowskie rozpraszanie światła, posiada ograniczenia związane z długością fali promieniowania – możemy zobaczyć obiekty, która są odległe od siebie ok. 200 nanometrów, podczas gdy nas interesuje znacznie większa dokładność obrazowania. Chcemy zobaczyć m.in. jak przebiega przekazywanie energii, która pojawia się na skutek absorpcji światła w membranach fotosyntetycznych, zbadać jakimi kanałami dociera i do jakich obszarów. Nobel z chemii sprzed kilku lat pokazał, że jest to możliwe, więc i my chcemy pokonać te ograniczenia – mówi prof. dr hab. Wiesław Gruszecki, kierownik Katedry Biofizyki UMCS.
– Mikroskop superrozdzielczy pozwoli nam zobaczyć rzeczy, które tradycyjne mikroskopy, używające fali świetlnej z zakresu widzialnego, nie potrafią dostrzec. Zastosowana w nim technologia pozwoli uzyskać nam rozdzielczość, dwa razy większą niż ta, którą jesteśmy w stanie osiągnąć w dotychczasowych badaniach optycznych – dodaje dr hab. Wojciech Grudziński, prof. UMCS.
Na zakup mikroskopu naukowcy mają rok. Obecnie trwają rozmowy z firmami takimi jak: Zeiss, Picoquant czy Olympus, które posiadają bogate doświadczenie i specjalizują się w budowaniu zaawansowanych systemów mikroskopowych. Jednak ten skonfigurowany dla UMCS będzie unikalny w skali światowej.
Obrazowanie żywych obiektów biologicznych, w tym pojedynczych komórek to w zasadzie codzienność w pracy Katedry Biofizyki UMCS. Doposażenie laboratorium w superrozdzielczy mikroskop optyczny umożliwi rozwój badań realizowanych przez tę jednostkę wokół czterech głównych obszarów, takich jak:
– rola i funkcje ochronne karotenoidów obecnych w oku, w szczególności związanych z obroną przed chorobą starczego zwyrodnienia plamki żółtej oka ludzkiego;
– odziaływania cząsteczek o znaczeniu biologicznym i medycznym z błonami lipidowymi, głównie w odniesieniu do leku przeciwgrzybiczego – amfoterycyny B;
– funkcja regulacyjna antenowych układów fotosyntetycznych u roślin;
– oddziaływania biomolekuł z nanocząsteczkami i platformami plazmonicznymi (celem poprawienia własności detekcyjnych cząsteczek charakteryzujących się niską wydajnością kwantową emisji oraz zastosowania nanocząstek jako nośników leków).
Ta nowoczesna, zaawansowana aparatura w połączeniu z wiedzą, umiejętnościami oraz kompetencjami naukowców z Katedry Biofizyki UMCS znacznie podniesie jakość interdyscyplinarnych badań naukowych prowadzonych na naszej Uczelni, a także otworzy dodatkowe możliwości współpracy z innymi jednostkami, umożliwiając tym samym przeprowadzanie badań na światowym poziomie. Eksperymenty za pomocą mikroskopu będą mogli wykonywać zarówno biofizycy, fizycy, medycy jak i biolodzy czy chemicy.
– Współpracę z nami chciałyby nawiązać lub kontynuować liczni badacze oraz ośrodki naukowe, wśród nich: dr Tomasz Laskowski i prof. Jacek Czub z Politechniki Gdańskiej; prof. Agnieszka Nawrocka oraz dr Renata Welc-Stanowska z Instytutu Agrofizyki PAN w Lublinie; dr Tomasz Trombik oraz prof. Anita Płazińska z Uniwersytetu Medycznego w Lublinie; prof. Łukasz Piątkowski z Politechniki Poznańskiej; prof. Jacek Jemielity z Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Arkadiusz Matwijczuk z Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie – wymienia autor wniosku grantowego prof. Rafał Luchowski od kilkunastu lat zaangażowany w badania prowadzone w Stanach Zjednoczonych oraz Polsce, w których wyzwanie stanowiło przekraczanie kolejnych limitów rozdzielczości w mikroskopii optycznej.
Wnioskowany zestaw aparatury obejmuje: mikroskop optyczny superrozdzielczy, wraz z jednostką sterującą i oprogramowaniem, wyposażony w układ niezbędny do pracy z materiałem pochodzenia biologicznego, czyli komorę przyżyciową dla komórek oraz mikrotom z zestawem noży diamentowych. W zależności od przebiegu procedur przetargowych możemy się spodziewać, że najwcześniej sprzęt fizycznie trafi do Katedry Biofizyki w roku 2024.