لقد جمع الباحثون خبراتهم لتطوير نوع جديد من المجاهر. يتيح نظام الفحص المجهري الجديد لمجال الضوء إمكانية دراسة العمليات البيولوجية السريعة ، مما ينتج عنه ما يصل إلى 200 صورة ثلاثية الأبعاد في الثانية. الاختبارات الأولية قد قدمت بالفعل رؤى جديدة في حركة خلايا الدم في القلب.
يوضح هذا الرسم التوضيحي ، استنادًا إلى بيانات حقيقية ، قلب سمكة الأرز اليابانية. توضح أشعة الليزر الخضراء والزرقاء كيف يقوم مجهر التصوير ثلاثي الأبعاد المطور حديثًا من قِبل باحثين من EMBL بمسح القلب.
يقول لارس هوفناجل عن الأساس المنطقي لتطوير المجهر الجديد: “تحدث العديد من العمليات البيولوجية المهمة في ثلاثة أبعاد وعلى فترات زمنية بالميلي ثانية”.
التقاط هذه العمليات السريعة هو تحد كبير في علم الأحياء. وإظهارها ليس فقط في الأبعاد الثنائية ولكن في الأبعاد الثلاثية – بجانب الدقة العالية المطلوبة – هو الجانب الرئيسي الثاني من الفحص المجهري الحديث.
النظام المجهري الجديد لحقل الضوء الذي طوره قادة مجموعة EMBL لارس هوفنايل وروبرت بريفيدل وفرقهم يتغلبون على العقبات في وقت واحد.
يقول روبرت بريفيدل: “تسمح لنا طريقتنا الجديدة بدراسة العمليات ثلاثية الأبعاد وعلى فترات زمنية تبلغ 200 صورة في الثانية”. يضيف Lars Hufnagel: “علاوة على ذلك ، فإنه يوفر دقة تصل إلى عشرة أضعاف ، أي متناحية الخواص ، دقة أعلى من المجهر الكلاسيكي لحقل الضوء”.
حاولت المجاهر المطورة سابقًا ، والتي تعتمد في الغالب على مقاربات ورقة الضوء ، أيضًا تصوير العمليات البيولوجية السريعة ولكنها حققت سرعات أبطأ بكثير من التقنية الجديدة. على هذا النحو ، كانت بطيئة للغاية في رؤية العمليات الديناميكية داخل القلوب والخلايا العصبية.
دراسة الجدوى الأولى على قلب السمك
لإظهار قدرات هذه التقنية الجديدة ، درس الفريق النبض وتدفق الدم في الميداكا – المعروف أيضًا باسم أسماك الأرز اليابانية – في الوقت الفعلي. تم استخدام الميداكا لأنه كائن حي مفهوم جيدًا. بالإضافة إلى ذلك ، تتحرك خلايا الدم بسرعة – تصل إلى ملليمتر واحد في الثانية – وهذا يمثل تحديًا لأي مجهر موجود.
أظهرت الصور التي ألقاها هذا الاختبار لأول مرة كيف تتحرك خلايا الدم الفردية عبر غرفتي القلب. يقول المؤلف المشارك يواكيم ويتبرودت من مركز الدراسات العضوية في جامعة هايدلبرغ: “هذا يفتح إمكانيات جديدة تمامًا”. “في إظهار كيف أن الخلفيات أو الطفرات الجينية لها تأثير على ديناميات ضربات القلب ، يمكن استخدام التكنولوجيا الجديدة للبحث عن عيوب القلب.”
متعددة التخصصات : البحث والتطوير
وكان بناء المجهر الجديد نتيجة لجهد عدد من التخصصات. يتمتع الباحثون في مجموعتي EMBL بخلفيات في مجالات علمية مختلفة: الفريق متعدد التخصصات يتكون من فيزيائيين ومهندسين وعلماء كمبيوتر وعلماء أحياء بالطبع.
يقول هوفناجل: “يوضح هذا المجهر الجديد أن EMBL ليست فقط في طليعة أبحاث البيولوجيا الجزيئية ، ولكنها أيضًا مكان مهم للبحث وتطوير التقنيات الجديدة اللازمة في هذا المجال”.
الخطوة التالية: الخلايا العصبية
كانت الدراسة التي أجريت على قلب ميداكا أول اختبار للمجهر الجديد. يتطلع روبرت بريفيدل إلى استخدام المجهر لدراسة نشاط وديناميات الخلايا العصبية في هذه الحيوانات. “إن التطورات المستقبلية للكاميرا يمكن أن تزيد من سرعة التصوير. هذا من شأنه أن يجعل تقنية المجهر الجديد لدينا أداة جذابة لدراسة الديناميات داخل الشبكات العصبية الصغيرة على نطاقات زمنية بالميللي ثانية في 3D ،” يخلص بريفيدل.
المصدر :
المواد المقدمة من مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي. نشر الخبر في مجلة scienceDaily في 30 أبريل 2019.