پژوهشگران موفق شده‌اند با روش تصویربرداری تشدید مغناطیسی، ام.آر.آی، واضح‌ترین عکس جهان را از ذرات یک ویروس تهیه کنند. این موفقیت، آنها را امیدوار کرده است روش ام.آر.آی با قابلیت عکسبرداری در سطح نانو بتواند در آینده‌ای نه چندان دور، شناخت بدون تخریب ساختار سه‌بعدی ترکیبات زیستی را مانند پروتئین‌ها ممکن سازد.
این عکس توسط تیم تحقیقاتی آی.بی.ام در سن‌جورج کالیفرنیا گرفته شده است. تکنیک جدید نسبت به دستگاه‌های ام.آر.آی فعلی، می‌تواند از اجزایی 100 میلیون بار کوچک‌تر عکسبرداری کند.
اسکات فرازر، مدیر بخش تصویربرداری زیستی انستیتو فناوری بکمن کالیفرنیا در پاسادانا می‌گوید: «چشم‌اندازی بسیار وسیع رو‌به‌روی ماست، با این کار یک قدم خیلی خیلی بزرگ برای رسیدن به هدف تصویربرداری زیستی غیر‌مخرب و غیر‌مهاجم برداشته‌ایم.»
دستگاه‌های ام.آر.آی رایج در بیمارستان‌ها از یک سیم‌پیچ عظیم الکتریکی برای فرستادن سیگنال‌های مغناطیسی به هسته‌های هیدروژن استفاده می‌کنند و با پردازش سیگنال‌های دریافتی، تصویری سه‌بعدی می‌سازند؛ اما این نیرو‌های مغناطیسی آن‌قدر ضعیف است که دستگاه‌های رایج قادر به نمایش اجزایی کوچک‌تر از یک میکرومتر نیستند. یک میکرومتر که یک‌هزارم میلی‌متر است، تقریبا برابر ابعاد یک باکتری است.
بعد سوم
دانیل راجر، فیزیکدان آی.بی.ام و همکارانش در تلاش برای دستیابی به وضوح تصویر بالاتر، تعدادی ویروس موزاییک تنباکو را روی جداره سیلیکونی بسیار نازک تثبیت کردند و آن را در معرض میدان مغناطیسی قرار دادند. این کار باعث انتشار سیگنال‌های مغناطیسی هسته‌های هیدروژن در ویروس‌ها شد. این هسته‌ها به‌طور متناوب توسط قطب‌های مغناطیسی که به آنها نزدیک‌تر بودند، جذب و دفع می‌شدند که ارتعاش‌هایی بسیار خفیف را در جداره سیلیکونی حاملشان ایجاد کرد. با پردازش این ارتعاش‌ها، پژوهشگران توانستند ابعاد و شکل ویروس را باز‌سازی کنند.
کریس همل، فیزیکدان دانشگاه ایالتی اوهایو واقع در کلمبوس می‌گوید: «من از دیدن این تصویر حیرت‌‌زده شده‌ام، به نظرم فوق‌العاده است.»
البته راجر و همکارانش از تکنیک جدیدی استفاده نکرده‌اند. روش آنها همانMRFM یا میکروسکوپ نیروی رزونانس مغناطیسی است که 15 سالی از عمرش می‌گذرد. آن‌چه آنها انجام داده‌اند؛ افرایش حساسیت دستگاه‌ها و ایجاد الگوریتم‌های جدید برای پردازش سیگنال‌ها بود که آنان را به ثبت اولین تصویر سه‌بعدی در ابعاد نانو از نمونه‌های زیستی موفق ساخت.
تفکیک این تصویر که اجزای درونی ویروس را به وضوح نمایش می‌دهد، کمتر از 10 نانومتر است و برابر با کیفیت تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی است. یافته‌های این گروه در نشریه تازه‌های آکادمی ملی علوم چاپ شده است.
راجر می‌گوید: «ام.آر.اف.ام در بهترین حالت می‌تواند مثل میکروسکوپ‌های پویشی عمل کند و تصویری دو بعدی با تفکیک‌پذیری فوق‌العاده از ساختارهای مولکولی نامرئی ارائه کند. ما همین کیفیت و کارایی را در کنار تصویر سه بعدی می‌خواهیم.»
بعد از خواندن، از بین ببر
روش‌های دیگری هم برای تصویربرداری سه‌بعدی وجود دارند که هر یک محدودیت‌های خودشان را دارند. تجزیه به وسیله تابش ایکس، مستلزم این است که نمونه به حالت بلوری آماده شود که چنین کاری برای بسیاری از پروتئین‌ها ممکن نیست. طیف‌نگاری تشدید مغناطیسی هسته، ان.آر.ام.اس نیز برای مولکول‌های بزرگ درست جواب نمی‌دهد. بررسی میکروسکوپی نمونه در مایعات فوق‌سرد هم نمونه را از بین می‌برد و به نمونه های بسیار زیادی از مولکول مورد‌نظر برای رسیدن به کیفیت مناسب نیاز دارد.
در مقابل، ام.آر.اف.ام نه تنها از یک نمونه استفاده می‌کند و هیچ تشعشع مخربی ندارد؛ که با کمی تغییر بسامد میدان مغناطیسی و به‌کارگیری چند روش شناسایی دیگر می‌تواند تصویر کاملی از عناصر شیمیایی موجود در نمونه را هم ارائه کند.
فرازر می‌گوید: «نمونه‌های ویروس، خشک شده‌اند تا ساختارشان قابل مشاهده باشد. اگر این روش فراگیر شود، می‌توان از نمونه‌هایی استفاده کرد که در یخ نگهداری می‌شوند.»
همل اضافه می‌کند علی‌رغم آن‌که این آزمایش در دمای فوق‌سرد انجام شده و تهیه نمونه و قرار دادن آن روی جدار نازک سیلیکونی نیاز به مهارت بسیار دارد؛ اما این روش تقریبا برای تمام انواع مولکول‌ها قابل اجراست.
مترجم: محبوبه عمیدی نائینی - نیچر - 12 ژانویه
نظر شما