Chociaż możliwe jest obecnie obrazowanie strukturalne komórek w skali nano, brakuje bezpośredniego zapisu składu chemicznego tych domen. Naukowcy z Beckman Institute for Advanced Science and Technology opracowali nowatorską technikę, która umożliwia „zobaczenie” skomplikowanych szczegółów i składu chemicznego komórki ludzkiej z niezrównaną przejrzystością i precyzją. Ich metoda podchodzi do identyfikacji sygnału w unikalny i sprzeczny z intuicją sposób.
Rohit Bhargava, profesor bioinżynierii na Uniwersytecie im University of Illinois Urbana-Champaign który prowadził badanie, powiedział: „Teraz możemy łatwiej niż kiedykolwiek zobaczyć wnętrze komórek w znacznie lepszej rozdzielczości i ze znacznymi szczegółami chemicznymi. Praca ta otwiera wiele możliwości, w tym nowy sposób badania połączonych aspektów chemicznych i fizycznych rządzących rozwojem człowieka i chorobami”.
Ta nowa praca jest inspirowana ostatnimi postępami w obrazowaniu chemicznym.
Wystawienie ogniwa na działanie światła podczerwonego podnosi jego temperaturę i prowadzi do: ekspansja komórek. Możemy porównać pudla do ławki w parku i przekonać się, że nie ma dwóch przedmiotów absorbujących fale podczerwone w ten sam sposób. Gogle noktowizyjne pokazują również, że cieplejsze obiekty generują silniejsze sygnatury IR niż chłodniejsze. To samo jest prawdą wewnątrz komórki, gdzie kilka typów cząsteczek uwalnia określoną sygnaturę chemiczną i absorbuje światło podczerwone o różnej długości fali. Naukowcy mogą zidentyfikować lokalizację każdego z nich, analizując spektroskopowo wzorce absorpcji.
Zamiast analizować wzorce absorpcji jako widmo kolorów, naukowcy zinterpretowali fale podczerwone za pomocą detektora sygnału: maleńkiej wiązki przymocowanej do mikroskopu na jednym końcu, z cienką końcówką, która skroba powierzchnię komórki niczym igła gramofonu w skali nano.
Po ekspansji komórek ruch detektora sygnału staje się bardziej przesadny i generuje „szum”: tak zwane zakłócenia statyczne, które utrudniają dokładne pomiary chemiczne.
Bhargawa powiedział: „To intuicyjne podejście, ponieważ jesteśmy uwarunkowani, aby uważać większe sygnały za lepsze. Uważamy, że im silniejszy sygnał podczerwieni, tym wyższa staje się temperatura ogniwa, tym bardziej się rozszerza i tym łatwiej będzie go zobaczyć”.
Seth Kenkel, badacz ze stopniem doktora w laboratorium profesora Bhargavy i główny autor badania, powiedział: „To jak przekręcenie pokrętła w statycznej stacji radiowej, w której występuje zakłócenie – muzyka staje się głośniejsza, ale szumy też”.
„Innymi słowy, niezależnie od tego, jak silny stał się sygnał podczerwieni, jakość obrazowania chemicznego nie mogła ulec poprawie”.
„Potrzebowaliśmy rozwiązania, które zapobiegłoby narastaniu szumu wraz z sygnałem”.
Zamiast skupiać swoją energię na najsilniejszym możliwym sygnale IR, naukowcy rozpoczęli eksperymenty z najmniejszym możliwym sygnałem, aby upewnić się, że będą w stanie skutecznie wdrożyć swoje rozwiązanie przed zwiększeniem siły.
Kenkela powiedziany, „Chociaż jest to „sprzeczne z intuicją”, rozpoczęcie od czegoś małego pozwoliło nam uhonorować dekadę badań nad spektroskopią i położyć krytyczne podwaliny pod przyszłość tej dziedziny”.
Podejście to umożliwia obrazowanie chemiczne i strukturalne komórek w wysokiej rozdzielczości w nanoskali – w skali 100,000 XNUMX razy mniejszej niż nić włosy. Co najważniejsze, technika ta nie zawiera fluorescencyjnych cząsteczek znakujących ani barwiących, które zwiększają ich widoczność pod mikroskopem.
Referencje czasopisma:
- Seth Kenkel, Mark Gryka i in. Chemiczne obrazowanie ultrastruktury komórkowej za pomocą pomiarów spektroskopii w podczerwieni przy zerowym odchyleniu. PNAS, DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
