Columbia Üniversitesi‘ndeki araştırmacılar; biyolojik sistemler için ışık mikroskobisinin “renk bariyeri” ni parçalamaya yönelik, önemli bir adım attılar; bu da canlı hücreler ve dokulardaki biyomoleküllerin daha geniş kapsamlı görüntülenmesini sağladı. Gelişme, hastalıkları tedavi etmek ve iyileştirmek için, tedavilerin geliştirilmesine rehberlik etmede yardımcı olmak da dahil, gelecekteki birçok uygulama için kullanılabilir.
Nature Dergisi‘nde 19 Nisan’da yayınlanan bir çalışmada, Kimya Doçenti Wei Min liderliğindeki ekip, aşırı derecede gelişmiş algılama hassasiyeti ile yeni bir optik mikroskop platformunun geliştirildiğini bildiriyor.
Ayrıca, çalışma, yeni enstrümantasyon ile eşleştirildiğinde, 24 spesifik biyomolekülün aynı anda etiketlenmesine ve görüntülenmesine olanak tanıyan, mevcut moleküllerle aynı anda görüntülenebilen, biyomolekül sayısının yaklaşık beş katı kadar yeni moleküllerin oluşturulmasını ayrıntılarıyla anlatıyor.
Min, “Sistem biyolojisi döneminde, çok sayıda moleküler türün yüksek duyarlılık ve özgüllük ile hücrelere nasıl eşzamanlı olarak görüntülenebileceği optik mikroskopi için, bir rakiptir… Çalışmalarımızı yeni ve eşsiz kılan şey, uzun süredir devam eden engelle mücadele etmek için, birlikte çalışan iki sinerjik parça (enstrümantasyon ve moleküller) olmasıdır.
Platformumuz karmaşık biyolojik sistem anlayışını (geniş insan hücre haritası, metabolik yollar, beynin içindeki çeşitli yapıların fonksiyonları, tümörlerin iç ortamı ve makromolekül montajı gibi…) dönüştürme kapasitesine sahiptir.
Canlı hücreler ve dokulardaki çeşitli yapıları gözlemlemek için mevcut yöntemlerin tümünün kendi güçlü yönleri vardır, ancak hepsi de en azından bir “renk bariyeri” nin varlığı olan temel sınırlamalarla engellenmektedir.
Floresan mikroskobu, son derece duyarlıdır ve bu nedenle, biyoloji laboratuvarlarında kullanılan en yaygın tekniktir. Mikroskop, (genelde beş renge kadar olan) “floresan proteinleri” olarak adlandırılan proteinleri kullanarak, canlı sistemlerdeki hücresel işlemleri izlemelerine olanak tanır. Floresan proteinlerin her biri, bir “etiket” veya renk uygulayan bir hedef yapısına sahiptir.
Tipik olarak bu yapıları etiketlemek için kullanılan beş floresan protein veya renk bulunur: BFP (Mavi Floresan Protein), ECFP (Camgöbeği Floresan Protein), GFP (Yeşil Floresan Protein), mVenus (Sarı Floresan Protein) ve DsRed (Kırmızı Floresan Protein)
Güçlü olmasına rağmen, floresan mikroskobisi, “renk bariyeri” ile engelleniyor; bu da, araştırmacıların bir seferde yalnızca beş yapı görmesini sağlıyor; çünkü kullanılan floresan proteinleri, bir dizi belirgin olmayan tonlar yayıyor.
Örneğin bir araştırmacı canlı beyin içinde, tümörlü dokuda yüzlerce yapı ve farklı hücre tipini gözlemlemeye çalışırsa; bu tek bir doku örneği üzerinde aynı anda sadece beş yapıyı görebilmesiyle sınırlı olacaktır.
Beş yapıdan fazlasını görmek isteseydi, beş yapıya kadar bir başka kümeyi tanımlamak için, aynı floresan etiketleri kullanarak, son beş yapıyı tanımlayıp ve etiketleyip, kullandığı floresan etiketlerdeki dokuları temizlemek zorunda kalacaktı.
Görmek istediği beş yapıya kadar her set için bu işlemi tekrarlamak zorunda kalacaktı. Her seferinde azami beş yapı gözlemlemekle kalmaz, aynı zamanda dokuyu da temizlerken, o dokunun yaşamsal bileşenleri kaybolabilir veya hasar görebilir.
Min Laboratuvarında Doktora sonrası Araştırmacı Lu Wei, “Birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini görmek için hepsini aynı anda görmek istiyoruz. Biyolojik bir ortamda birçok bileşen var ve süreçlerin anlaşılması için her şeyi aynı anda görebilmeliyiz.”
Floresan mikroskobisine ek olarak, canlı hücreleri ve yapılarda karakteristik kimyasal bağlardan kaynaklanan titreşimleri, gözle görülür hale getirip, çalışan doku yapılarını gözlemlemek için kullanılan çeşitli Raman mikroskobi teknikleri bulunmaktadır.
Geleneksel Raman mikroskobisi, floresan mikroskobunda eksikliği olan yüksek tanımlı renkleri üretir, ancak duyarlılığı eksiktir. Bu nedenle, yalnızca aynı kimyasal bağa sahip, milyonlarca yapıyla elde edilebilen güçlü, konsantre bir titreşim sinyali gerekir. Kimyasal bağlardan gelen sinyal yeterince güçlü değilse, ilgili yapıyı görselleştirmek imkansız hale gelir.
Her iki durumun da en iyisini birleştiren, bu yenilikçi teknik, aşırı özgüllüğe sahip yapıları, önemli ölçüde daha düşük konsantrasyon ile tanımlar. Bu teknik ayrıca ekip tarafından son derece modern bir teknoloji ile sinerjik bir şekilde çalışmak üzere tasarlanmış yeni bir etiketleme molekül takımını kullanıyor. Araştırmacılar gelecekte daha da genişleme potansiyeli olduğuna inanıyorlar.
Ekip epr-SRS platformunu beyin dokusunda başarıyla test etti. Wei, “Farklı hücrelerin birlikte çalıştığını gördük. Bu, daha büyük bir renk paletinin gücü anlamına da geliyor. Beyin dokusunda tüm bu farklı yapıları aynı anda aydınlatabiliyoruz. Gelecekte onları gerçek zamanlı olarak izlemeyi umuyoruz.”
