الخبر السار: يمكن للمجاهر الرخيصة أيضًا الحصول على صور فائقة الدقة
قام فريق من علماء النانو علي شايب وسيلفيو ريزولي في المركز الطبي الجامعي في غوتنغن، ألمانيا، بتطوير طريقة للفحص المجهري بالضوء العادي - تقنية المجهر الواحد - التي تسجل صور البروتينات الفردية وهياكل الخلايا التي لم يسبق رؤيتها من قبل في مستوى ما. من التفاصيل التي تتجاوز حتى تلك الموجودة في مجهر "فائق الدقة" بملايين الدولارات. مجاهر "فائقة الدقة" بملايين الدولارات. تم نشر النتائج على موقع bioRxiv التجريبي.
"يجب أن يكون هناك شكل من أشكال الديمقراطية في تكنولوجيا الفحص المجهري." يشير ريزولي إلى أن الدقة العالية للتكنولوجيا الجديدة قابلة للتطبيق على عدد كبير من المختبرات الغنية، وليس على عدد قليل منها.
وقال ريزولي إن قدرات المجاهر الضوئية التقليدية محدودة بقوانين البصريات، مما يعني أن عمليات رصد الأجسام التي يقل حجمها عن 200 نانومتر تكون غامضة، مضيفًا أن الباحثين طوروا أساليب فائقة الدقة خارج نطاق الفيزياء يمكنها تقليل هذا الحد إلى حوالي 10 نانومتر. نانومتر. تستخدم هذه الطريقة، الحائزة على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2014، الحيل البصرية لتحديد جزيئات الفلورسنت المرتبطة بالبروتينات.
وفي عام 2015، اقترح الباحثون طريقة أخرى للتحايل على الحد البصري. أظهر فريق من الباحثين بقيادة إدوارد بويدن، مهندس الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة، أن الأنسجة القابلة للنفخ (باستخدام مركب ماص موجود في الحفاضات) يمكن أن تبقي الأجسام الخلوية بعيدة عن بعضها البعض. وقد أدت هذه التقنية، المعروفة باسم المجهر التضخمي، إلى قفزة نوعية في دقة المجهر، مما يسمح بتحليل الهياكل التي يبلغ طولها حوالي 20 نانومتر.
تدمج تقنية شايب وريزولي الطريقتين لتحقيق دقة أقل من-1 نانومتر. وهذا الوضوح كافٍ للكشف عن شكل البروتينات الفردية، والتي كان يتم تصويرها في السابق بمزيد من التفصيل باستخدام طرق علم الأحياء البنيوية الأكثر تكلفة، مثل المجهر الإلكتروني بالتبريد.
تعد بساطة الفحص المجهري الموسع جزءًا من جاذبيته، ويقدر Boyden أن أكثر من 1,000 مختبر قد اعتمد هذه التقنية. تتم معالجة العينات بمواد كيميائية تعمل على تثبيت البروتينات الموجودة على البوليمر، والذي يتضخم إلى 1,000 ضعف حجمه الأصلي عند إضافة الماء، مما يسمح بفصل الجزيئات. كما تستخدم تقنية الفحص المجهري ONE الحرارة أو الإنزيمات لتحليلها البروتينات، بحيث يتم تمديد الأجزاء الفردية في اتجاهات مختلفة أثناء عملية التورم.
استخدم الباحثون طريقتهم لتسجيل صور لجزيء عصبي، مستقبل GABAA، والذي يشبه إلى حد كبير الفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة وخرائط علم البلورات بالأشعة السينية للبروتينات. كما تمكنوا من التقاط الخطوط العريضة لجزء كبير من بروتين يسمى "أوتوتوكسين"، الذي لم يتم تحديد بنيته بعد، والذي يساعد على نقل الإشارات الصوتية في الدماغ. يشبه الشكل التنبؤات الهيكلية التي قدمتها شبكة التعلم العميق AlphaFold.
في حين أن الطريقة لا يمكن أن تتطابق مع دقة المجهر الإلكتروني بالتبريد، والتي في بعض الحالات يمكن أن تكشف عن تفاصيل قريبة من المستوى الذري أصغر من 0.2 نانومتر، فإن تقنيات المجهر الإلكتروني بالتبريد ضئيلة ومكلفة، كما يقول ريزولي وأضاف أن الفحص المجهري الواحد، على النقيض من ذلك، يمكن أن يوفر طريقة سريعة وسهلة لفهم بنية أي جزيء تقريبًا.
وقال ريزولي إن جزءًا من الدافع لتطوير التكنولوجيا كان توسيع إمكانية الوصول إلى المجاهر الضوئية المتطورة. تعتبر طريقة المجهر الواحد بسيطة بما يكفي لتطبيقها على المجاهر الفلورية، والتي أصبحت قديمة في التسعينيات.
تخطط سلمى تمام، أخصائية تكنولوجيا الأدوية بالجامعة الألمانية بالقاهرة، لإرسال طالب دكتوراه لدراسة هذه التقنية هذا الصيف. يدرس مختبرها كيفية تحرك الجسيمات النانوية عبر الخلايا، ويريدون رؤية تفاصيل الجسيمات وحاملاتها. ولكن، مثل العديد من الباحثين في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل، لا يمكنهم الوصول إلى مجاهر باهظة الثمن وفائقة الدقة.
إن التوسع في استخدام الفحص المجهري فائق الدقة أمر مهم أيضًا للعلماء في المؤسسات ذات التمويل الجيد، كما تقول نوا ليبستاين، عالمة بيولوجيا التشابك العصبي في مركز لايبنيز لعلم الصيدلة الجزيئية في ألمانيا. قامت مؤخرًا بتأسيس مجموعة بحثية مستقلة واختارت تطبيق فحص مجهري واحد على دراساتهم حول تفاصيل التشابك العصبي.
