میکروسکوپ نوری فلورسنت دارای توانایی منحصر به فردی برای مشاهده فرآیندهای سلولی در مقیاسی است که چهار مرتبه بزرگی را به هم متصل می کند. با این حال، کاربرد آن در سلول‌های زنده اساساً توسط حرکت بسیار سریع و ثابت مولکول‌هایی که وضعیت زندگی آن را تعیین می‌کنند، محدود می‌شود. علاوه بر این، برهمکنش نور با کاوشگرهای فلورسنت، که امکان مشاهده فرآیندهای مولکولی را فراهم می کند، باعث نابودی آنها می شود. انجماد فوق سریع سلول ها در طول مشاهدات میکروسکوپی زنده، که در بخش زیست شناسی سلولی سیستم ها در موسسه ماکس پلانک برای فیزیولوژی مولکولی در دورتموند توسعه یافته است، اکنون این مشکلات اساسی را دور می زند. قلب این رویکرد خنک‌سازی سلول‌های زنده با سرعت‌های بسیار زیاد تا 200000 درجه سانتیگراد در ثانیه تا -196 درجه سانتیگراد است. این امکان حفظ بی‌سابقه بیومولکول‌های سلولی را در نظم طبیعی خود در زمان دستگیری فراهم می‌کند. در این حالت دمای پایین، حرکت مولکولی و تخریب ناشی از نور متوقف می شود، که امکان مشاهده الگوهای مولکولی حیات را فراهم می کند که در غیر این صورت نامرئی هستند.
تقریباً 100 تریلیون سلول در بدن ما زنده هستند زیرا از طریق مصرف مداوم انرژی در یک حالت فعال ثابت نگه داشته می شوند. بنابراین، مدل‌های میکروسکوپی که سلول را می‌سازند، از رفتار همیشه پویا میلیاردها بیومولکول نانومتری، مانند پروتئین‌ها، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک و سایر مولکول‌ها ناشی می‌شوند که به شکلی به‌ظاهر نامرتب در اطراف ازدحام می‌کنند. برای مشاهده اینکه چگونه سازمان های سطح بالاتر از این فعالیت مداوم پدیدار می شوند، گونه های زیست مولکولی را می توان به طور انتخابی با کاوشگرهای فلورسنت مجهز کرد. این مولکول‌های فلورسنت کاتالیزور فوتون هستند: فوتون‌های پرانرژی (مثلا نور آبی) را جذب می‌کنند و متعاقباً فوتون‌های کم‌انرژی ساطع می‌کنند (تغییر قرمز). این فوتون ها را می توان در زیر میکروسکوپ تصویربرداری کرد تا نه تنها مولکول های زیستی دقیقاً برچسب گذاری شده را پیدا کند، بلکه واکنش های مولکولی محلی را نیز گزارش کند. با این حال، تخریب کاوشگرهای ناشی از نور و تار شدن توسط حرکت مولکولی بسیار حیاتی، دو مشکل اصلی هستند که مشاهدات نحوه تولید ساختارهای حیات مولکولی در مقیاس سلولی را مختل می کنند.
اصل عدم قطعیت برای میکروسکوپ فلورسانس
اینکه یک ساختار یا مولکول خاص واقعاً توسط میکروسکوپ فلورسانس مشخص می شود عمدتاً به مقدار نوری که می تواند از آن ساختار جمع آوری شود بستگی دارد. این شبیه تلاش برای دیدن ستارگان در آسمان شب است. تنها ستارگانی که به وضوح درخشان تر از محیط اطراف خود هستند در یک نگاه قابل مشاهده هستند. اگر از آسمان شب با زمان نوردهی طولانی عکس بگیریم، ستاره های بیشتری قابل مشاهده می شوند، اما با چرخش زمین تار می شوند. به طور مشابه، در میکروسکوپ فلورسانس، زمان نوردهی را می توان افزایش داد تا میزان نور در معرض دید افزایش یابد. با این حال، ساختارهای میکروسکوپی هرگز ثابت نمی مانند، بلکه حرکت تصادفی و همچنین جهت دار را نشان می دهند. بنابراین، طولانی شدن زمان نوردهی منجر به تاری ساختارها می شود. با این حال، در این مورد، حرکت ساختارهای کوچک بسیار سریعتر از کاتالیز فوتون توسط فلوروفور است و بنابراین نمی توان دقت را با ایجاد آشکارسازهای بهتر یا روشنایی قوی تر بهبود بخشید. علاوه بر این، فرآیند کاتالیز فوتون، رادیکال‌های سمی تولید می‌کند که نه تنها فرآیندهای مولکولی را از بین می‌برد و در نهایت سلول‌ها را می‌کشد، بلکه خود مولکول فلورسنت را نیز از بین می‌برد. این در نهایت میزان نوری را که می توان توسط پروب ها در سلول های زنده جمع آوری کرد، محدود می کند.
