میکروسکوپ نوری یک تکنیک مهم برای درک فرآیندهای بیولوژیکی پویا در سلول ها است ، اما مدت طولانی برای مشاهده صحیح این دینامیک سلولی بالا با وضوح مکانی بالا کار سختی بوده است.
اکنون ، در مقاله ای منتشر شده نور: علم و برنامه هامحققان دانشگاه اوزاکا به همراه مؤسسات همکاری ، یک تکنیک میکروسکوپ Cryio-Optic را با وضوح بالا و تصویر فوری کمی در یک نقطه زمانی کاملاً انتخاب شده در فعالیت سلولی پویا معرفی کردند. ضبط وقایع سلولی پویا سریع با جزئیات و کمیت مکانی یک چالش بزرگ برای میزان جمع آوری نور برای تصویر به دلیل وضوح زمانی و تبادل اساسی بین “بودجه فوتون” بوده است. فوتون های محدود و فقط تصاویر کم نور و پر سر و صدا ، ویژگی های مهم هم در خلاء و هم در زمان ناپدید می شوند.
“به جای تعقیب سرعت در تصویربرداری ، تصمیم گرفتیم کل صحنه را یخ بزنیم.” “ما یک اتاق بستنی نمونه ویژه برای ترکیب مزایای سلولهای زنده و میکروسکوپ Cryio-Sabitme ایجاد کرده ایم. در زیر میکروسکوپ نوری ، می توانیم به سرعت سلول های زنده را یخ زده و یک تصویر یخ زده از دینامیک سلولی را در وضوح بالا مشاهده کنیم.”
به عنوان مثال ، این تیم گسترش موج یون کلسیم در سلولهای عضلانی قلب زنده را یخ زد. موج یخ زده کاملاً پیچیده بعداً در سه بعد با استفاده از یک تکنیک فوق العاده وضوح مشاهده شد که به طور عادی نمی تواند به دلیل سرعت تصویربرداری آهسته ، دینامیک سلولی سریع را مشاهده کند.
وی می گوید: “این تحقیق با تغییر جسورانه در چشم انداز آغاز شد: به جای دستگیری فرآیندهای سلولی پویا در هنگام تصویربرداری نوری ، ما معتقدیم که این یک تکنیک اساسی قوی خواهد بود.” Masahito Yamamanaka ، یکی از نویسندگان اصلی ، “از خصوصیات مکانی و زمانی سلولهای زنده با انجماد فوری محافظت می کند و مشاهده سلول ها را به تفصیل امکان پذیر می کند.
محققان همچنین نشان دادند که چگونه این تکنیک دقت کمیت را بهبود می بخشد. آنها با یک پروب یون کلسیم فلورسنت ، آنها توانستند از زمان قرار گرفتن در معرض ۱۰۰۰ برابر بیشتر از تمرین در تصویربرداری از سلول های زنده استفاده کنند و دقت اندازه گیری را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.
به منظور ضبط وقایع بیولوژیکی موقت در لحظه های دقیقاً تعریف شده ، محقق یک سیستم تزریق کرایوژنیک برقی را ادغام کرد. این سیستم با تحریک نور UV برای القاء امواج یون کلسیم ، باعث شده است که این سیستم امواج یون کلسیم را با حساسیت ۱۰ میلی ثانیه در یک نقطه زمانی خاص پس از شروع رویداد یخ بزند. این امر به تیم اجازه می دهد تا با دقت زمانی بی سابقه ، فرایندهای بیولوژیکی موقت را دستگیر کنند.
سرانجام ، این تیم توجه خود را به ترکیب تکنیک های مختلف تصویربرداری که تراز کردن به موقع دشوار است ، جلب کرد. با انجماد در نزدیکی نمونه ها ، اکنون می توان روش های تصویربرداری چندگانه را به ترتیب بدون نگرانی در مورد ناسازگاری موقت اعمال کرد. در کار خود ، این تیم میکروسکوپ رامان خود به خودی و میکروسکوپ فلورسنت فوق العاده با وضوح فوق العاده را بر روی همان سلولهای کرایوفیکس ترکیب کردند. این امر به آنها این امکان را داد تا اطلاعات پیچیده سلولی را از تعدادی از دیدگاه ها در همان نقطه مشاهده کنند.
این نوآوری روشهای جدیدی برای مشاهده وقایع سریع و موقتی سلولی فراهم می کند و به محققان ابزاری قوی برای کشف مکانیسم های اساسی فرآیندهای بیولوژیکی پویا ارائه می دهد.