Előfizetés a lapra

Mikroszkóppal az élő agyban

A hét kutatója, biológia, fizika, interjú, Katona Gergely, kétfoton-mikroszkóp, mikroszkóp, Rózsa Balázs

2015/06/11

Gábor Dénes-díjat és Az Év Példaképe 2014 díját kapta meg nemrégiben Katona Gergely fizikus, aki tulajdonostársával, Rózsa Balázzsal saját fejlesztésű kétfoton-mikroszkópjukkal a világon először képesek 3D-ben, sejtszintű felbontással vizsgálni az idegsejthálózatok aktivitását, méghozzá a jelenlegi lézerpásztázó mikroszkópokhoz képest egymilliószoros sebességgel. A mikroszkópok gyártására és a további kutatások finanszírozására jött létre a Femtonics Kft., melynek ő az egyik ügyvezetője.

– Miért lett fizikus?

– Már gyerekkoromban is érdekeltek a természettudományok, a technika. Legóztam, környezetismeretből kitűnő tanuló voltam, jártam fizikaversenyekre és részt vettem a Nemzetközi Diákolimpián is. Végül fizikusként végeztem az ELTE Természettudományi Karán. Rózsa Balázzsal több mint 10 évvel ezelőtt, az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben találkoztam. Már akkor Balázs tervei között szerepelt a háromdimenziós mikroszkópok gyártása, mely mára sikerült is.

– Mit jelent az, hogy kétfoton-mik­ro­szkóp?

– Ez olyan lézerpásztázó mikroszkóp, amelyben infravörös lézert használunk. A lézer két fotonjának energiája adódik össze azért, hogy egy látható hullámhosszbeli fluoreszcens festéket gerjesszen. Ennek az az érdekessége, hogy csak nagyon nagy energiasűrűségnél, de akkor hatványozottan jelenik meg, és ennek a következményeként a lézernyaláb kizárólag a fókuszpontnál hoz létre gerjesztést. Mivel ez gyakorlatilag csak egy pont, ezért nincs szükség a hagyományos, konfokális mikroszkópokban található leképezésre, illetve bonyolultabb optikára ahhoz, hogy a mélységbeli diszkriminációt meg tudjuk tenni a pásztázás során. A detektorokat nagyon közel tesszük az objektívhez, és megfelelő leképezésekkel sokkal alacsonyabb gerjesztési szintek mellett is kiváló fluoreszcens méréseket lehet végezni. Fő előnye az alacsony károsító hatás mellett, hogy a detekció viszonylag érzéketlen a szövet szórására, így a szövet nagy mélységébe vagyunk képesek belelátni. Ez az a technológia, amellyel a legmélyebbről lehet élő, háborítatlan szövetből sejtszintű felbontással funkcionális vizsgálatokat végezni. Ez a technológia és a vele vizsgálható jelenségek divatosak mostanság a nemzetközi agykutatási fórumokon, közleményeinket ezért a legnagyobb lapokban sikerült leközölni.

– Mi ebben az új a hagyományos lézermikroszkópokhoz képest?

– A kétfoton-mikroszkópia során csak egy pontból érkezik a gerjesztett fény. Ez adja a módszer mélységbehatolási képességét. Ugyanakkor szükségessé teszi, hogy ezt a pontot mozgassuk a mintában. A hagyományos mikroszkópokban lényegében két tükröt mozgatva az objektív fókuszsíkjában tudják nagy sebességgel mozgatni a fókuszpontot, tehát viszonylag nagy sebességgel lehet képeket felvenni. Ha az ember még föl-le is mozgatja az objektívet, háromdimenziós képet tud összeállítani a mintáról. Az idegsejtben folyó fiziológiai folyamatok sebessége azonban néhány milliszekundumnyi idő, ezalatt az objektívet mozgatni lehetetlen, így nem tudunk olyan alakzatokat vizsgálni, amelyek nagy sebességgel változnak és nem esnek egy síkba, pedig elég gyakori jelenség ez az idegsejtek esetében.

 A mi mikroszkópunk képes arra, hogy a háromdimenziós minta különböző pontjaiba ugráljon mikroszekundumnyi idők alatt. Tehát képesek vagyunk a neuronhálózat különböző pontjait gyakorlatilag egyszerre mintavételezni több száz hertzes sebességgel, és így az összes elemet egyszerre mérni. Mivel az egész térfogatból bennünket csak a sejt aktivitása érdekel, ezekre koncentrálva néhány milliszekundum alatt össze tudjuk gyűjteni az adott térfogatban a bennünket érdeklő információkat.

– Ezzel a módszerrel vizsgálhatják a gyógyszerek hatását is?

