تصویربرداری از سلول های بیولوژیکی از داخل

محققان چینی و ایتالیایی روشی را برای استفاده از قطرات چربی طبیعی درون سلول‌های چربی به‌عنوان ریز لنز، برای مشاهده و نظارت بر ساختارهای درون سلولی و سیگنال‌های فلورسانس خارج سلولی ایجاد کرده‌اند.

در مقایسه با میکروسکوپ فلورسانس سنتی، تظاهرات تیم نشان داد که تصویربرداری با میکرولنز بیوفتونیک وضوح تصویر و قدرت سیگنال را افزایش می‌دهد در حالی که به نور کمتری نیاز دارد، که می‌تواند به نمونه‌های زنده آسیب برساند و از بین ببرد. محققان امیدوارند که بتوانند روش خود را در تشخیص سرطان، عفونت ویروسی و سایر بیماری‌ها در زمان واقعی مورد استفاده قرار دهند.

تصویربرداری فلورسانس، یا طبیعی

میکروسکوپ فلورسانس معمولاً برای نظارت بر تغییرات درون سلولی و سیگنال های خارج سلولی در زمان واقعی استفاده می شود. با این حال، سیگنال های فلورسانس از ساختارهای درون سلولی به طور کلی ضعیف هستند و تشخیص آنها دشوار است. پمپاژ کردن شدت نور تحریک می تواند قدرت سیگنال فلورسانس را بهبود بخشد - اما همچنین احتمال سمیت نوری و سفید شدن نور را افزایش می دهد.

محققان مؤسسه نانوفوتونیک، دانشگاه جینان، چین، و مؤسسه علوم کاربردی و سیستم‌های هوشمند، ایتالیا، تصمیم گرفتند به دنبال رویکرد طبیعی‌تری برای بهبود تصویربرداری فلورسانس از ساختارهای درون سلولی باشند. آنها استفاده از قطرات لیپید درون زا در سلول های زنده را به عنوان میکرولنزها برای بهبود تصویربرداری به صفر رساندند. از آنجایی که کره های لیپیدی به طور طبیعی وجود دارند، کاملاً زیست سازگار هستند

قبل از آزمایش‌های نمایشی، محققان قطرات لیپید را در سلول‌های چربی بالغ (که معمولاً سلول‌های چربی نامیده می‌شوند) مشخص کردند. قطرات صاف و کروی با قطرهای 0.5 تا 40 میکرومتر و ضریب شکست در حدود 1.52 بودند. عدد دوم بالاتر از شاخص سیتو و پری پلاسم است. که باعث شد قطرات لیپید برای تصویربرداری فلورسانس درون سلولی و برای تشخیص سیگنال های فلورسانس خارج سلولی مناسب باشند.

برای هدایت ریز لنزهای لیپیدی از طریق سیتوپلاسم برای تصویربرداری از ساختارهای مختلف داخل و خارج سلول، محققان دریافتند که موچین های نوری 1064 نانومتری ایده آل هستند و در امتداد قطرات حرکت می کنند و در عین حال کمترین آسیب را به سلول وارد می کنند. راه اندازی آزمایشی برای نمایش میکرولنز شامل یک سیستم موچین نوری اسکن با یک میکروسکوپ نوری معکوس برای تشخیص سیگنال های میدان روشن و فلورسانس بود.

نگاه کردن به داخل و خارج

برای تظاهرات تصویربرداری میدان روشن درون سلولی، ساختارهایی که باید مشاهده شوند در زیر قطره لیپید در سیتوپلاسم قرار گرفتند و به قطره اجازه دادند تا به آرامی بر ساختار فشار بیاورند. در این آزمایش‌های اولیه حالت تماس، محققان دریافتند که این قطرات می‌توانند ویژگی‌های ساختاری را با اندازه ۱۰۰ نانومتر، با سیگنال قوی‌تر و با استفاده از قدرت تحریک قابل‌توجه کمتر در مقایسه با میکروسکوپ فلورسانس سنتی، شناسایی کنند.

این تیم قادر به تصویربرداری و ردیابی در زمان واقعی رشته‌های اکتین نشان‌دار شده با فلورسنت در اسکلت سلولی و همچنین لیزوزوم‌ها و آدنوویروس‌هایی بودند که از طریق سیتوپلاسم مهاجرت می‌کنند، به مدت 10 دقیقه.

برای نشان دادن تشخیص سیگنال فلورسانس خارج سلولی با استفاده از لنزهای لیپیدی، محققان از فاصله کانونی طولانی و ضریب شکست بالای قطرات چربی استفاده کردند. در این حالت غیر تماسی، آنها می‌توانند از میکرولنز لیپیدی برای شناسایی سیگنال‌های فلورسانس در خارج از دیواره سلولی و ریزمحیط و بافت‌های اطراف استفاده کنند. در مطالعات توصیفی با طول موج های خاص نور، آنها دریافتند که فاصله کانونی با افزایش قطر قطرات چربی افزایش می یابد. به عنوان مثال، یک نور تحریکی با طول موج λ = 473 نانومتر که از یک میکرولنز لیپیدی با قطر بیش از 2 میکرومتر عبور می کند، فاصله کانونی بیشتر از 10λ دارد.