În timp ce imagistica structurală la scară nanometrică a celulelor este acum posibilă, lipsește o înregistrare directă a compoziției chimice a acestor domenii. O tehnică nouă a fost creată de oamenii de știință de la Institutul Beckman pentru Știință și Tehnologie Avansată pentru a „vedea” detaliile complicate și compoziția chimică a unei celule umane cu o claritate și precizie de neegalat. Metoda lor abordează identificarea semnalului într-un mod unic și contraintuitiv.
Rohit Bhargava, profesor de bioinginerie la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign care a condus studiul, a spus: „Acum, putem vedea interiorul celulelor la o rezoluție mult mai fină și cu detalii chimice semnificative mai ușor ca niciodată. Această lucrare deschide multe posibilități, inclusiv o nouă modalitate de a examina aspectele chimice și fizice combinate care guvernează dezvoltarea umană și boala.”
Această nouă lucrare este inspirată din ultimii pași în imagistica chimică.
Expunerea unei celule la lumina IR îi crește temperatura și duce la expansiunea celulară. Putem compara un pudel cu o bancă de parc pentru a vedea că niciun element nu absoarbe lungimile de undă infraroșii în același mod. Ochelarii de vedere pe timp de noapte arată, de asemenea, că obiectele mai calde generează semnături IR mai puternice decât cele mai reci. Același lucru este adevărat în interiorul unei celule, unde mai multe tipuri de molecule eliberează o anumită semnătură chimică și absorb lumina IR la o lungime de undă diferită. Oamenii de știință pot identifica locația fiecăruia analizând spectroscopic modelele de absorbție.
În loc să analizeze modelele de absorbție ca un spectru de culori, oamenii de știință au interpretat undele IR cu un detector de semnal: un fascicul minut fixat de microscop la un capăt, cu un vârf fin care războară suprafața celulei ca acul la scară nanometrică al unui aparat de discuri.
După extinderea celulei, mișcarea detectorului de semnal devine mai exagerată și generează „zgomot”: așa-numita statică care împiedică măsurătorile chimice precise.
Bhargava a spus: „Este o abordare intuitivă, deoarece suntem condiționați să ne gândim la semnale mai mari ca fiind mai bune. Credem că, cu cât semnalul IR este mai puternic, cu atât temperatura unei celule devine mai mare, cu atât se extinde mai mult și cu atât va fi mai ușor de văzut.”
Seth Kenkel, cercetător postdoctoral în laboratorul profesorului Bhargava și autorul principal al studiului, a spus: „Este ca și cum ai ridica cadranul pe un post de radio static – muzica devine mai tare, dar la fel și statica.”
„Cu alte cuvinte, indiferent cât de puternic a devenit semnalul IR, calitatea imaginii chimice nu a putut avansa.”
„Aveam nevoie de o soluție pentru a opri zgomotul să crească odată cu semnalul.”
În loc să-și concentreze energiile pe cel mai puternic semnal IR posibil, oamenii de știință au început să experimenteze cu cel mai mic semnal pe care l-ar putea gestiona, asigurându-se că pot implementa eficient soluția lor înainte de a crește puterea.
Kenkel a spus, „Deși „contraintuitiv”, a începe cu mici dimensiuni ne-a permis să onorăm un deceniu de cercetare în spectroscopie și să punem bazele esențiale pentru viitorul domeniului.”
Abordarea permite imagistica chimică și structurală de înaltă rezoluție a celulelor la scară nanometrică - o scară de 100,000 de ori mai mică decât un fir de păr. Cel mai important, această tehnică nu are etichetare fluorescentă sau molecule de vopsire pentru a le crește vizibilitatea la microscop.
Referința jurnalului:
- Seth Kenkel, Mark Gryka și colab. Imagistica chimică a ultrastructurii celulare prin măsurători spectroscopice în infraroșu cu deviație nulă. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
