بهگزارش سایت ستاد ویژهی توسعهی فناوریهای نانو بهنقل از سایت «فیزارگ» (PhysOrg) بهنقل از مجلهی «نیچر مسدز» (Nature Methods)، با استفاده از ویژگی جذب نوری اختصاصی برای مولکولهای آلی و غیرآلی، این افراد بهصورت «بیدرنگ» (Real Time) میتوانند نشان دهند که آیا آنزیمی فعال است و یا ژنهای خاصی بیان شدهاند. تمام این کارها با تفکیکپذیری فوقالعاده بالا در درون حتی یک سلول انجامپذیر است.
محققان در این خصوص گفتند که روشهای دیگر تصویربرداری از جمله: روش «رزونانس مغناطیسی هسته» (NMR) حداکثر اطلاعاتی در خصوص مجموعهای از سلولها میتوانند ارائه کنند ولی برای تشخیص اولین علایم پیشرفت بیماریها و یا تکثیر سلولهای بنیادی نیاز است تا ریزبینانهتر به فعالیتهای ملکولی درونسلولی توجه کنیم.
برای مطالعهی روندهای بیوشیمیایی درون یک سلول در حال حاضر دانشمندان غشای بیرونی سلول را برش میزنند تا اجزای درونسلولی را جداسازی و شناسایی کنند.از این رو این روشها هیچگاه نمایی واقعی از وقایع در حال بروز و چگونگی واکنش اجزای درونسلولی ارائه نمیدهند چرا که سلول در جریان استخراج اجزای آن در این روشها از بین میرود.
تاکنون هیچگونه روش غیرتهاجمی وجود نداشته است تا بتواند ویژگیهای اختصاصی شیمیایی مولکولها را با تفکیکپذیری بالا در سطح نانو در درون یک سلول ثبت کند.
در حال حاضر امید زیادی است که روزی از سلولهای بنیادی برای درمان بیماریها استفاده شود اما یکی از بزرگترین چالشهای پیشرو در این زمینه، عدم درک چگونگی تمایز این سلولها است.
بهعنوان مثال چه چیزی باعث میشود تا این سلولها به سلول عضلهی قلب بهجای تبدیل به سلولهای عصبی و یا دندانی تبدیل شوند.
جهت درک این پدیده، نیاز مبرمی به وجود روشی برای ارزیابی روندهای شیمیایی و فعالیت مشترک ژنها و پروتئینها با هم در درون یک سلول وجود دارد.
محققان این مشکل را با بهبود روش رایج «طیفسنجی جذب نوری» مرتفع ساختهاند.
در این روش نور از یک محلول عبور داده میشود تا مشخص شود چه طولموجهایی در محلول جذب شدهاند. بهعنوان مثال: «سیتوکروم c» پروتئینی است که در متابولیسم درونسلولی و مرگ سلولی نقش داشته و دارای چندین طولموج جذبی در حدود 550 نانومتر است.
طیف جذبی یک مولکول تحتتأثیر روندهای شیمیایی تغییر میکند و موقعی که با مولکولهای شیمیایی دیگر از جمله: اکسیژن واکنشی صورت میگیرد این تغییرها بروز میکند.
برای انجام روش «طیفسنجی نوری معمولی» به غلظت بالایی از زیستمولکولها و حجم بالایی از محلول نیاز است تا این تغییرهای بسیار جزوی در تواتر و جذب نوری ثبت شوند و بههمین منظور نیاز است تا صدها یا میلیونها سلول کشته شوند تا مقدار مناسبی از مولکولهای هدف بهدست آیند.
جهت رفع این مشکل، محققان زیستمولکولها را (در این مطالعه سیتوکروم c) به ذرههای ریز طلا به طول 30-20 نانومتر متصل ساختند.
این نکته مشخص شده است که الکترون سطح ذرههای فلزی همانند: «طلا» و «نقره» در پاسخ به تابش نور در تواتر مشخصی شروع به نوسان میکند که به «پدیدهی رزونانس پلاسمون» مشهور است.
تشخیص فرکانس رزونانس نانوذرههای طلا از سیگنالهای نوری ضعیف «سیتوکروم c» بسیار راحتتر است و نانوذرههای طلا به این جهت انتخاب شدند که طولموج رزونانس پلاسمون آنها در حدود 530 نا 580 نانومتر است و به طولموج جذبی «سیتوکروم c» نزدیک است.
از آنجا که جذب حداکثر زیستمولکولها با تواتر رزونانس پلاسمون ذرههای طلا همپوشانی دارد امکان مشاهدهی تبادل انرژی در آنها فراهم میشود.
این انتقال انرژی بهصورت کاهشهای نقطهای در جذب حداکثر ذرههای طلا مشاهده میشود. جهت این کار فقط به مقادیر بسیار اندکی از مولکول نیاز است تا این کاهشهای نقطهای حاصل شوند.
امید است که حساسیت و انتخابی بودن این روش باعث بهبود روشهای تشخیص مولکولی بیماریها شود.