وذكر تقرير صدر اليوم الاثنين عن المجموعة العلمية لوكالة أنباء الجمهورية الإسلامية الإيرانية (إرنا) من المقر الخاص لتكنولوجيا النانو، أن الباحثين في مختبر الأحياء البحرية (MBL) نجحوا في تطوير مجهر مركب يسمح بالتصوير المتزامن للموضع والتوجه ثلاثي الأبعاد لمجموعة من الجزيئات، مثل البروتينات المصنّفة، داخل الخلايا.
يجمع هذا المجهر الجديد، المسمى Pol-diSPIM، بين تقنية الفلورسنت المستقطب والمجهر الضوئي ثنائي الرؤية (diSPIM). تُعد تقنية الفلورسنت المستقطب أداة قيمة لقياس اتجاه الجزيئات، في حين تتمتع المجهرية ثنائية الرؤية ذات المجال الساطع بقدرة عالية على تصوير عمق العينة.
تغير البروتينات اتجاهها الثلاثي الأبعاد استجابة لمحيطها. وتسمح لهم هذه التغييرات بالتفاعل مع جزيئات أخرى وأداء وظائفهم البيولوجية. وباستخدام هذه الأداة الجديدة، أصبح من الممكن تسجيل التغيرات في التوجه الثلاثي الأبعاد للبروتينات.
يقول تالون تشاند، المؤلف الأول للدراسة وباحث في مركز CZ Biohub في سان فرانسيسكو: "يمكن للتغيرات الموضعية في الجزيء أن تقدم أدلة قيمة، ولكن في بعض الأحيان تكمن المعلومات الأساسية في اتجاهه". قد تتمكن هذه التقنية الجديدة من الكشف عن جوانب خفية في علم الأحياء كان من الصعب ملاحظتها في السابق.
ومن التطبيقات الرئيسية لهذه التقنية دراسة مغازل انقسام الخلايا، والتي كانت حتى الآن واحدة من التحديات الكبرى في مجال المجهر.
يوضح رودولف أولدنبورج، الباحث الكبير في مختبر موسكو للبيولوجيا الجزيئية والمؤلف المشارك في الدراسة: "باستخدام الطرق المجهرية التقليدية، بما في ذلك الضوء المستقطب، من السهل نسبيًا دراسة مغزل انقسام الخلايا إذا كان في مستوى عمودي على اتجاه الرؤية". ولكن إذا تم إمالة هذه الصفحة، تصبح المعلومات الناتجة غامضة. يسمح لنا هذا المجهر الجديد بتصحيح هذا الخطأ البصري مع الاستمرار في تسجيل الموضع ثلاثي الأبعاد واتجاه الجزيئات بدقة.
ويأمل الباحثون في تحسين هذا النظام ليكون قادرًا على دراسة التغيرات في موضع واتجاه الهياكل البيولوجية في العينات الحية بمرور الوقت. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تطوير المجسات الفلورية الجديدة قد يؤدي إلى توسيع نطاق هذه التكنولوجيا وتمكين دراسة مجموعة أوسع من الهياكل البيولوجية.
تشكلت الفكرة الأولية لهذا المجهر في عام 2016 أثناء جلسات العصف الذهني التي أجرتها مجموعة من خبراء المجهر في MBL. كان هاري شروف، الباحث في معهد هارفارد هوارد هيوز الطبي (HHMI Janelia) وعضو المعاهد الوطنية للصحة (NIH)، يعمل باستخدام مجهر diSPIM مصمم خصيصًا قام بتطويره بالتعاون مع أبيشيك كومار.
ويحتوي diSPIM على مسارين للتصوير يقعان في زاوية قائمة على بعضهما البعض. تتيح هذه الميزة للباحثين إلقاء الضوء على العينة وتصويرها من منظورين مختلفين. لا تعمل طريقة العرض المزدوجة هذه على تعويض نقص دقة العمق في عرض واحد فحسب، بل توفر أيضًا تحكمًا أكبر في استقطاب الضوء الوارد.
وفي المناقشات العلمية، أدرك شروف وأولدنبيرج أن هذا المجهر ثنائي الرؤية يمكنه أيضًا التغلب على قيود المجاهر الضوئية المستقطبة. يقول شروف: "إذا كان لدينا وجهتا نظر متعامدتين، فيمكننا دراسة الفلورسنت المستقطب في هذه الاتجاهات بشكل أكثر فعالية". إذن لماذا لا نستخدم diSPIM لتسجيل بيانات الفلورسنت المستقطبة؟
أصبح هذا المشروع بمثابة أطروحة الدكتوراه الخاصة بتالون تشاندلر، وقضى عامًا في مختبر أولدنبيرج في MBL يجمع بين النظامين. قام فريق البحث بتجهيز diSPIM ببلورات سائلة تسمح بتغيير اتجاه استقطاب الضوء الوارد.
كان مين جو، الذي كان يعمل آنذاك في مختبر شروف السابق في المعاهد الوطنية للصحة، يعمل جنبًا إلى جنب مع تشاندلر في معالجة البيانات وإعادة بناء المعلومات ثلاثية الأبعاد. يوضح تشاندلر قائلاً: "لقد قضينا الكثير من الوقت في محاولة معرفة الشكل الذي ستبدو عليه عملية إعادة بناء هذه البيانات وكمية المعلومات التي يمكن استردادها منها".
وكان تقدم هذا المشروع نتيجة للتعاون المستمر بين MBL وجامعة شيكاغو والمعاهد الوطنية للصحة. ويقول تشاندلر: "خلال عملية تطوير هذه التكنولوجيا، كانت هناك العديد من المناقشات والتبادلات بين MBL وجامعة شيكاغو والمعاهد الوطنية للصحة". وكان هذا التعاون المتعدد التخصصات عاملاً رئيسياً في نجاح هذا المشروع.