۱۴ نوامبر ۲۰۲۵، امیر خُلَم
محققان دانشگاه توکیو میکروسکوپی را توسعه داده‌اند که سیگنال‌ها را در محدوده شدتی چهارده برابر وسیع‌تر از سیستم‌های معمولی ثبت می‌کند.این دستگاه نور پراکنده رو به جلو و عقب را بدون استفاده از رنگ ثبت می‌کند. این دستگاه به آرامی روی سلول‌های زنده عمل می‌کند و از مشاهدات طولانی مدت پشتیبانی می‌کند.
این تیم پتانسیل بالایی برای آزمایش‌های دارویی و بیوتکنولوژی می‌بیند.
میکروسکوپ در طول قرن‌ها پیشرفت قابل توجهی داشته است، اما ابزارهای مدرن هنوز با بده بستان‌هایی روبرو هستند. میکروسکوپ فازی کمی از نور پراکنده رو به جلو برای تشخیص ویژگی‌های بالای تقریباً ۱۰۰ نانومتر استفاده می‌کند.
محققان برای ساختارهای سلولی دقیق به آن متکی هستند، اما با اهداف کوچکتر مشکل دارد.میکروسکوپ پراکندگی تداخلی، نور پراکنده شده به عقب را برای ردیابی پروتئین‌های منفرد می‌خواند، اما نمی‌تواند یک نمای گسترده و در سطح سلول ارائه دهد.
کوهکی هوری می‌گوید: “من می‌خواهم فرآیندهای پویا را در داخل سلول‌های زنده با استفاده از روش‌های غیرتهاجمی درک کنم.” این هدف، تیم را بر آن داشت تا هر دو رویکرد را در یک سیستم واحد ادغام کند.
هوری و همکارانش، کیچیرو تودا، تاکوما ناکامورا و تاکورو ایدگوچی، می‌خواستند محدودیت‌های اندازه را حذف کرده و حرکت میکرو و نانو را در یک قاب ثبت کنند.
آنها میکروسکوپی ساختند که هر دو جهت نور را به طور همزمان اندازه‌گیری می‌کند. آنها آن را با مشاهده مرگ برنامه‌ریزی شده سلولی آزمایش کردند.این تیم یک تصویر واحد را ثبت کرد که اطلاعات را از هر دو کانال رمزگذاری می‌کرد. این سیستم به آنها اجازه داد تا تغییرات را در مقیاس‌های مختلف مطالعه کنند و در عین حال سلامت سلولی را حفظ کنند.
تودا توضیح می‌دهد: «بزرگترین چالش ما، جداسازی دقیق دو نوع سیگنال از یک تصویر واحد، در عین پایین نگه داشتن نویز و جلوگیری از اختلاط بین آنها بود.»
محققان اپتیک و روش‌های تجزیه و تحلیل خود را اصلاح کردند تا دو سیگنال متمایز باقی بمانند.
این دستگاه حرکت ساختارهای سلولی بزرگ و ذرات ریز را همزمان تشخیص داد. همچنین به تیم کمک کرد تا با مقایسه پراکندگی رو به جلو و عقب، اندازه ذرات و ضریب شکست را تخمین بزنند.ضریب شکست میزان خم شدن نور هنگام عبور از یک ذره را توصیف می‌کند.این اندازه‌گیری سرنخ‌هایی در مورد ترکیب یا وضعیت ذره ارائه می‌دهد.
این تیم مزایای واضحی در این رویکرد یکپارچه مشاهده کرد. این رویکرد نیاز به ابزارهای تصویربرداری متعدد را کاهش می‌دهد. همچنین خط لوله تجزیه و تحلیل را که اغلب تحقیقات را کند می‌کند، کوتاه می‌کند.
عدم وجود برچسب‌ها، این روش را با مطالعات طولانی که در آن رنگ‌ها می‌توانند در رفتار سلولی تداخل ایجاد کنند، سازگارتر می‌کند.
تودا فرصت‌های بزرگی را در پیش رو می‌بیند. او می‌گوید: «ما قصد داریم ذرات حتی کوچکتری را نیز مطالعه کنیم.» هدف او شامل اگزوزوم‌ها و ویروس‌ها در نمونه‌های مختلف است.
او و همکارانش همچنین امیدوارند که چگونگی حرکت سلول‌ها به سمت مرگ را ترسیم کنند. آنها قصد دارند شرایط سلول را کنترل کرده و یافته‌ها را با تکنیک‌های دیگر تأیید کنند.
محققان معتقدند که این روش می‌تواند از توسعه دارو و بررسی کیفیت سلول پشتیبانی کند. تصویربرداری طولانی‌مدت و بدون برچسب می‌تواند نحوه پاسخ سلول‌ها به درمان‌ها را کنترل کند.همچنین می‌تواند به تشخیص تغییرات ساختاری ظریفی که سایر ابزارها از دست می‌دهند، کمک کند.
این تیم همچنان به اصلاح سیستم ادامه می‌دهد و انتظار دارد که با توجه به اینکه آزمایشگاه‌ها به دنبال راه‌هایی برای ایجاد پل بین مشاهدات میکرو و نانو بدون آسیب رساندن به نمونه‌ها هستند، این سیستم به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار گیرد.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
