מיקרוסקופ הרחבה מאפשר הדמיה ננו עם מיקרוסקופ רגיל

מיקרוסקופ הרחבה היא טכניקת הדמיה ביולוגית המאפשרת הדמיה ננומטרית באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי קונבנציונלי מוגבל בעקיפה. זה עובד על ידי הטבעת דגימות בהידרוג'ל המתנפח במים ולאחר מכן הרחבת הג'ל. זה מרחיב פיזית את הביו-מולקולות הרחק אחת מהשנייה, ומאפשר את החקירה שלהן ברזולוציה שהושגה בעבר רק באמצעות טכניקות הדמיה יקרות ברזולוציה גבוהה.

פרוטוקולי מיקרוסקופ הרחבה נוכחיים, לעומת זאת, אינם מותאמים לאימוץ נרחב. יש לטפל בדגימות בחומרי עיגון מותאמים אישית כדי לקשר ביומולקולות ותוויות ספציפיות להידרוג'ל. בנוסף, רוב הגישות השיגו רק פי ארבע התרחבות רקמה, והגבילו את הרזולוציה האפקטיבית לסביבות 70 ננומטר במיקרוסקופ אופטי קונבנציונלי עם עדשת אובייקטיבית מוגבלת ל-280 ננומטר.

כדי להתגבר על החסרונות הללו, צוות עלה בשעה אוניברסיטת קרנגי מלון פיתחה אסטרטגיית מיקרוסקופ הרחבה חדשה בשם Magnify. הפרוטוקול, המתואר ב טבע ביוטכנולוגיה, משתמש בהידרוג'ל חדש וחזק מבחינה מכנית ששומר על ספקטרום של ביומולקולות מבלי להידרש לשלב עיגון נפרד.

Magnify יכולה להרחיב דגימות עד פי 11, מה שמאפשר הדמיה של תאים ורקמות ברזולוציה יעילה של כ-25 ננומטר באמצעות מיקרוסקופ רגיל. בשילוב עם הדמיית תנודות אופטית ברזולוציה על (SOFI, שיטת עיבוד פוסט-חישובי), היא השיגה רזולוציה יעילה של כ-15 ננומטר.

פרוטוקולים קודמים של מיקרוסקופ הרחבה דרשו גם חיסול של ביומולקולות רבות שמחזיקות רקמות יחד. "כדי להפוך תאים ניתנים להרחבה באמת, אתה צריך להשתמש באנזימים כדי לעכל חלבונים, אז בסופו של דבר, היה לך ג'ל ריק עם תוויות שמציינות את מיקומו של החלבון המעניין", מסביר מחבר בכיר יונגשין ז'או בהצהרת עיתונאים.

"אחת מנקודות המכירה העיקריות של Magnify היא האסטרטגיה האוניברסלית לשמור את הביומולקולות של הרקמה, כולל חלבונים, חומצות גרעין ופחמימות, בתוך המדגם המורחב. המולקולות נשמרות שלמות, וניתן לסמן מספר סוגים של ביומולקולות בדגימה אחת", מוסיף ג'או.

יישומים רחבים

Zhao ועמיתיו יישמו Magnify על מגוון רחב של סוגי רקמות. הדמיה של קטע מוח מורחב פי 11 של עכבר מוכתם עבור תכולת חלבון כוללת, למשל, אפשרה הדמיה של הארכיטקטורה הננוסקופית של סינפסות בודדות במוח. Magnify הדגימה כוח פתרון יעיל של סביב 18 ננומטר באמצעות עדשת אובייקטיבית ×60 (בסביבות 200 ננומטר גבול עקיפה).

החוקרים אישרו את העיוות הנמוך שהתקבל על ידי פרוטוקול Magnify על מספר סוגי רקמות, באמצעות SOFI טרום הרחבה ומיקרוסקופיה קונפוקלית לאחר הרחבה. הם לא מצאו שינויים מורפולוגיים מהותיים בין תמונות טרום-אחר-התרחבות של גרעיני תאים וסמני חלבון ברמות מקרוסקופיות או תת-דיפרקציה.

הצוות גם בדק את Magnify על מגוון של דגימות מוטבעות בפרפין - שהן בין ההכנות הביופסיות החשובות ביותר, אך קשה להרחיב אותן עם הפרוטוקולים הנוכחיים. זה כלל קטעי רקמה מכליות, שד, מוח ומעי הגס, וגידולים מתאימים. Magnify יכול להרחיב את הדגימות לפי גורמים של בסביבות 8.00-10.77 במים, תלוי בסוג הרקמה.

אחת המטרות המרכזיות הייתה להפוך את Magnify למתאים למגוון רחב של דגימות רקמה, ולהקל על קליטתה על ידי חוקרים שמעוניינים לאמץ את הפרוטוקול החדש. "זה עובד עם סוגי רקמות שונים, שיטות קיבוע ואפילו רקמה שנשמרה ואוחסנה", אומר מחבר ראשון. ברנדן גלאגר. "זה מאוד גמיש, בכך שאתה לא בהכרח צריך לעצב מחדש ניסויים עם Magnify בראש לחלוטין; זה יעבוד עם מה שכבר יש לך."

הגברת הרזולוציה

כדי להדגים את העלייה הנוספת ברזולוציה האפקטיבית שהתאפשרה על ידי זיווג של Magnify עם SOFI, החוקרים השתמשו בשילוב כדי לדמיין אורגנואידים של ריאות אנושיות, בפרט, את הריסים שמתפקדים לניקוי ריר בדרכי הנשימה. בקוטר של 200 ננומטר ובאורך של כמה מיקרומטרים בלבד, מבנים אלה הם בדרך כלל קטנים מכדי לראות אותם מבלי להשתמש בטכנולוגיה כגון מיקרוסקופיה אלקטרונית (EM).

Magnify–SOFI יכול לפתור באופן מלא את המבנה החלול של ריסים וגופים בזאליים, כולל הטבעת החיצונית שהוצגה בעבר על ידי EM כמכילה תשע צרורות של מיקרו-צינוריות. החוקרים העריכו את הרזולוציה היעילה בסביבות 14-17 ננומטר (באמצעות עדשת אובייקטיבית מוגבלת לעקיפה של 280 ננומטר). הם גם הצליחו לדמיין פגמים בסיליה בתאי ריאה עם מוטציות גנטיות.

מיקרוסקופ ברזולוציה סופר חושפת מכונות לשכפול נגיף קורונה

"עם הטכניקות העדכניות ביותר של Magnify, אנחנו יכולים להרחיב את רקמות הריאה האלה ולהתחיל לראות מבנה אולטרה של הריסים התנועתיים אפילו עם מיקרוסקופ רגיל, וזה יזרז מחקרים בסיסיים וקליניים כאחד", אומר מחבר שותף שי רן.

בהתבסס על הפיתוח המוצלח של Magnify, הצוות משתמש בו כעת כדי לחקור דגימות רקמה מורכבות עוד יותר. "זה כולל חקר רקמות נגועות כמו גם דגימות גדולות יותר כמו איברים שלמים", אומר ז'או עולם הפיזיקה. "יתרה מכך, אנו פועלים למען אופטימיזציה של Magnify לחקירת דגימות אנושיות פתולוגיות וחקר שינויים ננומטריים במוח במהלך תהליכי למידה ומחלות. עם פריצות הדרך הללו, ניתן לצפות לגילויים נוספים מתחום המחקר המבטיח ביותר הזה".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/expansion-microscopy-enables-nanoimaging-with-a-conventional-microscope/