Meskipun pencitraan struktur sel berskala nano kini dapat dilakukan, rekaman langsung komposisi kimia domain ini masih kurang. Sebuah teknik baru diciptakan oleh para ilmuwan di Beckman Institute for Advanced Science and Technology untuk “melihat” detail rumit dan komposisi kimia sel manusia dengan kejelasan dan ketepatan yang tak tertandingi. Metode mereka mendekati identifikasi sinyal dengan cara yang unik dan berlawanan dengan intuisi.
Rohit Bhargava, seorang profesor bioteknologi di University of Illinois Urbana-Champaign yang memimpin penelitian tersebut, berkata, “Sekarang, kita dapat melihat bagian dalam sel dengan resolusi yang jauh lebih baik dan detail kimia yang signifikan dengan lebih mudah dari sebelumnya. Pekerjaan ini membuka banyak kemungkinan, termasuk cara baru untuk menguji gabungan aspek kimia dan fisik yang mengatur perkembangan manusia dan penyakit.”
Karya baru ini terinspirasi dari langkah terakhir dalam pencitraan kimia.
Mengekspos sel ke sinar IR akan meningkatkan suhunya dan menyebabkan ekspansi sel. Kita dapat membandingkan seekor pudel dengan bangku taman untuk melihat bahwa tidak ada dua benda yang menyerap panjang gelombang inframerah dengan cara yang sama. Kacamata penglihatan malam juga menunjukkan bahwa objek yang lebih hangat menghasilkan tanda IR yang lebih kuat dibandingkan objek yang lebih dingin. Hal yang sama juga benar di dalam sel, di mana beberapa jenis molekul melepaskan tanda kimia tertentu dan menyerap cahaya IR pada panjang gelombang berbeda. Para ilmuwan dapat mengidentifikasi lokasi masing-masing dengan menganalisis pola penyerapan secara spektroskopi.
Alih-alih menganalisis pola penyerapan sebagai spektrum warna, para ilmuwan menafsirkan gelombang IR dengan detektor sinyal: sinar kecil yang salah satu ujungnya diikatkan ke mikroskop, dengan ujung halus yang menggores permukaan sel seperti jarum skala nano pada pemutar rekaman.
Setelah perluasan sel, gerakan detektor sinyal menjadi lebih berlebihan dan menghasilkan “kebisingan”: disebut statis yang menghambat pengukuran kimia yang akurat.
Bhargava berkata, “Ini merupakan pendekatan intuitif karena kita dikondisikan untuk menganggap sinyal yang lebih besar sebagai sinyal yang lebih baik. Kami pikir semakin kuat sinyal IR, semakin tinggi suhu sel, semakin mengembang, dan semakin mudah untuk dilihat.”
Seth Kenkel, peneliti pascadoktoral di laboratorium Profesor Bhargava dan penulis utama studi tersebut, mengatakan, “Ini seperti memutar tombol di stasiun radio yang statis — musiknya semakin keras, begitu pula suara statisnya.”
“Dengan kata lain, tidak peduli seberapa kuat sinyal IR, kualitas pencitraan kimia tidak akan meningkat.”
“Kami membutuhkan solusi untuk menghentikan peningkatan kebisingan seiring dengan sinyal.”
Alih-alih memfokuskan energi mereka pada sinyal IR terkuat, para ilmuwan mulai bereksperimen dengan sinyal terkecil yang dapat mereka kelola, memastikan bahwa mereka dapat menerapkan solusi mereka secara efektif sebelum meningkatkan kekuatannya.
Kenkel tersebut, “Meskipun “berlawanan dengan intuisi,” memulai dari hal yang kecil memungkinkan kami menghormati satu dekade penelitian spektroskopi dan meletakkan dasar penting untuk masa depan bidang ini.”
Pendekatan ini memungkinkan pencitraan kimia dan struktur sel beresolusi tinggi pada skala nano – skala yang 100,000 kali lebih kecil dari untaian sel. rambut. Yang terpenting, teknik ini bebas dari pelabelan fluoresen atau pewarnaan molekul untuk meningkatkan visibilitasnya di bawah mikroskop.
Referensi Jurnal:
- Seth Kenkel, Mark Gryka, dkk. Pencitraan kimia ultrastruktur seluler dengan pengukuran spektroskopi inframerah defleksi nol. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
