یک روش سنتی برای تصویربرداری از ساختارهای در مقیاس نانو در سلول‌ها، میکروسکوپ‌های پرقدرت و گرانقیمت با وضوح فوق‌العاده است.

اکنون محققان MIT به عنوان یک روش جایگزین، راهی برای گسترش بافت قبل از تصویربرداری از آن ایجاد کرده‌اند که تکنیکی است که به آنها امکان می‌دهد با یک میکروسکوپ نوری معمولی به وضوحی در مقیاس نانو دست یابند.

در جدیدترین نسخه این تکنیک، محققان امکان انبساط ۲۰ برابری بافت را در یک مرحله فراهم کرده‌اند.

این روش ساده و ارزان می‌تواند تقریباً به هر آزمایشگاه زیست‌شناسی امکان تصویربرداری در مقیاس نانو را بدهد.

دیدن درون بافت‌ها

دانشمندان با وضوح به دست آمده توسط این روش که حدود ۲۰ نانومتر است، می‌توانند اندامک‌ها را داخل سلول‌ها و همچنین خوشه‌های پروتئینی را ببینند.

محققان با انبساط ۲۰ برابری می‌توانند از یک میکروسکوپ نوری معمولی برای تفکیک حدود ۲۰ نانومتر از هر بافت استفاده کنند.

این امکان به آنها اجازه می‌دهد تا ساختارهای سلولی مانند میکروتوبول‌ها و میتوکندری‌ها و همچنین خوشه‌های پروتئینی را ببینند.

در این مطالعه جدید، محققان تصمیم گرفتند تا یک انبساط ۲۰ برابری را تنها در یک مرحله انجام دهند. این بدان معنی بود که آنها باید ژلی پیدا می‌کردند که هم بسیار جاذب و هم از نظر مکانیکی پایدار باشد تا وقتی ۲۰ برابر منبسط می‌شود، از هم نپاشد.

آنها از ژلی متشکل از نیتروژن، نیتروژن-دی‌متیل آکریل آمید(DMAA) و آکریلات سدیم برای رسیدن به این هدف استفاده کردند.

بر خلاف ژل‌های انبساطی قبلی که به افزودن یک مولکول دیگر برای ایجاد اتصالات عرضی بین رشته‌های پلیمری متکی بودند، این ژل به طور خود به خود پیوندهای عرضی ایجاد می‌کند و خواص مکانیکی قدرتمندی از خود نشان می‌دهد.

از چنین اجزای ژلی قبلاً در پروتکل‌های میکروسکوپ انبساطی استفاده شده بود، اما ژل‌های به ‌دست ‌آمده می‌توانستند فقط حدود ۱۰ برابر منبسط شوند.

اکنون محققان MIT این ژل و فرآیند پلیمریزاسیون آن را بهینه کردند تا ژل قوی‌تر شود و اجازه انبساط ۲۰ برابری را بدهد.

محققان برای تثبیت بیشتر این ژل و افزایش تکرارپذیری آن، قبل از تبدیل شدن به ژل، اکسیژن را از محلول پلیمری حذف کردند و از واکنش‌های جانبی که با اتصال عرضی تداخل دارند، جلوگیری کردند. این مرحله نیاز به عبور گاز نیتروژن از طریق محلول پلیمری دارد که جایگزین بیشتر اکسیژن در سیستم می‌شود.

پس از تشکیل ژل، پیوندهای انتخابی در پروتئین‌هایی که بافت را در کنار هم نگه می‌دارند، شکسته می‌شوند و آب برای انبساط ژل به آن اضافه می‌شود. پس از انبساط، پروتئین‌های هدف در بافت را می‌توان برچسب‌گذاری و تصویربرداری کرد.

تصویربرداری از ساختارهای ظریف

محققان با استفاده از این تکنیک توانستند بسیاری از ساختارهای ریز درون سلول‌های مغز از جمله نانوستون‌های سیناپسی را تصویر کنند. اینها دسته‌ای از پروتئین‌ها هستند که به روشی خاص در سیناپس‌های عصبی مرتب شده‌اند و به نورون‌ها اجازه می‌دهند از طریق ترشح انتقال‌دهنده‌های عصبی مانند دوپامین با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

محققان در مطالعات سلول‌های سرطانی همچنین از میکروتوبول‌ها(لوله‌های توخالی که به ساختار سلول‌ها کمک می‌کنند و نقش مهمی در تقسیم سلولی دارند) تصویربرداری کردند.

آنها همچنین توانستند میتوکندری‌ها و حتی خوشه‌هایی از پروتئین‌هایی که دسترسی به هسته سلول را کنترل می‌کنند را ببینند.

محققان اکنون از این روش برای تصویربرداری از کربوهیدرات‌های موسوم به گلیکان‌های موجود در سطوح سلولی و کمک به کنترل تعاملات سلولی با محیط خود استفاده می‌کنند.

این روش همچنین می‌تواند برای تصویربرداری از سلول‌های تومور مورد استفاده قرار گیرد و به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا نحوه سازماندهی پروتئین‌ها در آن سلولها را بسیار راحت‌تر از قبل ببینند.

محققان تصور می‌کنند که هر آزمایشگاه زیست شناسی باید بتواند از این روش با هزینه کم استفاده کند، زیرا این روش بر روی مواد شیمیایی استاندارد، در دسترس و تجهیزات رایج تکیه دارد که اکثر آزمایشگاه‌ها آنها را دارند یا می‌توانند به راحتی به آنها دسترسی پیدا کنند.