نقطه عطفی برای زیست‌شناسی سلولی/ از دید میکروسکوپ‌های جدید هیچ سلولی پنهان نمی‌ماند!

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، زیست‌شناسی یاخته یا زیست‌شناسی سلولی شاخه جدیدی از زیست‌شناسی است که به ساختار و کارکرد یاخته‌ها در مقیاس سطح مولکول می‌پردازد. به لطف تحقیقات جدید دانشمندان، زیست‌شناسی سلولی به نقطه‌ای رسیده است که می‌توان فقط با یک میکروسکوپ و بدون جابه‌جایی فیزیکی نمونه‌ها به اطلاعات زیادی در مورد آن نمونه دست یافت. دانشمندان در مرکز پزشکی یوتی ساوث‌وسترن در حال ساخت و آزمایش یک ابزار نوری جدید هستند که می‌تواند میکروسکوپ‌های رایج را به سیستم‌های تصویربرداری چندوجهی تبدیل کند.

محققان می‌گویند این اختراع که در مقاله‌ مجله «نیچر متدز» در رابطه با آن توضیحاتی داده شده است، می‌تواند افق‌های جدیدی را در عرصه زیست‌شناسی سلولی بگشاید و امور تحقیقات را در این رشته تا ۱۰۰ برابر سریع‌تر کند!

ریاضیات و علوم کامپیوتر در خدمت زیست‌شناسی سلولی

ریتو فیوکا(Reto Fiolka) یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: «این فناوری کاملاً جدید است هر چند مبانی نظری آن را می‌توان در مبانی ابتدایی علوم کامپیوتر و ریاضی یافت.» او همکار کوین دین(Kevin Dean) استادیار زیست‌شناسی سلولی در گروه بیوانفورماتیک یوتی ساوث‌وسترن است.

بیشتر بخوانید:

ساخت دستگاه میکروسکوپ اتوماتیک

میکروسکوپ واقعیت افزوده برای تشخیص سرطان

کوین دین می‌گوید: «اوضاع الان اینطوری است که انگار شما نمونه بیولوژیکی را در دست گرفته‌اید، می‌چرخانید و آن را بررسی می‌کنید به صورت کاملاً شهودی آن را می‌سنجید. با تصویربرداری سریع از دو وجه نمونه می‌توانیم به صورت تعاملی نمونه را مجسم سازیم در واقعیت مجازی نمایش دهیم، چیزی که تا پیش از حتی در مخیله هم نمی‌گنجید.»

در حال حاضر دستیابی به اطلاعات تصاویر ۳ بعدی از میکروسکوپ به یک فرآیند پیچیده داده‌ای احتیاج دارد که در آن صدها تصویر ۲ بعدی از نمونه در یک پُشته به اصطلاح مونتاژ می‌شوند. سپس برای مجسم‌سازی داده‌ها، پشتۀ تصویر در یک برنامه نرم‌افزاری گرافیکی بارگذاری می‌شود که محاسبات لازم را برای شکل‌گیری ساختارهای ۲ بعدی در وجوه مختلف روی مانیتور انجام می‌دهد.

روش پیشین بسیار کُند بود

فیوکا می‌گوید: «این دو مرحله که سابقاً انجام می‌شد خیلی طول می‌کشید و ممکن بود برای کار کردن با داده‌ها به یک کامپیوتر بسیار قدرتمند و گران‌قیمت احتیاج داشته باشید، که طبیعتاً این امکان برای بسیاری فراهم نیست.»

تیم تحقیقاتی متوجه شد که می‌تواند از چندین زاویه با استفاده از یک روش نوری، نیاز به تهیه پشته‌های تصویر و ارائه آنها به کامپیوتر را دور بزند و وجوه لازم برای مطالعات بیولوژیک را خلق کند. این امر از طریق یک ابزار ساده و مقرون به صرفه متشکل از دو آینه چرخان حاصل می‌شود که در جلوی دوربین سیستم میکروسکوپ قرار می‌گیرد.

آنها با استفاده از روش جدید میکروسکوپی، از یون‌های کلسیم حامل سیگنال‌های بین سلول‌های عصبی در یک ظرف کشت، تصویربرداری کردند.

فیولکا می‌گوید: «در نتیجه ما می‌توانیم همه این‌ کارها را به صورت بی‌درنگ و بدون هیچ‌گونه تأخیر قابل توجهی انجام دهیم. همچنین می‌توانیم از زوایای مختلف و به صورت زنده به نمونه‌ها بدون چرخاندن آنها یا میکروسکوپ نگاه کنیم. این اختراع می‌تواند الگوی جدیدی برای رؤیت ۳ بعدی نمونه‌ها از طریق میکروسکوپ فلورسانس باشد.»

بیشتر بخوانید:

گجتی که گوشی را به میکروسکوپ تبدیل می‌کند+ فیلم

همچنین این اختراع ساده، نوید تصویربرداری فوق‌العاده سریع را می‌دهد. اگرچه یک پشته از تصاویر برای تولید تصویر ۳ بعدی مستلزم صدها فریم است اما روش جدید فقط به کمک نوردهی دوربین همین کار را انجام می‌دهد.

دانشمندان چطور این روش را ابداع کردند؟

در ابتدا محققان این سیستم را در ۲ میکروسکوپ صفحه نوری(LSFM) توسعه دادند که برای روشن‌سازی اطلاعات به یک مرحله پس از پردازش نیاز داشت. این مرحله de-skewing نامیده می‌شود و اساساً به معنی مرتب‌سازی مجدد تصاویر منفرد است تا برخی از ایرادات پشته تصویر ۳ بعدی را از بین ببرد. دانشمندان در آغاز کار تنها به دنبال انجام de-skewing به صورت نوری بودند.

آنها هنگام آزمایش روش انحنای نوری متوجه شدند که وقتی از مقدار نادرستی در فرایند de-skewing استفاده کردند، به نظر رسید که تصویر می‌چرخید.

فیولکا می‌گوید: «ما در این لحظه فهمیدیم که این موضوع می‌تواند فراتر از صرفاً یک روش مرتب‌سازی باشد. این سیستم می‌تواند برای انواع دیگر میکروسکوپ‌ها نیز کار کند.»

بیشتر بخوانید:

علمی با نماد میکروسکوپ و تحقیق/ در آزمایشگاه‌های پزشکی چه می‌گذرد؟

دین می‌گوید: «این تحقیق کار را به صورت عمومی‌تر ممکن می‌سازد و ما اکنون می‌توانیم از آن در هر نوع میکروسکوپی استفاده ببریم.»

آنها با استفاده از روش جدید میکروسکوپی، از یون‌های کلسیم حامل سیگنال‌های بین سلول‌های عصبی در یک ظرف کشت، تصویربرداری کردند و عروق جنین گورخرماهی را مشاهده کردند. آنها همچنین به سرعت از سلول‌های سرطانی در حال حرکت و قلب گورخرماهی تصویربرداری نمودند.

انتهای پیام/۴۱۶۰/پ