|
محققان دانشگاه کالیفرنیا برای اولین بار روشی را ابداع کرده‌اند که امکان شناسایی
واکنشهای فعال زیست ملکولها را در یک سلول زنده ممکن می‌سازد.
با استفاده از ویژگی جذب نوری اختصاصی برای ملکولهای آلی و غیرآلی این افراد بصورت
real time می‌توانند نشان دهند که آیا آنزیمی فعال و یا ژنهای خاصی بیان شده‌اند.
تمام این کارها با تفکیک‌پذیری فوق‌العاده بالا در درون حتی یک سلول قابل انجام است.
محققان در این خصوص گفتند که روشهای دیگر تصویربرداری از جمله روش رزونانس مغناطیسی
هسته (NMR) حداکثر اطلاعاتی در خصوص مجموعه‌ای از سلولها می‌توانند ارائه کنند ولی
برای تشخیص اولین علائم پیشرفت بیماریها و یا تکثیر سلولهای بنیادی نیاز است تا
ریزبینانه‌تر به فعالیتهای ملکولی درون سلولی توجه نماییم.
برای مطالعه روندهای بیوشیمیایی درون یک سلول در حال حاضر دانشمندان غشاء بیرونی
سلول را برش می‌زنند تا اجزاء درون سلولی را جداسازی و شناسایی نمایند. از این رو
این روشها هیچگاه نمایی واقعی از وقایع در حال بروز و نحوه واکنش اجزاء دروو سلولی
ارائه نمی‌دهند چراکه سلول در جریان استخراج اجزاء آن در این روشها از بین می‌رود.
تاکنون هیچگونه روش غیر تهاجمی وجود نداشته است تا بتواند ویژگیهای اختصاصی شیمیایی
ملکولها را با تفکیک‌پذیری بال در سطح نانو در درون یک سلول ثبت نماید. در حال حاضر
امید زیادی است که روزی از سلولهای بنیادی برای درمان بیماریها استفاده شود اما یکی
از بزرگترین چالشهای پیش‌رو در این زمینه عدم درک نحوه تمایز این سلولها است. به
عنوان مثال چه چیزی باعث می‌شود تا این سلولها به سلول عضله قلب بجای تبدیل به
سلولهای عصبی و یا دندانی تبدیل شوند.
جهت درک این پدیده نیاز مبرمی به وجود روشی برای ارزیابی روندهای شیمیایی و فعالیت
مشترک ژن‌ها و پروتئین‌ها با هم در درون یک سلول وجود دارد. محققان این مشکل را با
بهبود روش رایج طیف‌سنجی جذب نوری مرتفع ساختند.
در این روش نور از یک محلول عبور داده می‌شود تا مشخص شود چه طول موجهایی در محلول
جذب شده‌اند. به عنوان مثال سیتوکروم c پروتئینی است که در متابولیسم درون سلولی و
مرگ سلولی نقش دارد و چندین طول موج جذبی در حدود ۵۵۰ نانومتر دارا می‌باشد. طیف
جذبی یک ملکول تحت تاثیر روندهای شیمیایی تغییر می‌کند و موقعی که با ملکولهای
شیمیایی دیگر از جمله اکسیژن واکنشی صورت می‌گیرد، این تغییرات بروز می‌کند. برای
انجام روش طیف‌سنجی نوری معمولی به غلظت بالایی از زیست ملکولها و حجم بالایی از
محلول نیاز است تا این تغییرات بسیار جزئی در تواتر و جذب نوری ثبت شوند و به همین
منظور نیاز است تا صدها یا میلیونها سلول کشته شوند تا مقدار مناسبی از ملکولهای
هدف بدست آیند. جهت رفع این مشکل محققان زیست‌ملکولها را (در این مطالعه سیتوکرومc)
به ذرات ریز طلا به طول ۳۰-۲۰ نانومتر متصل ساختند.
این نکته مشخص شده است که الکترون سطح ذرات فلزی همانند طلا و نقره در پاسخ به تابش
نور در تواتر مشخصی شروع به نوسان می‌کند که به پدیده رزونانس پلاسمون مشهور است.
تشخیص فرکانس رزونانت نانوذرات طلا از سیگنالهای نوری ضعیف سیتوکروم c بسیار راحتتر
است و نانوذرات طلا به این جهت انتخاب شدند که طول موج رزونانس پلاسمون آنها در
حدود ۵۳۰ نا ۵۸۰ نانومتر است و به طول موج جذبی سیتوکروم c نزدیک است. از آنجا که
جذب حداکثر زیست ملکولها با تواتر رزونانس پلاسمون ذرات طلا همپوشانی دارد امکان
مشاهده تبادل انرژی در آنها فراهم می‌شود. این انتقال انرژی بصورت کاهشهای نقطه‌ای
در جذب حداکثر ذرات طلا مشاهده می‌شود. جهت این کار فقط به مقادیر بسیار اندکی از
ملکول نیاز است تا این کاهشهای نقطه‌ای حاصل شوند. امید است که حساسیت و انتخابی
بودن این روش باعث بهبود روشهای تشخیص ملکولی بیماریها شود.
نتایج این مطالعه در مجله Nature Methods منتشر شده است.
|
