การจับกุมเซลล์ที่มีชีวิตด้วยการแช่แข็งอย่างรวดเร็วเผยให้เห็นรูปแบบทางชีวโมเลกุลที่มีความละเอียดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน

สถานะของสิ่งมีชีวิตที่มีพลังนำไปสู่พฤติกรรมไดนามิกของสารชีวโมเลกุลขนาดนาโนเมตรหลายพันล้านตัวที่มีปฏิสัมพันธ์กัน และรูปแบบเชิงพื้นที่และชั่วขณะอันเป็นผลมาจากพฤติกรรมร่วมนี้ก่อให้เกิดการทำงานของเซลล์ที่แสดงออกมาในระดับไมโครเมตร ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการถ่ายภาพช่วยให้เราสามารถจับภาพไดนามิกของชีวโมเลกุลที่ก่อตัวเป็นรูปแบบโดยใช้โพรบเรืองแสงเพื่อให้ได้ความละเอียด

เชิงพื้นที่

และเชิงเวลาที่น่าทึ่ง ตัวอย่างเช่น กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์สามารถแก้ไขรูปแบบลงไปถึงระดับนาโนผ่านเทคนิคต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์การแปลโมเลกุลเดี่ยว, นาโนสโคปที่มีโฟตอนฟลักซ์น้อยที่สุด และนาโนสโคปแบบลดการปล่อยสารกระตุ้น จำนวนโฟตอนที่รวบรวมทั้งหมดจะเป็นตัวกำหนด

อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนและความละเอียดเชิงพื้นที่หรือสเปกโทรสโกปีที่ทำได้ ฟลักซ์ของโฟตอนที่บรรลุได้สูงสุดจากโพรบออปติกจึงกำหนดขีดจำกัดที่ต่ำกว่าสำหรับเวลาที่จำเป็นในการรวบรวมโฟตอนให้เพียงพอเพื่อให้ได้ความละเอียดเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในช่วงเวลาการเก็บโฟตอนนี้ 

การเคลื่อนที่แบบพาสซีฟหรือแอคทีฟของโมเลกุลจะส่งผลให้เกิดการเบลอ จึงจำกัดความละเอียดของโครงสร้างเรืองแสง ขีดจำกัดพื้นฐานนี้ซึ่งกำหนดโดยคุณสมบัติทางแสงของฟลูออโรฟอร์ ไม่สามารถเอาชนะได้ด้วยตัวตรวจจับที่ดีกว่าหรือการส่องสว่างที่แรงกว่าปัญหาอีกประการหนึ่งคือปฏิสัมพันธ์

ของแสงกับโพรบเรืองแสงทำให้เกิดอนุมูลพิษ ซึ่งไม่เพียงแต่ทำลายกระบวนการระดับโมเลกุลและฆ่าเซลล์ในที่สุด แต่ยังทำลายโมเลกุลเรืองแสงด้วย ทำให้จำกัดจำนวนโฟตอนที่สามารถรวบรวมได้วิธีหนึ่งในการเอาชนะภาพเบลอจากการเคลื่อนไหวคือการหยุดการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการทางชีวโมเลกุล ซึ่งจะทำให้มีเวลารวบรวมโฟตอน โดยหลักการแล้วสามารถทำได้โดยการตรึงเซลล์ทางเคมี 

อย่างไรก็ตาม 

กระบวนการตรึงสารเคมีที่เปลี่ยนแปลงตัวอย่างโดยการเชื่อมโยงข้ามหรือการสูญเสียสภาพธรรมชาตินั้นใช้เวลานานและทำให้รูปแบบสิ่งมีชีวิตสลายตัวไปสู่สถานะที่ตายแล้ว ดังนั้นจึงไม่สามารถจับภาพรูปแบบโมเลกุลที่ไม่สมดุลแบบไดนามิกของสิ่งมีชีวิตได้ และการฟอกสีด้วยแสงยังคงจำกัดการรวบรวมโฟตอน

เพื่อเลี่ยงการตรึงสารเคมีและหยุดปฏิกิริยาไวแสง วิธีแก้ปัญหาคือการแก้ไขเซลล์ทางกายภาพในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งโดยการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจนต่ำกว่า –136 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่น้ำกลายเป็นของแข็งที่ไม่เป็นระเบียบ การทำความเย็นแบบเร็วเป็นพิเศษนี้มีความจำเป็นด้วยเหตุผลสองประการ: 

