محققان آزمایشگاه زیست‌شناسی دریایی (MBL) موفق به توسعه یک میکروسکوپ هیبریدی پیشرفته شده‌اند که امکان ثبت جهت‌گیری سه‌بعدی و موقعیت دسته‌های مولکولی، مانند پروتئین‌های نشاندار شده درون سلول‌ها، را فراهم می‌کند.
به گزارش تکناک،این فناوری ترکیبی از فلورسانس قطبشی (برای اندازه‌گیری جهت‌گیری مولکولی) و میکروسکوپ نوری دوچشمی (diSPIM) (برای ثبت جزئیات عمق نمونه) است. این پیشرفت می‌تواند به دانشمندان در مطالعه رفتار پروتئین‌ها کمک کند، زیرا پروتئین‌ها جهت‌گیری سه‌بعدی خود را در پاسخ به محیط تغییر می‌دهند تا با سایر مولکول‌ها تعامل کرده و عملکردهای خود را انجام دهند.
تصویربرداری پیشرفته و کشف جزئیات پنهان مولکولی
این دستگاه به دانشمندان کمک می‌کند تا نحوه تغییر جهت مولکول‌ها و پروتئین‌ها را ثبت کنند. این کار اطلاعات جدیدی می‌دهد که با میکروسکوپ‌های قبلی به دست نمی‌آمدند. به عنوان مثال، تصویربرداری از مولکول‌ها در دوشاخه سلول در حال تقسیم همیشه یک چالش بوده که دانشمندان زیادی روی آن کار کرده‌اند.
رودولف اولدنبوگ، دانشمند ارشد MBL و همکار این مطالعه، توضیح می‌دهد که میکروسکوپ‌های سنتی، از جمله میکروسکوپ‌های نوری قطبیده، فقط زمانی می‌توانند دوشاخه سلولی را به‌طور مؤثر تصویربرداری کنند که عمود بر جهت مشاهده باشند. اما اگر دوشاخه مایل باشد، تصویربرداری مبهم می‌شود. دستگاه جدید این محدودیت را با تنظیم وضعیت شیب برطرف کرده و به محققان امکان می‌دهد جهت‌گیری و موقعیت سه‌بعدی مولکول‌ها، مانند میکروتوبول‌ها، را به‌دقت ثبت کنند.
افزایش سرعت سیستم و گسترش کاربردها
تیم تحقیقاتی در حال حاضر قصد دارد سرعت سیستم را افزایش دهد تا بتوانند تغییرات موقعیت و جهت‌گیری ساختارها را در نمونه‌های زنده و در طول زمان ثبت کنند. همچنین، آنها امیدوارند که با توسعه حسگرهای فلورسانت جدید، استفاده از این فناوری گسترش یابد و امکان تصویربرداری از ساختارهای زیستی گسترده‌تر فراهم شود.
توسعه ایده و همکاری‌های تحقیقاتی
ایده ساخت این میکروسکوپ در سال ۲۰۱۶ از جلسات متخصصان میکروسکوپ در MBL شکل گرفت. هاری شروف که در آن زمان در موسسه ملی سلامت (NIH) کار می‌کرد، با همکاری آبیشک کومار، میکروسکوپ سفارشی diSPIM را در MBL ساخت. این میکروسکوپ دارای دو مسیر تصویربرداری است که در زاویه قائمه تقاطع می‌کنند و به محققان اجازه می‌دهند نمونه‌ها را از دو زاویه مختلف ببینند. این روش دوچشمی وضوح بهتری نسبت به میکروسکوپ‌های تک‌چشمی ارائه می‌دهد و کنترل بیشتری بر نور در حین تصویربرداری فراهم می‌کند.
شروف و کومار دریافتند که میکروسکوپ دوچشمی می‌تواند مشکلات موجود در استفاده از نور قطبیده در میکروسکوپ‌ها را حل کند. با استفاده از دو نمای عمود بر هم، امکان بهبود شناسایی فلورسانس قطبشی وجود داشت.
شروف و تیمش با دانشجویانی به نام پاتریک لاریویه و تالون چندلر همکاری کردند. پایان‌نامه دکتری چندلر روی ادغام این دو سیستم متمرکز بود و او یک سال در آزمایشگاه اولدنبوگ کار کرد. او و تیمش سیستم diSPIM را به کریستال‌های مایع تجهیز کردند تا جهت‌گیری نور قطبیده را کنترل کنند.
چندلر وقت زیادی را صرف یافتن نحوه بازسازی داده‌ها و به حداکثر رساندن اطلاعات بازیابی‌شده کرد. مین گائو نیز که در آزمایشگاه شروف کار می‌کرد، به‌طور گسترده در این بخش مشارکت داشت. در نهایت، آنها توانستند بازسازی‌های سه‌بعدی کامل از جهت‌گیری و موقعیت مولکول‌ها به دست آورند.
این پیشرفت‌ها نه‌تنها درک بهتری از رفتار مولکول‌ها در سلول‌ها فراهم می‌کند، بلکه راه را برای تحقیقات آینده در زمینه زیست‌شناسی مولکولی و سلولی هموار می‌سازد.
