|
تصویربرداری سه‌بعدی، توانایی محققان را در بررسی نمونه‌های زیستی تا حد زیادی
افزایش داده، آنها را قادر کرده تا ساختارهای داخلی یک سلول را مطالعه کنند.
پیشرفت‌های اخیر در روش‌های استفاده از پراش اشعهی ایکس کمک کرده تا محدودیت‌های
این روش برداشته شود.
پیشرفت قابل توجهی در میکروسکوپ نوری ایجاد شده تا محدودیت انکسار ـ که در روش‌های
مبتنی بر فناوری مرتبط با فلوروسنت است و تصویربرداری سه بعدی کمی از کل محتوای
سلول‌ها را محدود می‌کند ـ برداشته شود. میکروسکوپ سیتو-الکترون می‌تواند از
ساختارهایی با وضوح ۳- ۵ نانومتر تصویربرداری کند؛ اما این تنها در صورتی که
نمونه خیلی نازک باشد، امکان‌پذیر است. اگرچه کریستالوگرافی پروتئین با اشعهی
ایکس اخیراً روش اصلی مورد استفاده برای تعیین ساختار سه‌بعدی مولکول‌های
پروتئین به شمار می‌رود، بسیاری از نمونه‌های زیستی- مانند کل سلول‌ها، ارگان‌های
سلولی، برخی ویروس‌ها و بسیاری از انواع مهم سلول‌های پروتئین – که بلوریی شدن
آنها غیر ممکن یا مشکل است، سبب شده تا ساختارهای آنها غیر قابل دسترس باقی
بمانند. غلبه بر این محدودیت‌ها نیازمند استفاده ازروش‌های مختلف است.
در ۳۱ می مقاله‌ای در مجله‌ی پیشرفت‌های آکادمی ملی علوم به چاپ رسید که در آن
محققان UCLA و همکارانشان استفاده از میکروسکوپ پراش اشعهی ایکس را به‌صورت
خاص نشان دادند که به آنها امکان می‌داد تا ساختار داخلی هاگ‌های مخمر را
مشاهده کنند. این گروه روش تصویربرداری سه‌بعدی کمی از کل سلول رنگ‌نشده با
وضوح تصویر ۵۰-۶۰ نانومتر را با استفاده از میکروسکوپ پراش اشعهی ایکس گزارش
می‌دهد که به این روش ، تصویربرداری بدون عدسی می‌گویند.
محققان، ریخت‌شناسی سه‌بعدی ساختار ارگان‌های سلولی شامل دیواره‌ی سلولی، واکول،
رتیناکولوم ایندوپلامیک، میتوکندری، گرانول‌ها و نوکلئوس را مشاهده کردند. این
کار ممکن است راه جدیدی را به‌سوی شناسایی و مشاهده‌ی مولکول‌های پروتئین در
داخل سلول‌ها با استفاده از فناوری‌های مارک‌دار کردن، باز کند.
نویسندگان این مقاله هویدونگ جیانگ، همکار پژوهشی در فیزیک و نجوم، و جان میااو،
پروفسور فیزیک و نجوم در UCLA هستند و این کار نتیجه‌ی کاری است که سه سال قبل،
فی‌یو‌تامانوآ، پروفسور میکروبیولوژی، ایمیونولوژی و ژنتیک مولکولی، آغاز کرده
بود. میآاو و تامانوآ هر دو به‌عنوان محقق در مؤسسه‌ی نانوسیستم های کالیفرنیا
UCLA فعالیت دارند و همکاران دیگرشان شامل گروه‌هایی در اسپرینگ ریکن در ژاپن و
مؤسسه‌ی فیزیک، آکادمی سینیکا در تایوان هستند.
میآاو گفت:«این اولین باری است که انسان توانسته ساختار داخلی یک نمونه‌ی
زیستی را بدون برش دادن آن، و تهیه‌ی نمونه با استفاده از میکروسکوپ پراش اشعهی
ایکس مشاهده کند. بدون استفاده از لنزهای اشعهی ایکس، وضوح تصویر میکروسکوپ
پراش این اشعه به‌وسیله‌ی آسیب تشعشع، به نمونه‌های زیستی محدود می‌شود. با
استفاده از فناوری‌های کریتوژنیکف تصویربرداری سه‌بعدی، کل سلول‌های زیستی با
وضوح ۵-۱۰ نانومتر باید قابل انجام باشد. از این رو نتایج تحقیقات ما روشی را
برای تصویربرداری سه‌بعدی کمی، دامنه‌ی وسیعی از نمونه‌های زیستی خیلی ضخیم را
برای میکروسکوپ الکترونی در وضوحی در حد نانومتر فراهم می‌کند.
تامانوآ نمونه‌هایی از هاگ مخمر را در این مطالعه آنالیز کرد؛ هاگ‌ها سلول‌های
مخصوصی هستند که با قرار گرفتن در شرایط خاص تغذیه‌ای ، تشکیل می شوند. سلول‌ها
از این راهبرد در سازگاری با شرایط سخت استفاده می‌کنند.
تامانوآ گفت:«زیست‌شناسان می‌خواهند ساختارهای داخلی هاگ را بررسی کنند؛ اما
مطالعات میکروسکوپیک قبلی انجام‌شده، تنها اطلاعاتی را در خصوص ویژگی‌های سطح
در اختیار آنها قرار می‌دهد. خیلی هیجان‌زده هستیم که ساختار یک هاگ را به‌صورت
سه‌بعدی مشاهده کنیم. اکنون می‌توانیم ساختار هاگ‌های دیگر مانند هاگ‌های
آنتراکس، و سایر هاگ‌های قارچ ها را بررسی کنیم. آنچه اهمیت بسیار دارد این است
که هاگ‌های مخمر به یک اندازه، بسیاری از ارگان‌های داخل سلولی سلول‌های انسان
هستند؛ این ارگان‌ها نیز می‌‌توانند در آینده بررسی شوند».
برای اولین بار نتایج تحقیق را میآاو و همکارانش در سال ۱۹۹۱ اعلام کردند که
از آن زمان تاکنون میکروسکوپ پراش مورد نظر در تصویر برداری از مواد مختلف و
نمونه‌های زیستی مانند نانوذرات، نانوبلور ها، بیومواد، سلول‌ها، ارگان‌های
سلولی، ویروس‌ها و نانولوله‌های کربنی به کار می‌رفته‌است که در آن از اشعهی
ایکس، امکانات لیزر و الکترون استفاده می شده‌است. تاکنون، مشکل آسیب به‌دلیل
تشعشع و مشکل داشتن تصاویر سه‌بعدی با کیفیت از کل سلول، مانعی بر سر راه
تصویربرداری سه‌بعدی با کیفیت بالا از سلول‌ای زیستی به‌وسیله‌ی پراش اشعهی
ایکس بوده‌است.
|