راه حل به معنای واقعی کلمه بسیار جالب است
Jan Hübinger از گروه Philippe Bastiaens اکنون فناوری متوقف کردن مدل‌های فعالیت مولکولی را توسعه داده است و در عین حال پویایی آنها را در سلول‌های زنده در هر لحظه جالب در عرض میلی‌ثانیه مستقیماً روی میکروسکوپ فلورسانس مشاهده می‌کند. به این ترتیب، می توان همزمان مشکلات اصلی تاری حرکت و تخریب عکس را دور زد.
احتباس با خنک‌سازی بسیار سریع تا دماهای بسیار پایین (196- درجه سانتیگراد) انجام می‌شود که حرکت مولکولی عملاً متوقف می‌شود. دستگیری به دو دلیل باید خیلی سریع انجام می شد. ابتدا، مدل‌های میکروسکوپی پرانرژی که سلول‌های زنده را شناسایی می‌کنند، اگر توقف خیلی کند باشد، به حالت مرده متلاشی می‌شوند. دوم، سرعت دستگیری باید سریعتر از فرآیند تشکیل یخ باشد که سلول ها را از بین می برد. این را می توان در مقیاس بزرگتر نیز مشاهده کرد، به عنوان مثال، زمانی که گوجه فرنگی پس از انجماد بسیار نرم می شود. تشکیل یخ در محدوده بحرانی بین 0 درجه سانتیگراد و -136 درجه سانتیگراد بسیار سریع اتفاق می افتد. با این حال، به طور غیر شهودی، در دمای بسیار پایین (زیر 136- درجه سانتیگراد)، کریستال های یخ دیگر نمی توانند تشکیل شوند، زیرا حرکت مولکول های آب نیز عملا متوقف می شود. این به معنای واقعی کلمه این است که سرمایش باید سریعتر از 100000 درجه سانتیگراد در ثانیه باشد. محققان با توسعه یک دستگاه خنک کننده فوق سریع که با میکروسکوپ ادغام شده است، بر این چالش فنی چیره شده اند، جایی که سرمای نیتروژن مایع (196- درجه سانتیگراد) تحت فشار زیاد بر روی الماس تسریع می یابد. همین الماس نمونه حاوی سلول های طرف مقابل را نیز نگه می دارد. انفجار پرفشار در ترکیب با رسانایی حرارتی استثنایی الماس، دستیابی به نرخ های خنک کننده بالا لازم را برای متوقف کردن سلول ها در -196 درجه سانتیگراد در پیکربندی طبیعی خود ممکن کرد. این نه تنها مشکل تاری حرکت را حل می کند، بلکه تخریب فتوشیمیایی را نیز متوقف می کند. این امر امکان قرار گرفتن در معرض تقریباً بی پایان را باز می کند و بر الگوهای مولکولی تأکید می کند که در غیر این صورت در نویز پنهان می شوند.
مرئی کردن نامرئی
انجماد فوق سریع اجازه می دهد تا از قدرت های لیزری معمولی مخرب برای تجزیه و تحلیل مدل های مولکولی طبیعی با وضوح ده ها نانومتر استفاده شود که در غیر این صورت نامرئی بودند. علاوه بر این، به دلیل عدم تخریب نوری در دمای 196- درجه سانتی گراد، سلول‌های باقی‌مانده مشابه را می‌توان با روش‌های میکروسکوپی مختلف برای اندازه‌گیری مدل‌ها از مقیاس مولکولی تا سلولی مشاهده کرد. بنابراین، این فناوری جدید منجر به کشف یک سازمان مشترک نانوسکوپی از انکوپروتئین و پروتئین سرکوبگر تومور شد که از سلول ها در برابر رفتار بدخیم محافظت می کند. این یک گام فعال برای میکروسکوپ فلورسانس است، به ویژه ترکیبی از میکروسکوپ با وضوح بالا و میکروطیف‌سنجی، که امکان نقشه‌برداری از پاسخ‌های مولکولی در سلول‌ها را در مقیاس بزرگ فراهم می‌کند. فیلیپ باستیانس می‌گوید: «این نحوه مشاهده سازمان‌دهی مولکولی و الگوهای واکنش در سلول‌ها را تغییر می‌دهد و بنابراین بینش بیشتری در مورد توانایی‌های خودسازماندهی ماده زنده ارائه می‌کند.
این مطالعه در منتشر شد دستاوردهای علمی.
نقل قول: Using Cold to Improve Microscopy (2021، 13 دسامبر)، بازیابی شده در 13 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-cold-microscopy.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- کره شمالی تا ضربات دفتر دیپلماتیک در میان افزایش تنش ها با کره جنوبی
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- Teixeira علامت 'نمی تواند تصور کنید' Gerrit کول دردناک یانکی ها تاخیر
- کلمات کلیدی: تهمت: 401(k) سرمایه گذاران که به دنبال توصیه من هستند "انجام پدیداری' — دیگران نه آنقدر
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- Encore: جدید وزارت کار تغییر حکومت به طور پیش فرض طرح بازنشستگی افشای از کاغذ الکترونیکی
- استفاده از توربو الکتریکی نوربرت برای افزایش سرعت خودروهای شهری
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی