توسعه بافت MIT تصویربرداری در مقیاس نانو را مقرون به صرفه می‌کند
روش کلاسیک برای تصویربرداری از ساختارهای در مقیاس نانو در سلول‌ها، استفاده از میکروسکوپ‌های فوق‌العاده پرقدرت و گران‌قیمت با وضوح فوق‌العاده است.
به‌عنوان جایگزین، محققان MIT راهی برای توسعه بافت قبل از تصویربرداری ابداع کرده‌اند — تکنیکی که به آن‌ها امکان می‌دهد با میکروسکوپ نور معمولی به وضوح مقیاس نانو برسند.
در جدیدترین نسخه این تکنیک، محققان امکان توسعه بافت ۲۰ برابر در یک مرحله را فراهم کرده‌اند.
این روش ساده و ارزان می‌تواند به تقریباً هر آزمایشگاه زیست‌شناسی امکان انجام تصویربرداری در مقیاس نانو را بدهد.
قادر به دیدن داخل بافت‌ها
در وضوحی که این تکنیک به دست می‌آورد، که حدود ۲۰ نانومتر است، دانشمندان می‌توانند اندامک‌ها درون سلول‌ها و مجموعه‌های پروتئین را ببینند.
با توسعه ۲۰ برابری، محققان می‌توانند از میکروسکوپ نور معمولی برای حل حداقل جزئیات ۲۰ نانومتر استفاده کنند.
این به آن‌ها امکان می‌دهد ساختارهای سلولی مانند میکروتوبول‌ها و میتوکندری‌ها، همچنین مجموعه‌های پروتئین را مشاهده کنند.
در مطالعه جدید، محققان برنامه‌ریزی کردند که توسعه ۲۰ برابری فقط با یک مرحله انجام شود.
این بدان معنا بود که باید ژلی پیدا می‌کردند که هم بسیار جاذب و هم مکانیکی ثابت باشد تا در زمان توسعه ۲۰ برابری به کلی از هم نپاشد.
آن‌ها از ژلی که از N،N-دی‌متیل آکریل‌آمید (DMAA) و آکریلات سدیم ساخته شده بود استفاده کردند.
برخلاف ژل‌های توسعه قبلی که وابسته به افزودن مولکول دیگری برای ایجاد پیوندهای عرضی بین رشته‌های پلیمر بودند، این ژل به‌صورت خودبه‌خودی پیوندهای عرضی را تشکیل داده و خاصیت مکانیکی قوی نشان می‌دهد.
چنین اجزای ژلی قبلاً در پروتکل‌های میکروسکوپ توسعه استفاده شده بودند، اما ژل‌های تولید شده توانایی بسط فقط حدود ده برابری داشتند.
تیم MIT ژل و فرآیند پلیمرسازی را بهینه‌سازی کرد تا ژل مقاوم‌تری بسازد و توسعه ۲۰ برابری ممکن باشد.
برای تثبیت بیشتر ژل و بهبود قابلیت تکرارپذیری آن، محققان اکسیژن را از محلول پلیمر قبل از ژله‌سازی حذف کردند، و مانع واکنش‌های جانبی که با پیوند عرضی تداخل دارند شدند.
این مرحله نیاز به اجرای گاز نیتروژن از طریق محلول پلیمر داشت که بیشتر اکسیژن سیستم را جایگزین می‌کند.
پس از تشکیل ژل، پیوندهای انتخابی در پروتئین‌ها که بافت را نگه می‌دارند شکسته شده و آب به ژل اضافه می‌شود تا بسط یابد. پس از توسعه، پروتئین‌های مورد نظر در بافت مشخص و تصویربرداری می‌شوند.
تصویربرداری از ساختارهای کوچک
با استفاده از این تکنیک، محققان توانستند ساختارهای بسیار کوچک درون سلول‌های مغزی، از جمله ستون‌های نانو سیناپسی را تصویربرداری کنند.
این‌ها مجموعه‌ای از پروتئین‌ها هستند که به نحوی خاص در سیناپس‌های عصبی تنظیم شده‌اند و به نورون‌ها امکان می‌دهند که با یکدیگر از طریق ترشح نوروترانسمیترهایی مانند دوپامین ارتباط برقرار کنند.
در مطالعات سلول‌های سرطانی، محققان همچنین میکروتوبول‌ها را تصویربرداری کردند — لوله‌های توخالی که به سلول‌ها ساختار می‌دهند و نقش‌های مهمی در تقسیم سلولی ایفا می‌کنند.
آن‌ها همچنین میتوکندری (اندامک‌هایی که انرژی تولید می‌کنند) و حتی سازماندهی مجموعه‌های هسته‌ای فردی (مجموعه‌های پروتئین که دسترسی به هسته سلول را کنترل می‌کنند) را مشاهده کردند.
محققان اکنون از این تکنیک برای تصویربرداری از کربوهیدرات‌هایی که به نام گلیکان‌ها شناخته می‌شوند و در سطح سلول یافت می‌شوند و به کنترل تعامل سلول‌ها با محیط خود کمک می‌کنند، استفاده می‌کنند.
این روش می‌تواند برای تصویربرداری از سلول‌های تومور نیز مورد استفاده قرار گیرد، به دانشمندان اجازه می‌دهد که نحوه سازماندهی پروتئین‌ها درون آن سلول‌ها را بسیار راحت‌تر از پیش مشاهده کنند.
محققان تصور می‌کنند که هر آزمایشگاه زیست‌شناسی باید بتواند با هزینه کم از این تکنیک استفاده کند، زیرا این تکنیک بر مواد شیمیایی استاندارد و تجهیزات معمول مانند میکروسکوپ‌های کنفوکال و کیسه‌های دستکش شمارنده متکی است که بسیاری از آزمایشگاه‌ها از قبل دارند یا می‌توانند به راحتی دسترسی پیدا کنند.
