تصویربرداری از درون هسته با استفاده از نانوروبشگر فلورسانس

هسته سلول یک اندام درون‌سلولی بسیار
پیچیده و سازمان‌یافته است که حاوی اطلاعات ژنتیکی ضروری برای سلول است.
تصویربرداری از این بخش سلول می‌تواند مکانیسم‌های حاکم بر اطلاعات ژنتیکی
را روشن کرده و روش‌های جدیدی برای پیش‌بینی و درمان بیماری‌های ژنتیکی
فراهم نماید.

حال گروهی از محققان دانشگاه ملی سنگاپور به رهبری بن لیو با همکاری زینهای
ژانگ از موسسه تحقیقات و مهندسی مواد A*STAR، نانوروبشگرهای فلورسانس بسیار
کوچک و انتخابگری برای استفاده در میکروسکوپی فلورسانس تهییج شده دو فوتونی
(TPEF) تولید کرده‌اند که روشی برای تصویربرداری از هسته سلول به‌شمار می‌رود.

محققان چند ماده فلورسانس برای روشن کردن درون هسته سلول پیشنهاد داده‌اند.
با این حال فرایندهایی همچون فلورسانس خودبه‌خودی (autofluorescence) سلولی
و آسیب نوری شدید که در اثر تابش‌های نوری روی می‌دهند (پدیده‌های القاشده
با نور)، عملکرد این روبشگرها را کاهش می‌دهند.
 

در روش TPEF هر نانوروبشگر با جذب دو فوتون
کم‌انرژی از نور مادون قرمز یک سیگنال فلورسانس تولید می‌کند. این فرایند
دوفوتونی اثرات فلورسانس خودبه‌خودی سلولی و آسیب نوری شدید را کاهش داده و
در عین حال با بهبود تفکیک‌پذیری، موجب می شود TPEF در مقایسه با
میکروسکوپی فلورسانس تک‌فوتونی نتایج بهتری داشته باشد.

ژانگ می‌گوید: «تصویربرداری TPEF قدرتمندتر از تصویربرداری تک‌فوتونی است؛
این امر به خصوص در تصویربرداری درون‌تنی و تصویربرداری از بافت‌ها که در
آنها فلورسانس خودبه خودی زیستی بسیار قوی وجود دارد، صدق می‌کند».

این محققان به جای استفاده از سنتز گام به گام معمول، از یک راهکار «پایین
به بالا» برای سنتز نانوروبشگرها استفاده کردند. این نانوروبشگرها از
قفس‌های معدنی سیلیکون-اکسیژن ساخته می‌شوند که توسط پلیمرهای کوتاه با بار
مثبت احاطه شده‌اند. قفس‌ها و رشته‌های پلیمری به‌صورت جدا از هم تهیه شده
و سپس باهم مخلوط شدند.

قفس‌های کوچک و محکم معدنی ورود روبشگرها به‌درون هسته سلول را تسهیل کرده
و رشته‌های پلیمری باردار و حساس به نور موجب ایجاد انحلال‌پذیری در آب و
ویژگی‌های اُپتیکی می‌شوند. بنابر گفته لیو از ترکیب این ویژگی‌ها
روبشگرهایی تولید می‌شوند که برای TPEF مناسب هستند.

این محققان دریافتند که با قرار گرفتن این روبشگرها در معرض اسیدهای
نوکلئیک، همچون DNA و RNA دورشته‌ای، تابش فلورسانس آنها قوی‌تر می‌شود.
دلیل این امر اتصال رشته‌های پلیمری با بار مثبت به اسیدهای نوکلئیک با بار
منفی است که در نتیجه آن آبگریزی میکرومحیطی روبشگرها و فلورسانس آنها
افزایش می‌یابد. به‌علاوه، این روبشگرها توانستند به صورت انتخابی هسته
سلول‌های سرطانی سینه سلول‌های سالم را با کمترین اثر سمیت روشن نمایند.

جزئیات این تحقیق در مجله Advanced Materials منتشر شده است.