กล้องจุลทรรศน์ใหม่ถ่ายเซลล์มีชีวิตโดยไม่ต้องติดสารเรืองแสงได้อย่างไร?

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

นักวิจัยจาก Stanford ใช้กล้อง iISM อ่านแสงที่โครงสร้างในเซลล์กระเจิงออกมา จึงติดตามเซลล์มีชีวิตได้โดยไม่ต้องเติมสารเรืองแสงหรือใส่ป้ายพันธุกรรม งานที่ตีพิมพ์ในวารสาร Light: Science & Applications รายงานว่าเทคนิคนี้แยกรายละเอียดด้านข้างได้ราว 120 นาโนเมตร แต่ยังเป็นเครื่องมือวิจัยที่ทดลองกับเซลล์ชนิดหนึ่งในห้องแล็บ

ภาพเรืองแสงทำให้กล้องมองหาเป้าหมายที่ติดฉลากไว้ได้ชัด เช่น โปรตีนหรือโครงสร้างเฉพาะในเซลล์ วิธีนี้มีประโยชน์เมื่อต้องการรู้ว่าโมเลกุลใดอยู่ตรงไหน แต่การติดฉลากอาจรบกวนการทำงานของเซลล์ สารติดฉลากอาจไม่จับเป้าหมายครบ และการให้แสงเพื่อกระตุ้นสีย้อมก็ทำให้เซลล์เสียหายได้ งานวิจัยนี้จึงมองหาวิธีเห็นโครงสร้างโดยไม่ต้องติดสีไว้ก่อน

iISM ย่อมาจาก interferometric image scanning microscopy หลักการของกล้องนี้คือยิงเลเซอร์ลงบนเซลล์ แล้วรับทั้งแสงที่โครงสร้างกระเจิงออกมาและแสงอ้างอิงที่สะท้อนจากรอยต่อระหว่างกระจกปิดสไลด์กับของเหลวรอบตัวอย่าง แสงสองส่วนนี้ซ้อนกันและเกิดลายแทรกสอดที่เปลี่ยนตามตำแหน่งของโครงสร้างในเซลล์ กล้องสแกนพื้นที่ทีละจุด แล้วโปรแกรมจัดตำแหน่งภาพย่อยจากพิกเซลหลายตำแหน่งมารวมกันเพื่อเพิ่มความคมชัด

ผู้วิจัยผสานการตรวจแสงกระเจิงแบบแทรกสอดเข้ากับกล้อง image scanning microscopy และใช้อัลกอริทึม adaptive pixel reassignment ที่อาศัย radial variance transform เพื่อจัดแนวภาพ การประมวลผลนี้ช่วยเพิ่มความคมและความต่างระหว่างสัญญาณกับพื้นหลัง ในการถ่ายเซลล์มีชีวิต ผู้วิจัยใช้กำลังแสงในจุดโฟกัสราว 0.5 ไมโครวัตต์ และระบุว่าค่านี้ต่ำกว่าค่าที่เคยรายงานไว้ก่อนหน้าสำหรับ confocal iSCAT ราวสิบเท่า จึงไม่ใช่ผลเปรียบเทียบกล้องสองแบบพร้อมกันในงานเดียวกัน ความละเอียดด้านข้างอยู่ที่ราว 120 นาโนเมตร

บทความแสดงภาพเซลล์ COS-7 ที่ยังมีชีวิต โดยเห็นโครงข่ายเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ไมโทคอนเดรีย เวสิเคิล และเส้นใยแอกติน ผู้เขียนรายงานว่าในการตั้งค่าที่ใช้ไม่เห็นความเสียหายจากแสงหรือความสมบูรณ์ของเซลล์ลดลง ผลนี้บอกได้ว่าทีมสังเกตเซลล์ชุดทดลองได้นานภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ไม่ได้แปลว่าการส่องแสงจะปลอดผลกระทบกับเซลล์ทุกชนิดหรือถ่ายได้นานเท่าไรก็ได้

ภาพที่ไม่ติดฉลากให้ข้อมูลรูปร่างและตำแหน่งของโครงสร้างจากสัญญาณกระเจิง แต่ไม่ได้บอกชื่อโมเลกุลได้ตรง ๆ เหมือนสารเรืองแสง ผู้วิจัยจึงทดลองใช้ iISM คู่กับภาพ fluorescence เพื่อเทียบโครงสร้างแอกตินในเซลล์ที่ตรึงไว้แล้ว สองวิธีให้ข้อมูลเสริมกัน: iISM ช่วยเห็นโครงสร้างโดยไม่ติดสี ส่วน fluorescence ชี้เป้าโมเลกุลที่ทำเครื่องหมายไว้ได้ งานนี้จึงยังไม่ใช่การแทนที่การติดฉลากทุกแบบ

ข้อจำกัดสำคัญคือผลความละเอียด 120 นาโนเมตรเป็นความละเอียดด้านข้างที่วัดจากชุดกล้องวิจัย ไม่ใช่ค่าความละเอียดทุกทิศทาง งานทดลองเซลล์มีชีวิตใช้เซลล์ COS-7 และระบบที่ผู้วิจัยประกอบขึ้นเอง บทความยังไม่ได้ทดสอบตัวอย่างผู้ป่วยหรือยืนยันความแม่นยำสำหรับวินิจฉัยโรค กล้องนี้จึงเป็นเครื่องมือศึกษาชีววิทยาของเซลล์ที่น่าสนใจ แต่ยังไม่ใช่อุปกรณ์ตรวจรักษาในคลินิก

ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th