Ενώ η δομική απεικόνιση σε νανοκλίμακα των κυττάρων είναι πλέον δυνατή, δεν υπάρχει άμεση καταγραφή της χημικής σύνθεσης αυτών των περιοχών. Μια νέα τεχνική δημιουργήθηκε από επιστήμονες στο Beckman Institute for Advanced Science and Technology για να «δουν» τις περίπλοκες λεπτομέρειες και τη χημική σύνθεση ενός ανθρώπινου κυττάρου με απαράμιλλη σαφήνεια και ακρίβεια. Η μέθοδός τους προσεγγίζει την αναγνώριση σήματος με μοναδικό και αντιφατικό τρόπο.
Rohit Bhargava, καθηγητής βιομηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις Urbana-Champaign που ηγήθηκε της μελέτης, είπε, «Τώρα, μπορούμε να δούμε τα εσωτερικά κύτταρα σε πολύ λεπτότερη ανάλυση και με σημαντικές χημικές λεπτομέρειες πιο εύκολα από ποτέ. Αυτή η εργασία ανοίγει πολλές δυνατότητες, συμπεριλαμβανομένου ενός νέου τρόπου εξέτασης των συνδυασμένων χημικών και φυσικών πτυχών που διέπουν την ανθρώπινη ανάπτυξη και τις ασθένειες».
Αυτή η νέα δουλειά είναι εμπνευσμένη από τα τελευταία βήματα στη χημική απεικόνιση.
Η έκθεση ενός κυττάρου σε υπέρυθρο φως αυξάνει τη θερμοκρασία του και οδηγεί σε επέκταση των κυττάρων. Μπορούμε να συγκρίνουμε ένα κανίς με έναν πάγκο πάρκου για να δούμε ότι κανένα στοιχείο δεν απορροφά τα υπέρυθρα μήκη κύματος με τον ίδιο τρόπο. Τα γυαλιά νυχτερινής όρασης δείχνουν επίσης ότι τα θερμότερα αντικείμενα δημιουργούν ισχυρότερες υπογραφές υπερύθρων από τα ψυχρότερα. Το ίδιο ισχύει μέσα σε ένα κελί, όπου διάφοροι τύποι μορίων απελευθερώνουν μια συγκεκριμένη χημική υπογραφή και απορροφούν το φως IR σε διαφορετικό μήκος κύματος. Οι επιστήμονες μπορούν να προσδιορίσουν τη θέση του καθενός αναλύοντας φασματοσκοπικά τα μοτίβα απορρόφησης.
Αντί να αναλύουν τα μοτίβα απορρόφησης ως χρωματικό φάσμα, οι επιστήμονες ερμήνευσαν τα κύματα υπερύθρων με έναν ανιχνευτή σήματος: μια δέσμη λεπτών στερεωμένη στο μικροσκόπιο στο ένα άκρο, με μια λεπτή άκρη που ξύνει την επιφάνεια του κυττάρου όπως η βελόνα νανοκλίμακας ενός πικάπ.
Μετά την επέκταση της κυψέλης, η κίνηση του ανιχνευτή σήματος γίνεται πιο υπερβολική και δημιουργεί «θόρυβο»: το λεγόμενο στατικό που εμποδίζει τις ακριβείς χημικές μετρήσεις.
Ο Μπαργκάβα είπε, «Πρόκειται για μια διαισθητική προσέγγιση, επειδή είμαστε προετοιμασμένοι να θεωρούμε καλύτερα τα μεγαλύτερα σήματα. Πιστεύουμε ότι όσο ισχυρότερο είναι το σήμα υπερύθρων, τόσο υψηλότερη γίνεται η θερμοκρασία ενός κυττάρου, τόσο περισσότερο διαστέλλεται και τόσο πιο εύκολο θα είναι να το δούμε».
Ο Seth Kenkel, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του καθηγητή Bhargava και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, είπε: «Είναι σαν να ανοίγεις το καντράν σε έναν στατικό ραδιοφωνικό σταθμό — η μουσική γίνεται πιο δυνατή, αλλά και η στατική».
«Με άλλα λόγια, ανεξάρτητα από το πόσο ισχυρό ήταν το σήμα IR, η ποιότητα της χημικής απεικόνισης δεν μπορούσε να προχωρήσει».
«Χρειαζόμασταν μια λύση για να σταματήσουμε τον θόρυβο να αυξάνεται παράλληλα με το σήμα».
Αντί να εστιάζουν τις ενέργειές τους στο ισχυρότερο δυνατό σήμα υπερύθρων, οι επιστήμονες άρχισαν να πειραματίζονται με το μικρότερο σήμα που μπορούσαν να διαχειριστούν, διασφαλίζοντας ότι θα μπορούσαν να εφαρμόσουν αποτελεσματικά τη λύση τους πριν ανεβάσουν την ισχύ.
Kenkel είπε, «Αν και «αντιδιαισθητικό», το να ξεκινήσουμε από μικρό μας επέτρεψε να τιμήσουμε μια δεκαετία φασματοσκοπικής έρευνας και να θέσουμε κρίσιμες βάσεις για το μέλλον του πεδίου».
Η προσέγγιση επιτρέπει τη χημική και δομική απεικόνιση κυττάρων υψηλής ανάλυσης σε νανοκλίμακα — μια κλίμακα 100,000 φορές μικρότερη από ένα σκέλος μαλλιά. Το πιο σημαντικό, αυτή η τεχνική είναι απαλλαγμένη από φθορίζοντα μόρια σήμανσης ή βαφής για να αυξηθεί η ορατότητά τους στο μικροσκόπιο.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Seth Kenkel, Mark Gryka, et al. Χημική απεικόνιση κυτταρικής υπερδομής με φασματοσκοπικές μετρήσεις υπερύθρων μηδενικής παραμόρφωσης. PNASΕ DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
