הדמיה ברזולוציה אולטרה-גבוהה, המשתמשת בקרני רנטגן, מובילה להתקדמות משמעותית בתחום המיקרוסקופיה בהדמיות מבני-ננו של דגימות ביולוגיות. המדענים הפיקו את התמונות הראשונות של תאים ביולוגים בעזרת הטכניקה
טכניקת הדמיה ברזולוציה אולטרה-גבוהה, המשתמשת בקרני רנטגן, מובילה להתקדמות משמעותית בתחום המיקרוסקופיה בהדמיות מבני-ננו של דגימות ביולוגיות. בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences, מדענים מדווחים על התקדמות בישום הגישה של מיקרוסקופ רנטגן “חסר עדשות”.
המדענים הפיקו את התמונות הראשונות של תאים ביולוגים בעזרת הטכניקה.
יכולת מוצלחת יותר לראות את מבני התאים בסקאלות ננומטריות יכולה להניב נקודת תצפית חשובה בדרך למהפכה הביולוגית והביוטכנולוגית. במקרה של החיידק D.Radiodurans למשל, זה יכול לעזור ליישב את השאלה האם מבנה הדנ”א של אורגניזם זה הוא בעל אזורי גרעין שתורמים להתנגדותו לקרינה מייננת. באמצעות הדגמת הטכניקה, הראו המדענים כיצד ניתן לפרוס את דגימת התאים הביולוגים בהדמיה תלת-מימדית.
הדמיית רנטגן ידועה במיוחד ביישומים רפואיים, כמו למשל מכשיר ה-CT. למרות זאת, השימוש ברנטגן מאפשר הרבה יותר מהדמיה רגילה. במיוחד קרינת הרנטגן בעלת אורך גל קצר שמאפשרת קבלת סוגים שונים של מיקרוסקופיה המסוגלים להגיע לרזולוציה ננומטרית. אחת המשוכות בהשגת רזולוציה גבוהה במיקרוסקופ רנטגן הוא הקושי ליצור עדשות רנטגן בעלות איכות גבוהה. על מנת להתגבר על המכשול, נוסדו שיטות מיקרוסקופיה “חסרות עדשה” בעשור האחרון. זוהי טכניקה שפותחה ע”י מדענים בקבוצה הביו-רפואית של אוניברסיטת TUM במינכן. הטכניקה הפיחה תקוות בנוגע להדמיית החומרים ודגימות ביולוגיות ברזולוציה אולטרה-גבוהה.
טכניקת ההדמיה, המכונה פטיכוגראפיה, הוצגה לראשונה בשנות ה-70. היא המשיכה להתפתח בתחום מדידות תבניות שבירה בה מאירים על דגימה באור חלש. בעוד שהשימוש בטכניקה זו במיקרוסקופ אלקטרונים מוגבל, פטיכוגראפיה השיגה פופולאריות עצומה בקרב קהילת הדמיות הרנטגן בשנים האחרונות, הודות לפיתוח של פראנץ פפייפר, שיושב כעת בראש הקבוצה לפיזיקה ביו-רפואית ב TUM. שלב קריטי בפיתוח הפטיכוגראפיה פורסם ע”י הצוות לפני שנה.
כעת, שיתוף פעולה בין קבוצתו של פפייפר ומדענים מאוניברסיטת גוטינגן בשוויץ, הצעיד קדימה את הפיתוח הראשוני של הדמיית התאים הביולוגים.
התוצאות מראות שהדמיית רנטגן ללא עדשות, במיוחד פטיכוגראפיה, יכולה לשמש למיפוי מדויק של צפיפות האלקטרונים הקיימת בדגימה ביולוגית. דגימות ביולוגיות הן עדינות מאוד וכמעט בלתי נראות לקרני הרנטגן, לכן יצירת טכנולוגית מדידה כה מדויקת היא אתגר בפני עצמו.
קבוצתו של פפייפר מסתכלת קדימה ועובדת על שיפורים נוספים בטכניקה. במיוחד, צוותו מתכוון להתמקד בהדמיה תלת-מימדית של דגימות ביולוגיות.
