میکروسکوپ انقلابی استنفورد پرده از رازهای سلولهای زنده برداشت
پژوهشگران دانشگاه Stanford University موفق به توسعه نسل جدیدی از میکروسکوپهای زیستی شدهاند که میتواند ساختارهای نانومتری درون سلولهای زنده را با وضوحی بیسابقه و بدون نیاز به برچسبهای فلورسنت مشاهده کند. این فناوری جدید که میکروسکوپ اسکن تصویری تداخلی (Interferometric Image Scanning Microscopy یا iISM) نام دارد، امکان تصویربرداری از فرایندهای سلولی را با تفکیکپذیری ۱۲۰ نانومتر فراهم کرده است؛ رکوردی که تاکنون در تصویربرداری بدون برچسب از سلولهای زنده به دست نیامده بود.
به گزارش برنا، نتایج این پژوهش در نشریه علمی Light: Science & Applications منتشر شده و میتواند مسیر تازهای را برای تحقیقات زیستشناسی، پزشکی، توسعه داروها و مطالعه بیماریها باز کند.
مشاهده مستقیم ماشینهای مولکولی درون سلول
به گفته W.E. Moerner استاد شیمی دانشگاه استنفورد و سرپرست این پژوهش میکروسکوپ جدید امکان مشاهده جزئیاتی را فراهم میکند که پیشتر بدون استفاده از رنگها یا نشانگرهای فلورسنت قابل رویت نبودند.
او توضیح داد: این میکروسکوپ نمایی شگفتانگیز از درون سلول ارائه میدهد؛ جایی که میتوان ساختارها و ماشینهای بسیار کوچک سلولی را هنگام حرکت، تغییر و تعامل با یکدیگر مشاهده کرد بدون آنکه نیاز به افزودن برچسبهای فلورسنت باشد. این فناوری دریچهای جدید به دنیای پیچیده سلولها میگشاید.
مزیت بزرگ؛ بدون رنگآمیزی و آسیب به سلول
در روشهای رایج فلورسنت پژوهشگران باید مولکولها یا ساختارهای موردنظر را با رنگها یا نشانگرهای ویژه علامتگذاری کنند. این روش اگرچه بسیار قدرتمند است اما محدودیتهایی نیز دارد. تنها تعداد محدودی از اجزای سلول را میتوان بهطور همزمان نشانهگذاری کرد و همچنین سیگنالهای فلورسنت در طول زمان ضعیف میشوند.
علاوه بر این وارد کردن این نشانگرها به سلول همیشه آسان نیست و در برخی موارد میتواند رفتار طبیعی ساختارهای زیستی را تغییر دهد.
فناوری iISM این محدودیتها را برطرف میکند. از آنجا که نیازی به برچسبگذاری ندارد پژوهشگران قادر خواهند بود همزمان تعداد زیادی از ساختارهای سلولی را مشاهده کرده و آنها را برای مدت طولانیتری تحت نظر بگیرند.
یکی دیگر از مزایای مهم این فناوری استفاده از توان نوری بسیار کمتر نسبت به سایر روشهای تصویربرداری پیشرفته است. این ویژگی احتمال آسیب نوری به سلولهای زنده را کاهش میدهد و امکان مطالعه طولانیمدت فرآیندهای حساس زیستی را فراهم میکند.
ترکیب دو فناوری پیشرفته در یک دستگاه
محققان استنفورد برای ساخت iISM دو روش تصویربرداری پیشرفته را با یکدیگر ترکیب کردند. در این پروژه Michelle Kueppers پژوهشگر پسادکتری آزمایشگاه موئرنر، تخصص خود در زمینه میکروسکوپ پراکندگی تداخلی را با دانش تیم استنفورد در حوزه میکروسکوپهای فوقتفکیک ادغام کرد.
اساس این فناوری بر پدیده پراکندگی نور استوار است؛ همان پدیدهای که باعث آبی دیده شدن آسمان میشود. هنگامی که نور به ذرات بسیار کوچک برخورد میکند در جهات مختلف پراکنده میشود. در میکروسکوپهای پراکندگی تداخلی یک پرتو لیزر به سلول تابانده میشود و ساختارهای ریز داخل سلول بخشی از نور را پراکنده میکنند. سپس پرتو دوم این سیگنالهای بسیار ضعیف را تقویت میکند تا قابل تشخیص شوند.
صدها چشم برای دیدن یک نقطه
نوآوری اصلی iISM در ترکیب این فناوری با نسل جدید میکروسکوپهای کانفوکال نهفته است. در میکروسکوپهای کانفوکال سنتی، تنها یک آشکارساز نور و یک روزنه کوچک برای ثبت تصویر استفاده میشود، اما در فناوری جدید پژوهشگران از آرایهای متشکل از دهها تا صدها آشکارساز بهره گرفتهاند که همزمان از یک ناحیه تصاویر متعددی ثبت میکنند.
این فرآیند شباهتی به نحوه دید انسان دارد. همانطور که دو چشم به مغز کمک میکنند فاصله اجسام را تشخیص دهد iISM با استفاده از دهها یا حتی صدها چشم دیجیتال اطلاعات بسیار بیشتری از یک نقطه جمعآوری میکند. سپس الگوریتمهای ویژه این دادهها را با یکدیگر ترکیب کرده و تصویری با وضوح و کنتراست بسیار بالاتر تولید میکنند.
نتیجه این نوآوری دستیابی به تفکیکپذیری حدود ۱۲۰ نانومتر است؛ آن هم بدون نیاز به برچسبگذاری و در حالی که سرعت تصویربرداری حفظ شده است.
کاربردهای گسترده در پزشکی و زیستشناسی
پژوهشگران معتقدند این فناوری میتواند به کشفهای مهمی در حوزه علوم زیستی منجر شود.
در حال حاضر سه پروژه تحقیقاتی با استفاده از این میکروسکوپ در استنفورد آغاز شده است. محققان تاکید میکنند که iISM قرار نیست جایگزین میکروسکوپهای فلورسنت شود بلکه مکمل آنها خواهد بود. ترکیب توانایی فلورسنس در شناسایی دقیق مولکولها با قابلیت تصویربرداری بدون برچسب iISM میتواند به پاسخگویی به پرسشهایی منجر شود که تاکنون مطالعه آنها دشوار یا غیرممکن بوده است.
کاپرز در پایان گفت: این فناوری یک ابزار تخصصی محدود نیست. کاربردهای بسیار گستردهای دارد و امیدواریم در سالهای آینده به یکی از ابزارهای مهم جامعه علوم زیستی تبدیل شود و راه را برای کشفهای جدید هموار کند.
انتهای پیام/
