تكنولوجيا المجهر الجديدة تلتقط العالم الخفي داخل الخلايا الحية كما لم يحدث

تم تصوير الغشاء الخارجي للميتوكوندريا باستخدام SPIFFI (يسار) مقابل الفحص المجهري واسع النطاق (يمين). الائتمان: EPFL LBEN CC BY SAA تتيح تقنية التصوير الجديدة للعلماء التقاط العمليات الخلوية العابرة التي تكافح المجاهر التقليدية لحلها. الخلايا الحية في حالة حركة مستمرة، ولكن التقاط أصغر هياكلها بتفاصيل دقيقة كان يمثل تحديًا منذ فترة طويلة. غالبًا ما يتطلب الفحص المجهري التقليدي فائق الدقة مئات أو آلاف الصور للكشف عن ميزات صغيرة جدًا بالنسبة للمجاهر الضوئية التقليدية. عندما تتحرك الهياكل خلال تلك العملية، يمكن أن تصبح الصور الناتجة غير واضحة. الآن، طور الباحثون تقنية تلتقط هذه التفاصيل المجهرية في تعريض لكاميرا واحدة. وقد تم تطوير الطريقة الجديدة، التي تسمى التصوير بالتذبذب الفلوري الناتج عن الاستقطاب المكاني (SPIFFI)، من قبل فريق بقيادة ألكساندرا رادينوفيتش في مختبر علم الأحياء النانوي (LBEN) في كلية الهندسة في EPFL. يُظهر البحث المنشور في Nature Methods تحسنًا يصل إلى شقين في دقة الصورة، مما يسمح للعلماء بتمييز الهياكل الصغيرة التي يصل حجمها إلى 160 إلى 170 نانومتر أثناء مراقبة الخلايا الحية. لماذا تكون الخلايا المتحركة صعبة جدًا على الصورة المجهرية فائقة الدقة قد أحدثت تحولًا في بيولوجيا الخلية من خلال الكشف عن الهياكل التي لا تستطيع المجاهر الضوئية التقليدية تمييزها بوضوح. تعتمد العديد من التقنيات القائمة على جزيئات الفلورسنت التي تبعث الضوء عند إضاءتها بالليزر. يقوم العلماء بتحليل التغيرات الطفيفة في هذا التألق عبر تسلسلات كبيرة من الصور، ثم يجمعون المعلومات لإعادة بناء صورة أكثر وضوحًا. تعمل هذه الأساليب بشكل جيد بشكل خاص مع الخلايا المحفوظة كيميائيًا، حيث تظل الهياكل ثابتة أثناء التصوير. تمثل الخلايا الحية تحديًا مختلفًا. يتغير شكل الميتوكوندريا باستمرار، وتعيد الأنابيب الدقيقة تنظيم نفسها، ويتحرك الحمض النووي داخل الخلية. يستغرق التقاط إطارات متعددة وقتًا، مما يسمح لهذه الهياكل بالتحول قبل أن يتم تجميع الصورة النهائية. فيديو يوضح قدرة SPIFFI على التقاط الديناميكيات الخلوية السريعة واستخراج الاتجاه الجزيئي في نفس الوقت. الائتمان: EPFL LBEN CC BY SA 4.0 “في الأساس، استخدمت الأساليب السابقة المعلومات الزمنية لحل الدقة المكانية، لكن هذا لا يعمل بشكل جيد على الخلايا الحية”، يشرح المؤلف الأول وطالب دكتوراه LBEN Wei Guo. استخدام الضوء المستقطب للكشف عن الهياكل المخفية، بدلاً من جمع المعلومات عبر العديد من التعرضات، يستفيد SPIFFI من خاصية ضوء الفلورسنت المعروفة باسم الاستقطاب. تبعث جزيئات الفلورسنت الضوء الذي تميل موجاته إلى التأرجح في اتجاهات معينة، اعتمادًا على اتجاه الجزيئات. تحتوي هذه الاختلافات الاتجاهية على معلومات مكانية لا يستغلها التصوير الفلوري التقليدي بشكل كامل. يفصل SPIFFI الضوء المنبعث إلى أربع قنوات، كل منها حساسة لمكون استقطاب مختلف. ومن خلال مقارنة الصور الأربع التي تم التقاطها خلال نفس التعريض، يمكن للنظام استعادة التفاصيل الهيكلية الدقيقة دون الحاجة إلى تجميع المعلومات عبر مئات الإطارات. وأظهر الباحثون هذه التقنية من خلال تصوير الميتوكوندريا المتحركة والأنابيب الدقيقة، بالإضافة إلى الهياكل الخلوية التي تخضع للاندماج والانقسام. من الصعب حل هذه التغييرات السريعة باستخدام أساليب تتطلب تعريضات ضوئية متعددة لإنتاج صورة واحدة فائقة الدقة. يلخص رادينوفيتش: “تُظهر تجاربنا أن SPIFFI يمكنه التقاط عمليات سريعة الحركة داخل الخلايا، مع تمكين تصوير عالي الإنتاجية ومتعدد الأبعاد يتجاوز حدود المجاهر التقليدية”. تحويل الصور فائقة الدقة إلى مقاطع فيديو نظرًا لأن SPIFFI ينتج صورة فائقة الدقة من كل تعريض للكاميرا، يمكن دمج الإطارات المتعاقبة لإنشاء مقاطع فيديو للنشاط الخلوي دون التضحية الدقة المكانية من خلال إعادة البناء متعدد الإطارات. يقول جو: “باستخدام التقنيات السابقة، لن يؤدي التقاط العديد من الصور إلا إلى إطار واحد فائق الدقة. ومع SPIFFI ، يكون كل إطار فائق الدقة، مما يعني أنه يمكننا الآن إنتاج مقاطع فيديو فائقة الدقة للخلايا الحية”. “لقد قمنا أيضًا بدمج صور SPIFFI بسلاسة مع الأساليب القائمة على التقلبات للمعالجة اللاحقة، وتحقيق دقة تبلغ حوالي 80 نانومتر.” ويعمل الفريق الآن على جعل نظام التصوير أكثر إحكاما ودمجه مع الفحص المجهري ثلاثي الأبعاد. نظرًا لأنه يمكن دمج المكونات البصرية لـ SPIFFI في المجاهر الفلورية الموجودة، يمكن أن تدعم هذه التقنية في النهاية البحث في بيولوجيا الخلية، وعلم الأعصاب، والفيزياء الحيوية، واكتشاف الأدوية، خاصة عندما يحتاج العلماء إلى مراقبة التغيرات الهيكلية السريعة داخل الخلايا الحية. المرجع: “يتيح SPIFFI تصويرًا فائق الدقة ومتعدد الأبعاد بلقطة واحدة” بواسطة Wei Guo (郭威)، Lely Feletti و Aleksandra Radenovic ، 31 أغسطس 2026، Nature Methods.DOI: 10.1038/s41592-026-03196-6لا تفوت أي إنجاز: انضم إلى النشرة الإخبارية لـ SciTechDaily. Google وأخبار Google.