10 תגובות
מה לא ברור? חיידקים ראו מזמן (לוונהוק, 1673) אבל בשיטה החדשה ניתן לראות מבנים בתוך החיידקים, למשל לוקליזציה ומבנה של ה- DNA ואני מניח שגם קומפלקסים גדולים. ישנן גם שיטות אחרות לצורך העניין אבל כנראה שבשיטה הנוכחית הצליחו לראות מבנים תוך תאיים שלא ניתן היה לראות קודם.
דבר נוסף שאולי מנסים להשיג פה הוא הדמיה חיה לעומת מיקרוסקופ אלקטרוני שדורש את הרג התאים ולא מאפשר להסתכל ON line על תהליכים.
דרך אגב החיידק בתמונה דינוקוקוס-רדיודורנס הוא חיידק מאד מעניין, כל ארבעת הפסאודו-תאים שנראים הם למעשה חיידק אחד המכיל ארבעה עותקים של הגנום ומהווה תא אחד. לחיידק זה כאמור עמידות יוצאת דופן לקרינה שנחקרה רבות במכון ויצמאן ע”י פרופ’ אבי מינסקי.
לא מבין. משתמשים בקרינת רנטגן כדי לדעת את מבנה המולקולות לפי תבנית ההתאבכות שלהם ( ראו סיפור הריבוזומים ) אבל רק עכשיו יכולים לראות חיידקים ?
שמישהו יסביר את הסתירה.
לא. חיידקים ומולקולות הם אינם בגודל קוונטי והם בד"כ לא מפגינים תכונות קוונטיות.
לפי הקוונטים לחלקקים תת אטומים אין מיקום מוגדר לא במרחב ולא בזמן , והם נמצאים באינסוף מקומות כל הזמן, אז אם זה נכון איך אפשר לראות אותם ? , הרי הם אמורים לצאת מטושטשים בתמונה, ומרוחים, ולא משנה באיזה סוג מיקרוסקופ נשתמש.
זה ברמה של פוטונים ואלקטרונים מה שרואים בדגימה?
בד"כ אין לכך חשיבות כאשר מסתכלים על תאים וחומרים אורגנים כאלה. למשל במיקרוסקופים קונפוקלים (שהם פופולארים בתחום הביולוגיה) גם הסרטים שאתה מבצע הם כמו לקיחת הרבה תמונות בודדות אחת אחרי השניה.
הלינק ששלחת מעניין מאוד. לפי הבנתי שולחים את קרן הרנטגן שעוברת דרך הדגימה ויוצרת מאחוריה תבנית עקיפה. בעזרת התאמות מתמטיות, אפשר להבין את גודל ועומק הדגימה בכל מקום נתון- ככה אתה מגלה את המבנה הפנימי והצפיפות של החומר בסקלות הקטנות שבתוך החיידק.
מידת הדיוק בשיטה תלויה רק באורך הגל של האור המוקרן, וכנראה בגלל זה רנטגן הוא טוב לשיטה.
לינק PDF שמסביר על הטכניקה "פטיכוגראפיה" זה באנגלית ודי מסובך להבנה (לפחות בשבילי) אז מי שרוצה:
https://documents.epfl.ch/users/f/fp/fpfeiffe/www/pr/dierolf_epn_2008.pdf
הצילומים האלה בעזרת הטלסקופ צולמו ב"זמן אמת"? או שזה תמונות בודדות?
החיידקים הם בגודל מיקרו, אך מבני התאים שבתוכם הם בסקלאת ננו. בתמונה רואים את האזורים בתוך החיידק בהם הצפיפות גבוהה ביותר, בצבע אדום. האזורים בעלי הצפיפות הנמוכה הם בצבע כחול.
התמונה מראה חיידקים מטושטשים מעט. הגודל האמיתי שלהם נע סביב סדר גודל של מיקרון. איפה נכנס כאן האלמנט של ננו?