Mens strukturell avbildning av celler i nanoskala nå er mulig, mangler en direkte registrering av den kjemiske sammensetningen til disse domenene. En ny teknikk ble laget av forskere ved Beckman Institute for Advanced Science and Technology for å "se" de intrikate detaljene og den kjemiske sammensetningen til en menneskelig celle med enestående klarhet og presisjon. Metoden deres nærmer seg signalidentifikasjon på en unik og kontraintuitiv måte.
Rohit Bhargava, professor i bioingeniør ved University of Illinois Urbana-Champaign som ledet studien, sa, "Nå kan vi se innsiden av celler i en mye finere oppløsning og med betydelige kjemiske detaljer lettere enn noen gang. Dette arbeidet åpner mange muligheter, inkludert en ny måte å undersøke de kombinerte kjemiske og fysiske aspektene som styrer menneskelig utvikling og sykdom."
Dette nye verket er inspirert av de siste skrittene innen kjemisk bildebehandling.
Å utsette en celle for IR-lys øker temperaturen og fører til celleutvidelse. Vi kan sammenligne en puddel med en parkbenk for å se at ingen ting absorberer infrarøde bølgelengder på samme måte. Nattsynsbriller viser også at varmere objekter genererer sterkere IR-signaturer enn kjøligere. Det samme er sant inne i en celle, hvor flere typer molekyler frigjør en bestemt kjemisk signatur og absorberer IR-lys ved en annen bølgelengde. Forskere kan identifisere hver enkelt plassering ved å spektroskopisk analysere absorpsjonsmønstrene.
I stedet for å analysere absorpsjonsmønstrene som et fargespekter, tolket forskerne IR-bølgene med en signaldetektor: en liten stråle festet til mikroskopet i den ene enden, med en fin spiss som skraper cellens overflate som nanoskala-nålen til en platespiller.
Etter celleekspansjon blir bevegelsen til signaldetektoren mer overdrevet og genererer "støy": såkalt statisk som hindrer nøyaktige kjemiske målinger.
Bhargava sa, "Det er en intuitiv tilnærming fordi vi er betinget av å tenke på større signaler som bedre. Vi tror at jo sterkere IR-signalet er, jo høyere temperaturen til en celle blir, jo mer utvider den seg, og jo lettere blir den å se.»
Seth Kenkel, en postdoktor i professor Bhargavas laboratorium og studiens hovedforfatter, sa: "Det er som å skru opp skiven på en statisk radiostasjon - musikken blir høyere, men det samme gjør den statiske."
"Med andre ord, uansett hvor kraftig IR-signalet ble, kunne ikke kvaliteten på den kjemiske avbildningen utvikle seg."
"Vi trengte en løsning for å stoppe støyen fra å øke sammen med signalet."
I stedet for å fokusere energien på det sterkeste mulige IR-signalet, begynte forskerne å eksperimentere med det minste signalet de kunne håndtere, og sikret at de effektivt kunne implementere løsningen før de økte styrken.
Kenkel sa, "Selv om det er "motintuitivt", tillot det å begynne i det små oss å hedre et tiår med spektroskopiforskning og legge kritisk grunnlag for feltets fremtid.
Tilnærmingen tillater høyoppløselig kjemisk og strukturell avbildning av celler på nanoskala - en skala 100,000 XNUMX ganger mindre enn en tråd av hår. Det viktigste er at denne teknikken er fri for fluorescerende merking eller farging av molekyler for å øke deres synlighet under et mikroskop.
Tidsreferanse:
- Seth Kenkel, Mark Gryka, et al. Kjemisk avbildning av cellulær ultrastruktur ved null-defleksjon infrarøde spektroskopiske målinger. PNAS. GJØR JEG: 10.1073 / pnas.2210516119
