Mens strukturel billeddannelse af celler i nanoskala nu er mulig, mangler en direkte registrering af den kemiske sammensætning af disse domæner. En ny teknik blev skabt af forskere ved Beckman Institute for Advanced Science and Technology for at "se" de indviklede detaljer og kemiske sammensætning af en menneskelig celle med uovertruffen klarhed og præcision. Deres metode nærmer sig signalidentifikation på en unik og kontraintuitiv måde.
Rohit Bhargava, professor i bioteknik ved University of Illinois Urbana-Champaign hvem ledede undersøgelsen, sagde, "Nu kan vi se inde i celler i en meget finere opløsning og med betydelige kemiske detaljer nemmere end nogensinde før. Dette arbejde åbner mange muligheder, herunder en ny måde at undersøge de kombinerede kemiske og fysiske aspekter, der styrer menneskelig udvikling og sygdom."
Dette nye værk er inspireret af de sidste fremskridt inden for kemisk billeddannelse.
At udsætte en celle for IR-lys hæver dens temperatur og fører til celleudvidelse. Vi kan sammenligne en puddel med en parkbænk for at se, at ikke to ting absorberer infrarøde bølgelængder på samme måde. Natsynsbriller viser også, at varmere genstande genererer stærkere IR-signaturer end køligere. Det samme er sandt inde i en celle, hvor flere typer molekyler frigiver en bestemt kemisk signatur og absorberer IR-lys ved en anden bølgelængde. Forskere kan identificere hver enkelts placering ved spektroskopisk at analysere absorptionsmønstrene.
I stedet for at analysere absorptionsmønstrene som et farvespektrum, fortolkede forskerne IR-bølgerne med en signaldetektor: en lille stråle fastgjort til mikroskopet i den ene ende med en fin spids, der skraber cellens overflade som nanoskalaen af en pladespiller.
Efter celleudvidelse bliver bevægelsen af signaldetektoren mere overdrevet og genererer "støj": såkaldt statisk, der hindrer nøjagtige kemiske målinger.
Bhargava sagde, "Det er en intuitiv tilgang, fordi vi er betinget af at tænke på større signaler som bedre. Vi tror, at jo stærkere IR-signalet er, jo højere en celles temperatur bliver, jo mere udvider den sig, og jo lettere vil den være at se."
Seth Kenkel, en postdoktor i professor Bhargavas laboratorium og studiets hovedforfatter, sagde: "Det er som at skrue op for urskiven på en statisk radiostation - musikken bliver højere, men det samme gør den statiske."
"Med andre ord, uanset hvor kraftigt IR-signalet blev, kunne kvaliteten af den kemiske billeddannelse ikke forbedres."
"Vi havde brug for en løsning for at forhindre støjen i at stige sammen med signalet."
I stedet for at fokusere deres energi på det stærkest mulige IR-signal, begyndte forskerne at eksperimentere med det mindste signal, de kunne klare, for at sikre, at de effektivt kunne implementere deres løsning, før de øgede styrken.
Kenkel sagde, "Selvom det er "kontraintuitivt", tillod det at starte i det små, at vi ærede et årti med spektroskopiforskning og lægge et kritisk grundlag for feltets fremtid."
Tilgangen tillader kemisk og strukturel billeddannelse i høj opløsning af celler på nanoskala - en skala 100,000 gange mindre end en streng af hår. Vigtigst af alt er denne teknik fri for fluorescerende mærkning eller farvningsmolekyler for at øge deres synlighed under et mikroskop.
Journal Reference:
- Seth Kenkel, Mark Gryka, et al. Kemisk billeddannelse af cellulær ultrastruktur ved null-afbøjning infrarøde spektroskopiske målinger. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
