میکروسکوپ با سرعت بالا تصاویر سه بعدی از سلول های زنده را تقریبا 400 برابر سریعتر می گیرد.

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان دانشگاه توکیو یک تکنیک میکروسکوپی با سرعت بالا ایجاد کرده اند که تصاویر را با سرعت بسیار بالایی می گیرد و می توان از آنها برای ساخت "فیلم" از فرآیندهای پویا که در داخل سلول های زنده رخ می دهد استفاده کرد.

این تیم برای ایجاد یک سیگنال فتوترمال، نور مادون قرمز میانی را بر روی نمونه‌ها تاباند و سپس عکس‌های فوری از نشانه‌های مختلف تغییر دما که توسط مولکول‌های مختلف درون سلول منتشر می‌شود، ثبت کردند.

این مطالعه در Nature Communications منتشر شده است.

تلاش‌های مشابه قبلی 0.05 عکس در ثانیه ثبت می‌کردند، اما این تکنیک جدید 19.2 عکس در ثانیه گرفت. با گرفتن تصاویر از زوایای مختلف، این تیم می تواند یک "ویدئو" سه بعدی بسازد که فرآیندهای بیولوژیکی فعال را در حال حرکت نشان می دهد.

راه‌های زیادی برای بررسی درون سلول‌هایمان و نحوه عملکرد آنها، سازگاری با تغییرات و پاسخ به درمان‌ها وجود دارد. یک روش میکروسکوپ فتوترمال مادون قرمز میانی بدون برچسب است. این از نور مادون قرمز میانی برای ارتعاش پیوندهای شیمیایی درون مولکول‌ها استفاده می‌کند که هر کدام فرکانس مشخصی دارند.

امضاهای فرکانس مختلف را می توان برای ایجاد نقشه ای از ترکیب داخلی یک سلول استفاده کرد که سپس با روشن کردن آن با نور مرئی قابل مشاهده است.

مزیت این روش این است که بر خلاف برخی روش‌های دیگر، از هیچ رنگی استفاده نمی‌کند – که می‌تواند برای نمونه‌های زنده سمی باشد. با ترکیب عکس ها از زوایای مختلف، می توان یک تصویر سه بعدی ایجاد کرد. با این حال، ثبت تصاویر در بازه های زمانی فرعی، چالش برانگیز است.

ماساتو فوکوشیما، نویسنده اول این مطالعه و دکترای دکترا، توضیح داد: «پیش از این، توموگرافی فوتوترمال مادون قرمز میانی سه بعدی به کمتر از 0.05 تصویر در ثانیه محدود می شد، عمدتا به این دلیل که میانگین سیگنال و اندازه گیری های متوالی از زوایای مختلف روشنایی به زمان قابل توجهی نیاز داشت. دانشجوی گروه فیزیک

با این حال، ما تکنیک جدیدی را توسعه داده‌ایم که به ۱۹.۲ تصویر در ثانیه می‌رسد و ما را قادر می‌سازد تا هر ۵۲ میلی‌ثانیه (هزارم ثانیه)، تقریبا ۴۰۰ برابر سریع‌تر از روش‌های قبلی، یک تصویر سه‌بعدی کامل به دست آوریم.

این تیم با استفاده از یک مدولاتور نور فضایی (دستگاهی که دقیقا ویژگی‌های نور را شکل می‌دهد، مانند فازهای موج مانند تاج‌ها و فرورفتگی‌ها، برای هدایت آن در جهات مختلف) برای تغییر زاویه روشنایی بسیار سریع و با به حداکثر رساندن نسبت سیگنال به نویز برای هر شات، غلبه کرد. سیستم به دست آمده، توموگرافی پراش نوری نوری مادون قرمز با نرخ ویدئو (MIP-ODT) نامیده می شود.

با استفاده از MIP-ODT، این تیم می‌تواند قطرات چربی (که مسئول تنظیم انرژی و ذخیره چربی‌ها هستند) را در یک سلول ببیند و نحوه حرکت آنها را در فضای سه‌بعدی ردیابی کند و رفتارهای حمل‌ونقلی را آشکار کند که به‌راحتی از طریق تصویربرداری دوبعدی قابل مشاهده نیست.

فوکوشیما گفت: «تحقیق ما این تکنیک را از روشی که عمدتا برای مشاهده نمونه‌های نسبتا ساکن استفاده می‌شود، به ابزاری تبدیل می‌کند که قادر به بررسی کمی فرآیندهای بیولوژیکی سریع در سه بعدی است.»

این تیم برنامه های کاربردی آینده را برای این تکنیک جدید پیش بینی می کند. یکی از کاربردها می تواند مطالعه میعانات بیومولکولی، ساختارهای بدون غشاء در سلول هایی باشد که حاوی پروتئین و اسیدهای نوکلئیک هستند. رفتار غیرعادی این میعانات با اختلالات نورودژنراتیو مرتبط است، بنابراین بررسی چگونگی رشد و تغییر آنها ممکن است به محققان در توسعه درمان های جدید کمک کند.

تاکورو ایدگوچی، نویسنده ارشد این مطالعه، استاد دانشکده علوم مرزی، توضیح داد: "گام بعدی ما پرداختن به سوالات بنیادی بیولوژیکی است که با تکنیک‌های مرسوم قابل بررسی نیستند. نقطه قوت اصلی تصویربرداری شیمیایی بدون برچسب، توانایی آن در ارائه اطلاعات کمی درباره ترکیب شیمیایی سلول‌های زنده است." با تجسم دینامیک سلولی در سه بعد و در طول زمان، هدف ما این است که به سمت درک کمی و مبتنی بر اندازه‌گیری از زندگی پیش برویم.

تصویربرداری شیمیایی حجمی با نرخ ویدئو از طریق توموگرافی پراش نوری فتوترمال مادون قرمز میانی، Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-78699-z

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →