در حالی که اکنون تصویربرداری ساختاری در مقیاس نانو از سلول ها امکان پذیر است، ثبت مستقیم ترکیب شیمیایی این حوزه ها وجود ندارد. تکنیک جدیدی توسط دانشمندان موسسه علوم و فناوری پیشرفته بکمن برای "دیدن" جزئیات پیچیده و ترکیب شیمیایی سلول انسانی با وضوح و دقت بی نظیر ایجاد شد. روش آنها شناسایی سیگنال را به روشی منحصر به فرد و غیر شهودی نزدیک می‌کند.
روهیت بهارگاوا، استاد مهندسی زیستی در دانشگاه ایلینوی اوربانا شامپاین که این مطالعه را رهبری کرد، گفت: اکنون، ما می‌توانیم داخل سلول‌ها را با وضوح بسیار بهتر و با جزئیات شیمیایی قابل توجهی راحت‌تر از همیشه ببینیم. این کار فرصت‌های زیادی را باز می‌کند، از جمله راهی جدید برای بررسی ترکیبی از جنبه‌های شیمیایی و فیزیکی که بر رشد انسان و بیماری حاکم است.
این کار جدید از آخرین گام ها در تصویربرداری شیمیایی الهام گرفته شده است.
قرار گرفتن سلول در معرض نور IR دمای آن را افزایش می دهد و منجر به گسترش سلول. می‌توانیم پودل را با نیمکت پارک مقایسه کنیم تا ببینیم هیچ دو ماده‌ای طول موج مادون قرمز را به یک اندازه جذب نمی‌کنند. عینک‌های دید در شب همچنین نشان می‌دهند که اجسام گرم‌تر نشانه‌های IR قوی‌تری نسبت به موارد خنک‌تر تولید می‌کنند. همین طور است داخل یک سلول، که در آن چندین نوع مولکول یک امضای شیمیایی خاص را آزاد می کنند و نور IR را با طول موج متفاوت جذب می کنند. دانشمندان می توانند مکان هر یک را با تجزیه و تحلیل طیف سنجی الگوهای جذب شناسایی کنند.
دانشمندان به جای تجزیه و تحلیل الگوهای جذب به عنوان یک طیف رنگی، امواج مادون قرمز را با یک آشکارساز سیگنال تفسیر کردند: یک پرتو دقیقه‌ای که از یک طرف به میکروسکوپ بسته شده بود، با نوک ظریفی که سطح سلول را مانند سوزن نانومقیاس یک دستگاه ضبط خراش می‌دهد.
پس از انبساط سلول، حرکت آشکارساز سیگنال اغراق‌آمیزتر می‌شود و "نویز" تولید می‌کند: به اصطلاح استاتیک که مانع از اندازه‌گیری دقیق شیمیایی می‌شود.
بهارگاوا گفت، "این یک رویکرد شهودی است زیرا ما مشروط هستیم که سیگنال های بزرگتر را بهتر بدانیم. ما فکر می‌کنیم که هرچه سیگنال IR قوی‌تر باشد، دمای سلول بالاتر می‌رود، بیشتر منبسط می‌شود و دیدن آن آسان‌تر خواهد بود.»
ست کنکل، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه پروفسور بهارگاوا و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: "مثل این است که صفحه را در یک ایستگاه رادیویی ثابت بالا می‌بریم - موسیقی بلندتر می‌شود، اما صدای استاتیک نیز بالا می‌رود."
به عبارت دیگر، مهم نیست که سیگنال IR چقدر قدرتمند می شود، کیفیت تصویربرداری شیمیایی نمی تواند پیشرفت کند.
ما به یک راه حل نیاز داشتیم تا از افزایش نویز در کنار سیگنال جلوگیری کنیم.»
دانشمندان به جای تمرکز انرژی خود بر قوی ترین سیگنال IR ممکن، شروع به آزمایش با کوچکترین سیگنالی کردند که می توانستند مدیریت کنند و اطمینان حاصل کردند که می توانند راه حل خود را قبل از افزایش قدرت به طور موثر پیاده سازی کنند.
کنکل گفت:, اگرچه «غیر شهودی» بود، اما شروع کوچک به ما اجازه داد تا یک دهه از تحقیقات طیف‌سنجی را ارج بگذاریم و زمینه‌های حیاتی را برای آینده این حوزه فراهم کنیم.»
این رویکرد امکان تصویربرداری شیمیایی و ساختاری با وضوح بالا از سلول ها در مقیاس نانو را فراهم می کند - مقیاسی 100,000 برابر کوچکتر از یک رشته مو. مهمتر از همه، این تکنیک عاری از برچسب زدن یا رنگرزی مولکول های فلورسنت برای افزایش دید آنها در زیر میکروسکوپ است.
مرجع مجله:
- ست کنکل، مارک گریکا، و همکاران. تصویربرداری شیمیایی فراساختار سلولی با اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی فروسرخ با انحراف صفر. PNASبه DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