เพื่อรักษาสถานะของน้ำที่ไม่สมดุลซึ่งป้องกันความเสียหายทางกลจากการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง (ซึ่งเกิดขึ้นระหว่าง 0°C ถึง –136°C); และเพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวของรูปแบบทางชีวโมเลกุลระดับจุลภาคที่ได้รับพลังงานแล้วไปสู่สถานะที่ตายแล้วนักวิจัยในภาควิชาชีววิทยาเซลล์ระบบ

ที่สถาบันมักซ์พลังค์แห่งสรีรวิทยาโมเลกุล ได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์แบบ ที่หลีกเลี่ยงข้อจำกัดที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมด วิธีการใหม่ซึ่งอธิบายไว้ทำให้เซลล์ที่มีชีวิตเย็นลงโดยตรงด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยความเร็วสูงถึง 200,000 °C/s ทำให้สามารถเก็บรักษาและสังเกตรูปแบบเซลล์และโมเลกุล

ได้หลายขนาดในสถานะดั้งเดิมในขณะที่ถูกจับกุมหลักการทำงานและเพื่อนร่วมงานในกลุ่มวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการทำความเย็นแบบ ที่รวมเข้ากับกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์แบบมัลติโมดอล ทำให้สามารถจับกระบวนการทางชีววิทยาด้วยความเย็นได้ทันที ในการดำเนินการจับด้วย

ความเย็น 

เซลล์จะถูกยึดติดกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเพชรที่สามารถทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วโดยการระเบิดของไนโตรเจนเหลวที่มีแรงดัน (ที่ –196 °C) กล่าวอีกนัยหนึ่ง นักวิจัยยึดเซลล์ที่มีชีวิตซึ่งเติบโตบนกระจกครอบเข้ากับหนึ่งในตัวนำความร้อนที่ดีที่สุดในโลก ที่ด้านตรงข้ามของใบปิด 

ในการสร้างความเย็นที่มีความดันสูง นักวิจัยได้ฉีดไนโตรเจนเหลวและก๊าซฮีเลียมที่มีความดันสูงเข้าไปในภาชนะ จากนั้นวาล์วสั่งงานด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์จะปล่อยความเย็นจากภาชนะนี้ไปยังเพชร วาล์วควบคุมแรงดันซึ่งตรวจจับแรงดันที่ลดลงระหว่างการฉีดเย็น ทำให้แน่ใจว่าไนโตรเจนเหลว

จะไหลอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาอุณหภูมิของตัวอย่างให้ใกล้เคียงกับ −196 °Cการระเบิดด้วยความดันสูงรวมกับการนำความร้อนที่น่าทึ่งของเพชรทำให้นักวิจัยสามารถบรรลุอัตราการเย็นตัวที่สูงมากและจับกุมเซลล์ที่มีชีวิตในสถานะดั้งเดิมของมันระหว่างการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์

วิธีการใหม่นี้ช่วยให้พวกเขาสามารถถ่ายภาพสแนปชอตแบบเปิดรับแสงนานของรูปแบบโมเลกุลดั้งเดิมและสถานะปฏิกิริยาในเซลล์ในระดับที่ไม่สามารถมองเห็นได้นักวิจัยได้ประเมินการพัฒนาการจับกุมด้วยความเย็นแบบ ultrarapid โดยการตรวจสอบองค์กรระดับโมเลกุลของ oncoprotein 

และโปรตีนต้านเนื้องอก การไม่มีภาพเบลอจากการเคลื่อนไหวและความสามารถในการถ่ายภาพที่เพิ่มขึ้นของเครื่องหมายเรืองแสงเผยให้เห็นการทำงานร่วมกันที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ของโปรตีน onco- และสารยับยั้งเนื้องอกในกลุ่มนาโนตามแนวพลาสมาเมมเบรน สิ่งนี้ทำให้สามารถแก้ปัญหาการเชื่อมโยง

ที่ขาดหายไปในวิธีที่การประมวลผลข้อมูลโดยโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งในเครือข่ายชีวโมเลกุลสามารถเปลี่ยนจากสถานะการส่งสัญญาณที่เงียบแบบไดนามิกไปเป็นสถานะการส่งสัญญาณที่ทำงานอยู่ชั่วคราว“นี่เป็นขั้นตอนที่เอื้อประโยชน์สำหรับกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรวมกันของกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงพิเศษและไมโครสเปกโทรสโกปีที่ช่วยให้สามารถทำแผนที่

credit: genericcialis-lowest-price.com TheCancerTreatmentsBlog.com artematicaproducciones.com BlogLeonardo.com NexusPheromones-Blog.com playbob.net WorldsLargestLivingLogo.com fathersday2014s.com impec-france.com worldofdekaron.com