Magyar kutatóknak sikerült elsőként a világon háromdimenziós mikroszkópot készíteniük. Az [origo] Rózsa Balázst, a mikroszkóp fejleszté-sét vezető fiatal kutatót, a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet munkatársát, és Vizi E. Szilvesztert, az MTA elnökét kérdezte.

- Próbálkozott-e már más is a világon háromdimenziós mikroszkóp kifejlesztésével, vagy maga az ötlet is forradalmian újszerű volt és a ti fejetekből pattant ki?

Még 2000 környékén merült fel először bennem az ötlet, hogy szükség lenne újfajta három-dimenziós (3D-s) mérési technológiákra, ha meg akarjuk érteni az agyműködést. Mint minden kezdet, ez is nehezen indult. Az egyetem mellett sokat dolgoztam, mintegy három év alatt teremtettem elő azt az összeget, amelyből az első, már működő prototípust megépítettem. Az, hogy fejlesztéseink ilyen sikeresek lettek, Vizi E. Szilveszter professzor úr, a tanítómesterem támogatásának köszönhető. Ő tette lehetővé, hogy Magyarországon egy alapvetően új kutatási irányzat, egy úgynevezett kétfoton-fejlesztőlaboratórium munkája indulhasson el. Emellett eredményeink nagyban köszönhetők tanítványomnak, Katona Gergelynek, aki alapvető új ötletekkel járul hozzá munkánkhoz. Persze időközben másoknak is eszébe jutott a világon az elképzelés a mikroszkópról, hiszen ki ne szeretne 3D-ben mérni! Jelenleg már három-négy csapatról tudunk, akik szintén dolgoznak 3D-s mikroszkópon, és vannak közöttük olyanok is, akik valóban jó minőségű eszköz létrehozása felé tartanak. Ám jelenlegi ismereteink szerint sok évvel előttük járunk.

- Ha egyszer 3D-ben mindenki szeretne mérni, hogyan lehetséges, hogy csak a 2000-es években indultak meg a fejlesztések?

Először is fontos kiemelni, hogy korábban is tudtak 3D-ben mérni, de míg a korábbi techno-lógiákkal egy megfelelő minőségű, vagyis jó jel/zaj viszonyú kép elkészítéséhez percekre volt szükség, addig az általunk kifejlesztett technológiákkal ugyanazt a minőséget a másodperc ezredrésze alatt, mintegy 4-5 nagyságrenddel gyorsabban el lehet érni. Ez azért fontos, mert ez az a sebességhatár, amelyet átlépve már lehetővé válik az agy gyors fiziológiás aktivitásának a mérése. Tíz évvel ezelőtt ezt a projektet még nem lehetett volna megvalósítani, mert az elektronika, az optika, a számítástechnika és a nemlineáris mikroszkópiai módszerek robba-násszerű fejlődésének szorzata még csak most érte el azt a színvonalat, ami ezt lehetővé tette. Maga a mikroszkóp az úgynevezett kétfoton-effektus alapján működik. Ezt a kvantummechanikai jelenséget még 1931-ben fedezték fel, és először a kémikusok foglalkoztak vele behatóbban a 60-as években. Egészen a 90-es évekig, egy Denk nevű német fizikus Science cikkéig kellett várni arra, hogy a kétfoton-technológiát a mikroszkópiában is használják.

- Az előbb említetted, hogy sok évvel és szemponttal mások előtt jártok. Mely dolgokban?

