Mặc dù hiện nay có thể chụp ảnh cấu trúc tế bào ở cấp độ nano, nhưng vẫn thiếu bản ghi trực tiếp thành phần hóa học của các miền này. Một kỹ thuật mới được các nhà khoa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Beckman tạo ra để “nhìn thấy” các chi tiết phức tạp và thành phần hóa học của tế bào người với độ rõ ràng và chính xác vô song. Phương pháp của họ tiếp cận việc nhận dạng tín hiệu theo cách độc đáo và phản trực giác.
Rohit Bhargava, giáo sư kỹ thuật sinh học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign người đứng đầu cuộc nghiên cứu cho biết, “Giờ đây, chúng ta có thể nhìn thấy bên trong tế bào ở độ phân giải tốt hơn nhiều và chi tiết hóa học quan trọng dễ dàng hơn bao giờ hết. Công việc này mở ra nhiều khả năng, bao gồm một cách mới để kiểm tra các khía cạnh hóa học và vật lý kết hợp chi phối sự phát triển và bệnh tật của con người.”
Công trình mới này được lấy cảm hứng từ những bước tiến mới nhất trong lĩnh vực hình ảnh hóa học.
Để tế bào tiếp xúc với ánh sáng hồng ngoại sẽ làm tăng nhiệt độ của tế bào và dẫn đến mở rộng tế bào. Chúng ta có thể so sánh một con chó xù với một chiếc ghế dài trong công viên để thấy rằng không có hai vật thể nào hấp thụ bước sóng hồng ngoại theo cùng một cách. Kính nhìn đêm cũng cho thấy các vật thể ấm hơn tạo ra dấu hiệu IR mạnh hơn vật thể mát hơn. Điều này cũng đúng bên trong một phòng giam, trong đó một số loại phân tử giải phóng một dấu hiệu hóa học cụ thể và hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng khác. Các nhà khoa học có thể xác định vị trí của mỗi người bằng cách phân tích quang phổ các kiểu hấp thụ.
Thay vì phân tích các kiểu hấp thụ dưới dạng quang phổ màu, các nhà khoa học giải thích sóng hồng ngoại bằng máy dò tín hiệu: một chùm tia nhỏ được gắn chặt vào kính hiển vi ở một đầu, với một đầu nhọn cạo bề mặt tế bào giống như kim nano của máy ghi âm.
Sau khi mở rộng tế bào, chuyển động của máy dò tín hiệu trở nên cường điệu hơn và tạo ra “nhiễu”: cái gọi là tĩnh điện cản trở các phép đo hóa học chính xác.
Bhargava đã nói: “Đó là một cách tiếp cận trực quan vì chúng ta có điều kiện nghĩ rằng tín hiệu càng lớn thì càng tốt. Chúng tôi nghĩ rằng tín hiệu IR càng mạnh thì nhiệt độ của tế bào càng cao, nó càng giãn nở và càng dễ nhìn thấy.”
Seth Kenkel, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Giáo sư Bhargava và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Nó giống như vặn nút xoay trên một đài phát thanh tĩnh - âm nhạc to hơn, nhưng tĩnh cũng vậy.”
“Nói cách khác, cho dù tín hiệu IR có mạnh đến đâu thì chất lượng hình ảnh hóa học cũng không thể nâng cao.”
“Chúng tôi cần một giải pháp để ngăn tiếng ồn tăng lên cùng với tín hiệu.”
Thay vì tập trung năng lượng vào tín hiệu IR mạnh nhất có thể, các nhà khoa học bắt đầu thử nghiệm tín hiệu nhỏ nhất mà họ có thể quản lý, đảm bảo rằng họ có thể triển khai giải pháp của mình một cách hiệu quả trước khi tăng cường độ.
Kenkel nói, “Mặc dù “phản trực giác”, việc bắt đầu từ quy mô nhỏ đã cho phép chúng tôi tôn vinh một thập kỷ nghiên cứu quang phổ và đặt nền tảng quan trọng cho tương lai của lĩnh vực này.”
Phương pháp này cho phép chụp ảnh cấu trúc và hóa học có độ phân giải cao của các tế bào ở cấp độ nano – quy mô nhỏ hơn 100,000 lần so với một chuỗi tế bào. lông. Điều quan trọng nhất là kỹ thuật này không chứa các phân tử dán nhãn hoặc nhuộm huỳnh quang để tăng khả năng hiển thị của chúng dưới kính hiển vi.
Tạp chí tham khảo:
- Seth Kenkel, Mark Gryka và những người khác. Hình ảnh hóa học của cơ sở hạ tầng tế bào bằng phép đo quang phổ hồng ngoại không lệch. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
