Moleculen bespied door schot van drie ir-fotonen

Bij de bestudering van biologische processen is de 'gewone' lichtmicroscoop nog altijd een onmisbaar instrument. In de laatste tien jaar zijn er veel trucs ontwikkeld om een nog nauwkeuriger beeld te krijgen van wat zich allemaal in cellen afspeelt.

Met een confocale microscoop is het bijvoorbeeld mogelijk drie-dimensionale plaatjes te maken met een veel beter contrast. Daarbij is een grote hoeveelheid kleurstoffen beschikbaar gekomen, waarmee interessante moleculen specifiek kunnen worden gelabeld. Door deze markers met (laser)licht van de juiste golflengte aan te slaan, beginnen ze te fluoresceren en 'verraden' zo de aanwezigheid van het aangehechte molecuul. Helaas lichten veel kleurstoffen alleen onder invloed van ultraviolet (UV) licht op, en wordt ook de eigen fluorescentie van biologische moleculen dan pas zichtbaar. UV-fotonen zijn echter zo energetisch dat bestraling van cellen kan leiden tot oververhitting en ongewenste chemische reacties: cellen overleven dit zelden.

Natuurkundigen van Cornell University hebben een methode ontwikkeld om zonder UV-licht toch de gewenste markers aan te slaan (Science, 24 januari 1997). Het idee is verrassend simpel: biedt een molecuul niet één - schadelijk - UV-foton aan, maar drie - onschadelijke - infrarood (IR)-fotonen tegelijk. De energie van deze drie samen moet dan natuurlijk wel voldoende zijn om het molecuul te laten fluoresceren. De cel overleeft de belichting, en bovendien wordt het infrarode licht veel minder verstrooid door het weefsel waarin het zich voortplant. Er kan dus veeldieper in een cel worden doorgedrongen. Verder wordt het drie-fotonsignaal uitsluitend in het brandpunt van de laser opgewekt: alleen daar zijn immers voldoende fotonen beschikbaar om alle moleculen te voorzien. Dat betekent dat het op alle andere plekken in de cel waar de laser passeert, donker blijft. Zo wordt een goed contrast verkregen.

De methode werd gebruikt om de verdeling van de neurotransmitter serotonine aan te tonen in kleine voorraadbolletjes in rattecellen. Dat was tot nu toe niet gelukt. De 3D-beelden laten prachtig zien waar het serotonine zich bevindt en in welke concentratie. Doordat ook het volume van de bolletjes nauwkeurig kon worden bepaald, werd zelfs een schatting verkregen van het aantal moleculen dat zich in elk bolletje bevindt: zo'n 100 miljoen. Hoewel de eerste stappen op weg naar commercialisatie van de techniek al zijn gezet, staat de benodigde kostbare en ingewikkelde laser voorlopig een brede verspreiding in de weg.