Három fontos dolog van, amiben a mi mikroszkópunk jobb, mint most bárki másé a világon. A hagyományos pásztázó mikroszkópokkal a feltérképezésre váró agyszeletnek egyszerre csak egy nagyon kicsi területét lehet megvizsgálni, és azt is csak síkban. A térbeliséget csak úgy lehet érzékelni, ha a mintán szépen lassan sok-sok mérést hajtanak végre úgy, hogy a mintát közben emelik és süllyesztik, vagy az objektívet mozgatják. Ez egyfelől nagyon lassú, másfelől csak egy-egy sejtről ad információt és azt is eltérő időpillanatokban. Mi a kétfoton-effektust felhasználva olyan elveket és trükköket alkalmaztunk, amelyekkel nincs szükség erre a mechanikai mozgatásra, hiszen a mikroszkópunk a mintát egyazon időpillanatban vastagságában is átfogja. A másik, talán még ennél is fontosabb vívmányunk a mérés idejének lerövidítése, mint azt már említettem. Végül a harmadik előnyünk az, hogy ezt a négy nagyságrenddel gyorsabb, valódi térbeliséget adó mérést rendkívül jó felbontással tudjuk végrehajtani. Emellett számtalan előnye van mikroszkópjainknak, például sokkal nagyobb az érzékenységük, valamint az a nagyon rugalmas, felhasználóbarát vezérlőprogram, amit Katona Gergely írt hozzá.

- Készen van a mikroszkóp, vagy van még rajta mit fejleszteni?

Igazából nem egy mikroszkópot készítünk egyszerre, összesen már három verziónk van. A fényképen a második generációs, legújabb készülékünk látható. Az első verzió, amin jelenleg is folynak mérések, már több mint egy éve működik, de még csak 7 mikrométeres vastagságban tudott szkennelni; a második verziónk már 20 mikrométer mélyen lát bele a mintába (a mikrométer a milliméter ezredrésze - a szerk). Ezek a számok laikus számára valószínűleg nagyon kicsiny értékeknek tűnhetnek, ám már ekkora tartományba is nagyon sok idegsejt, illetve idegsejtnyúlvány fér bele, pláne, ha ügyesen vágjuk az agyszeletet. Már így is sokféle biológiai kísérlethez nagyon jól használható a mikroszkóp, de ez még mindig nem az, amit mi igazából szeretnénk. A legmerészebb álmaiban minden agykutató azt szeretné, hogy tetszőlegesen betolhasson egy állatot vagy embert a mikroszkópba műtét közben, és megnézze mondjuk a hippocampus működését. Persze ettől még messze vagyunk, de mégiscsak ez az az út, amin haladunk. Nyár közepére készül el a mikroszkóp harmadik verziója, amely egy körülbe-lül 800x800 mikrométeres területet már 200 mikrométeres vastagságban fog tudni szkennelni.

- Hányan vesztek részt a fejlesztésben?

Alapvetően ketten visszük a fejlesztéseket Katona Gergellyel. Mint a témavezető, többnyire én találom ki mikroszkópjaink koncepcióját, tervezem és építem az optikát, mechanikát és az elektronika egy kis részét, míg Gergely a programozást és az elektronikai tervezéseket végzi, világszínvonalon. Gyakorlatilag az egész mikroszkópot saját kezűleg építjük.

Olyan darabokból van összerakva, amelyeket vagy mi magunk fejlesztünk, vagy megveszünk a kereskedelmi forgalomban. Fejlesztéseink nem lennének sikeresek, ha nem állna mögöttünk egy elektronikusokból - Vági András, Engárd Ferenc -, fizikusokból - Szipőcs Róbert, Fekete Júlia -, gépészekből - Valenta László, Volosin Tibor - álló, multidiszciplináris fejlesztőcsapat. Legújabb találmányunkat pedig Maák Pál optikai tervezőmérnökkel közösen készítjük. Az a jó fejlesztéseinkben, hogy egészen elemi szintről építetjük fel moduláris mikroszkópjainkat, minden a mi kezünkben van, ezért nagyon megbízhatóan működnek a rendszereink, hiszen ismerjük minden porcikájukat. Mi olyan kutatók-fejlesztők vagyunk, hogy ha egyszer megalkottunk valamit, akkor az működik is, nem csak "működget". Külső kollaborációink közül ki kell emelnem, hogy októbertől Rátai Dánielékkel közösen egy 3D-s számítógépes munkakörnyezetet fejlesztünk, amely nemcsak megjeleníti 3D-ban a mikroszkóp által mért adatokat, hanem egy valódi 3D-s interakciót tesz lehetővé a mikroszkóp és a kutató között.