– A gyógyszergyári vizsgálatok egyik iránya az, amikor beadjuk a gyógyszert az állatnak és megnézzük, hogyan hat a viselkedésére. A másik, hogy megnézzük, hová kötődnek a molekulák és ott milyen hatást fejtenek ki. A kettő közt óriási szakadék van. Az a meglátásunk, hogy el kellene kezdeni vizsgálni a gyógyszerek hatását a neuronhálózatok szintjén. Ha például egy gátló sejtcsoport úgy van behálózva, hogy gátló sejteket gátol, akkor a hálózati szinten serkentéssé válhat. Tehát szükség van a kapcsolati háló földerítésére, amire mikroszkópunk kifejezetten alkalmas. Nagyon sok olyan gyógyszer van, aminek a molekuláris mechanizmusát kiválóan értjük, de fogalmunk sincs, hogy valójában mit csinál az agyban, pedig ennek kiderítésével minden bizonnyal jobb gyógyszereket lehetne gyártani.

 Balra: élő állatban automatikusan kijelölt 532 sejt pozíciója. Jobbra: az optikai módszerrel egyszerre mért sejtek közül néhány kiemelt sejt aktivitása.

– Tehát nem kell kivenni az agyból egy szeletet, hanem működés közben is lehet vizsgálni?

– A technológia szövetbe hatolási képessége lehetővé teszi, hogy élő állatban, jellemzően egerekben is lehet vizsgálódni. Az értékes sejtek több száz mikron mélyen kezdődnek, más technológiákkal itt már egyszerűen lehetetlen sejtszintű felbontást elérni. Ez azért nagyon izgalmas, mert az állat a mérés közben ébren lehet, különféle viselkedési teszteket hajthat végre és láthatjuk, hogy a sejtek hogyan működnek „menet közben”.

– A látott folyamatok révén esetleg vissza lehet következtetni arra, hogy mire gondolhat a vizsgálat alanya?

– Igen, bár az még túlzás, hogy értjük is ezeket, de a technológia megvan arra, hogy mérjük. És remélhetőleg a következő években, évtizedekben a sok-sok mérés nyomán valóban megértjük mindazt, amit látunk. Mindenesetre az eljárás megnyithatja az útját annak, hogy sejtszintű agysebészetet végezzünk, akár emberen is.

– Ahhoz korán van még, hogy ezek a kutatások etikai kérdéseket vessenek fel?

– Ha embereken alkalmazzuk majd a technikát, ez nyilván felmerül, de az igazán új és érdekes technológiák mindig is fölvetnek etikai kérdéseket. Éppen azért, mert megváltoztatják a világot és a régi rendszerek nem mindenben vagy nem pontosan alkalmazhatók már. Ezeken persze el kell majd gondolkodni, de én ezektől nem félek. Bízom abban, hogy az emberek jól használják a lehetőségeket.

– A tudományos kutatás és az üzleti élet összekapcsolása hazánkban még nem tartozik a megszokott és mindenhol elfogadott jelenségek közé. 

– Az a mi szerencsénk, hogy meg tudtuk alkotni a céget, amelynek fő profilja, hogy mikroszkópokat gyártson. Tehát a kutatás motiválta fejlesztésből közvetlenül termékeket készítünk és az ebből befolyt pénzt kutatásra tudjuk költeni. Együtt működünk Magyarországon többek közt az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézettel, a Pázmány Péter Katolikus Egyetemmel, a BME Atomfizika Tanszékkel, de sok nemzetközi kutatóhellyel is. Kell a jó szinergia a cég és a kutatás között, hiszen a kutatás a legtisztább formájában is valamiféle marketing a technológiának. Ugyanakkor a cég új technológiák fejlesztésével, sokkal nagyobb erőforrásokkal tudja segíteni a kutatást.

 Ezt a szinergiát annyira komolyan gondoljuk, hogy a közeljövő tervei között szerepel egy bionikára koncentráló innovációs park létrehozása, egyfajta „Szilícium-völgy”, mely kulcsszerepet töltene be Magyarországon, a hasonlóan exportképes magyar csúcstechnológiai cégek létrejöttének és működtetésének támogatására. Van is már érdeklődő mind céges, mind kutatói oldalról.

– Nem érheti önöket az a vád, hogy megszűnik a tudomány tisztasága a kutatások rovására?

– Amennyiben arról beszélünk, hogy eredménynek csak a tudományos precizitással validált kutatás eredményét nevezzük, annyiban kifejezetten hasznosnak tartom megőrizni a tudomány tisztaságát. Nem gondolom azonban, hogy csak azért, mert pénzügyi motiváció van a háttérben, ez csökkentené az eredmény igazságtartalmát.

 TRUPKA ZOLTÁN

 

2015/17