توقف الوقت في الخلايا يكشف أسرع أسرار الحياة

المجهر البصري هو تقنية رئيسية لفهم العمليات البيولوجية الديناميكية في الخلايا ، ولكن مراقبة هذه الديناميات الخلوية عالية السرعة بدقة ، بدقة مكانية عالية ، كانت مهمة هائلة.

الآن ، في مقال نشر في الضوء: العلوم والتطبيقات، قام باحثون من جامعة أوساكا ، جنبًا إلى جنب مع المؤسسات المتعاون ، كشف النقاب عن تقنية مجهرية صوتية للتبريد والتي تأخذ لقطة عالية الدقة ودقيقة كميًا في نقطة زجرية محددة بدقة في النشاط الخلوي الديناميكي. لقد كان التقاط الأحداث الخلوية الديناميكية السريعة ذات التفاصيل المكانية والكمية تحديًا كبيرًا بسبب المفاضلة الأساسية بين الدقة الزمنية و “ميزانية الفوتون” ، أي مقدار الضوء الذي يمكن جمعه للصورة. مع فوتونات محدودة وصور صاخبة فقط ، تصبح الميزات المهمة في كل من المكان والزمان ضائعًا في الضوضاء.

“بدلاً من مطاردة السرعة في التصوير ، قررنا تجميد المشهد بأكمله” ، يوضح أحد المؤلفين الرئيسيين Kosuke Tsuji. “قمنا بتطوير غرفة خاصة تجميد العينات للجمع بين مزايا الفحص المجهري للخلايا الحية والتبريد. من خلال تجميد الخلايا الحية بسرعة تحت المجهر البصري ، يمكننا أن نلاحظ لقطة مجمدة من الديناميات الخلوية في قرارات عالية.”

على سبيل المثال ، جمد الفريق انتشار الموجة الأيونية الكالسيوم في خلايا عضلة القلب الحية. بعد ذلك ، لوحظت الموجة المجمدة المفصلة بشكل معقد في ثلاثة أبعاد باستخدام تقنية ذات دقة فائقة لا يمكنها مراقبة الديناميات الخلوية السريعة بسبب سرعة اكتساب التصوير البطيئة.

يقول مؤلف كبير المؤلفين كاتسوماسا فوجيتا: “بدأ هذا البحث مع تحول جريء في المنظور: اعتقال العمليات الخلوية الديناميكية أثناء التصوير البصري بدلاً من النضال من أجل تتبعها في الحركة. نعتقد أن هذا سيكون بمثابة تقنية تأسيسية قوية ، وتقدم رؤى جديدة عبر العلوم الحيوية والبحوث الطبية”. ويضيف أحد المؤلفين الرئيسيين ، Masahito Yamanaka ، “تقنيةنا تحافظ على كل من السمات المكانية والزمنية للخلايا الحية مع التجميد الفوري ، مما يجعل من الممكن مراقبة حالاتها بالتفصيل. في حين أن الخلايا مضمونة ، يمكننا أن نغتنم الفرصة لإجراء قياسات كمية دقيقة للغاية مع مجموعة متنوعة من الأدوات المجهرية البصرية.”

أظهر الباحثون أيضًا كيف تعمل هذه التقنية على تحسين دقة القياس الكمي. من خلال تجميد الخلايا المسمى مع مسبار أيون الكالسيوم الفلورسنت ، تمكنوا من استخدام أوقات التعرض أطول 1000 مرة من العملية في التصوير الحي المباشر ، مما يزيد بشكل كبير من دقة القياس.

لالتقاط الأحداث البيولوجية العابرة في لحظات محددة بدقة ، دمج الباحث نظام حقن المبرد الذي تم تشغيله كهربائيًا. مع تحفيز ضوء الأشعة فوق البنفسجية للحث على موجات أيون الكالسيوم ، مكّن هذا النظام من تجميد موجات أيون الكالسيوم في نقطة زمنية محددة بعد بدء الحدث ، مع 10 مللي ثانية. هذا سمح للفريق بالقبض على عمليات بيولوجية عابرة بدقة زمنية غير مسبوقة.

أخيرًا ، قام الفريق بضبط انتباههم إلى الجمع بين تقنيات التصوير المختلفة ، والتي غالباً ما يصعب محاذاة في الوقت المناسب. من خلال التجميد القريب من العينات للعينات ، يمكن الآن تطبيق طرائق التصوير المتعددة بالتتابع دون القلق بشأن عدم التوافق الزمني. في دراستهم ، قام الفريق بدمج المجهر التلقائي رامان والمجهر الفائق الدقة على الخلايا التي تم تحريكها في نفس الخلايا. سمح لهم ذلك بعرض المعلومات الخلوية المعقدة من عدد من المنظورات في نفس النقطة الزمنية بالضبط.

يفتح هذا الابتكار طرقًا جديدة لمراقبة الأحداث الخلوية السريعة العابرة ، مما يوفر للباحثين أداة قوية لاستكشاف الآليات الكامنة وراء العمليات البيولوجية الديناميكية.

المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily