Ilaria Testa har länge burit på drömmen att titta in i en levande cell och följa hur molekylära processer förändras över tid – nästan som att se myllret i en stad från ovan. Helst med möjligheten att zooma in på det som händer i varje kvarter. 

Länge krävde detta en kompromiss mellan hur tydligt detaljerna kunde visas och risken för att skada själva cellen genom den starka belysning som krävdes. Men utvecklingen av superupplösande fluorescensmikroskopi förändrade det. 

Genom att märka utvalda molekyler med fluorescerande markörer och sedan styra vilka av dem som ska lysa, släckas eller förbli mörka, blev det möjligt att se detaljer långt under det vanliga ljusmikroskopets gräns. 

Ilaria Testas mål är att ta steget vidare från stillbilder. 

– Min dröm har alltid varit att fånga molekylernas rörelser som filmer. Att följa deras dynamik med hjälp av fluorescensen och se hur de förändras över tid, säger hon. 

Nervceller i fokus från start

Sedan flytten 2015 från Tyskland till SciLifeLab i Stockholm har hennes forskargrupp bidragit med en rad betydande tekniska framsteg inom mikroskopi. Utvecklingen har gjort det möjligt att ytterligare flytta gränsen för vad som går att se i detalj, till exempel i levande hjärnceller. 

– Redan från start har vi studerat nervceller. De är fascinerande eftersom så mycket sker så snabbt på en liten yta. På mindre än en mikrometer rör sig molekyler, det avfyras signaler och på mycket kort tid återställs sen jämvikten. De är perfekta system att studera med superupplösande mikroskopi.

Hennes grupp har bland annat publicerat resultat som visar vad som sker när nervceller kommunicerar med varandra. Och även tredimensionella bilder av mitokondrier, cellernas kraftverk, som visat att de kan innehålla olika mycket genetiska material beroende på var de återfinns i cellerna. 

– Resultaten öppnar ett helt fält av nya frågor och det är kanske det mest intressanta med den här typen av forskning. Hur får synapserna sin energi? Hur drivs de snabba processerna i dessa små utrymmen? Varför ser mitokondrierna olika ut beroende på var de befinner sig i neuronen?

Ilaria Testa har alltid varit mån om att forskargruppen ska rymma en mångfald av kompetenser. Därför finns allt från fysiker, optiska ingenjörer, biologer och kemister vid hennes sida. 

– I början fick jag kritik för att vara för ofokuserad. Men för mig handlar det om balans. Vi utvecklar system som andra grupper ska kunna använda. Utan deras perspektiv riskerar vi att överarbeta små detaljer som kanske inte spelar så stor roll för att föra fältet framåt, säger hon. 

Smarta mikroskop

Nästa steg är att kombinera de tekniska framstegen i ett mikroskop som på egen hand ska fånga extra intressanta händelser i ett cellprov. Förändringar som kan vara över på en mikrosekund. 

Hon har liknat det med att försöka se ett stjärnfall en mörk höstkväll: för en människa kräver det fokus, tålamod och ett stort mått av tur. Men för en maskin är förutsättningarna annorlunda. 

Min dröm har alltid varit att fånga molekylernas rörelser som filmer. Att följa deras dynamik och se hur de förändras över tid

Mikroskopet ska ha ett helikopterperspektiv över allt som sker och förmågan att blixtsnabbt zooma in för att visa detaljer så högupplöst som möjligt. 

Men framför allt ska det kunna förutse en förändring innan den sker. 

– Mikroskopet ska reagera med hjälp av sensorer i nervceller som lyser upp när något förändras, som till exempel kalciumhalten eller pH-nivån. Snabbheten gör det möjligt att fånga händelser som tidigare inte gick att se.

Mikroskopet ska även kunna fånga tredimensionella rörelser i cellen som rotationen hos molekyler när de förändras eller smälter samman. 

För att lyckas krävs en omfattande mjukvarutveckling för att hantera den komplexa tekniken. AI-baserad bildigenkänning ska ge mikroskopet möjlighet att se formförändringar, och artificiell intelligens hjälper även till att anpassa programmeringen till olika miljöer. Slutmålet är att hela systemet ska vara så öppet som möjligt för att spridningen ska bli maximal. 

– Målet är att alla verktyg vi utvecklar ska vara öppna och spridas via open source. Andra forskare ska sedan kunna göra sina egna tillägg, till exempel anpassa instrumentet efter andra vävnader. 

Fångas av det visuella

Hennes forskarbana tog sin början i intresset för matematik under uppväxten i Genua, Italien.

– På gymnasiet hade jag en fantastisk matematiklärare: hon var inspirerande och fick matematiken att kännas levande. Hennes man var dessutom fysiker och delade med sig om ämnet teoretisk fysik. 

Samtidigt har hon alltid odlat ett intresse för konst och kultur. Varje konferensresa rymmer även ett besök på museum. Och bland fritidsintressena finns både fotografi och måleri. 

– Jag har alltid lockats av bild och form. När jag såg de första bilderna från mina experiment så fångades jag både av det visuella och gåtorna bakom varför bilden ser ut som den gör. Kanske det är därför jag hittar så mycket inspiration i mikroskopin: det får mig att känna mig lite som en konstnär.

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström