استفاده از امواج صوتی برای مشاهده‌ بخش های داخلی سلول زنده

محققان دانشگاه ناتینگهام به‌تازگی توانسته‌اند به تکنیک جدیدی برای عکس‌برداری از سلول‌های زنده دست یابند. در این تکنیک به جای استفاده از نور، از امواج صوتی برای مشاهده‌ی ساختار و رفتار سلول‌ها استفاده می‌شود. این روش می‌تواند رقیب تکنیک عکس‌برداری نوری با رزولوشن (وضوح) بالا باشد؛ روش عکس‌برداری نوری با رزولوشن بالا توانسته است جایزه‌ی نوبل شیمی سال ۲۰۱۴ را از آن خود کند.

در این تکنیک، تیم تحقیقاتی بریتانیایی از فونون‌ها (کوانتوم‌های انرژی صدا) با طول موج کوتاه‌تر از طول‌ موج‌های نوری برای عکس‌برداری از سلول‌ها استفاده می‌کنند، به این ترتیب احتمال تخریب سلول‌ها به‌وسیله‌ی انرژی‌ موجود در نور از بین می‌رود. این نوع جدید از تصویربرداری فونونی می‌تواند اطلاعات مهمی از درون سلول‌های زنده به دست دهد. تصاویر به‌دست‌آمده از این روش دارای جزییات زیادی است؛ تاکنون چنین مقداری از وضوح و جزئیات با استفاده از دیگر روش‌ها‌ی عکس‌برداری به دست نیامده بود. پروفسور مت کلارک، از محققان این تیم می‌گوید:

اغلب مردم با تکنیک فراصوتی (ultrasound) به‌عنوان روشی برای عکس‌برداری از بدن آشنا هستند. اکنون ما کاری کرده‌ایم که از این روش برای عکس‌برداری از تک‌تک سلول‌ها نیز می‌توان استفاده کرد. در حال حاضر ناتینگهام، تنها مرکزی در جهان است که این توانایی را در اختیار دارد.

روش‌های مرسوم عکس‌برداری نوری که برای دیدن درون سلول‌ها استفاده می‌شود، دارای محدودیت‌هایی هستند. به این دلیل که کوچک‌ترین ذره‌ی قابل مشاهده با استفاده از این تکنیک توسط اندازه‌ی طول‌موج نور محدود شده است.

کوتاه‌ترین طول موج نوری که می‌توان در عکس‌برداری از نمونه‌های زنده استفاده کرد، قسمت آبی‌رنگ طیف نور است؛ چون نور آبی دارای کوچک‌ترین طول موجی است که توانایی آسیب‌ رساندن به سلول‌های زنده را ندارد. البته همین موضوع که آیا نور آبی می‌تواند سلول‌های زنده را تخریب کند یا خیر، محل بحث و مجادله بین دانشمندان است. خطر تخریب سلول‌های زنده توسط نور از آنجا ناشی می‌شود که نور قابلیت بالایی برای حمل انرژی، به‌خصوص در طول موج‌های کوتاه دارد.

طول ‌موج‌های کوتاه‌تر از نور آبی در قسمت فرابنفش طیف نور واقع هستند. انرژی حمل‌شده توسط فوتون‌های نور فرابنفش به اندازه‌ای بالا است که می‌تواند پیوندهای شیمیایی بین مولکول‌های زنده‌ی داخل سلول‌ها را تخریب کند.

حتی تکنیک عکس‌برداری نوری با رزولوشن بالا نیز محدودیت‌های خاص خود را دارد؛ چون فلورسنت استفاده‌شده در این روش اغلب سمی است و همچنین در این تکنیک به نور و زمان زیادی برای عکس‌برداری نیاز است که خود این موضوع نیز برای سلول‌های زنده خطرناک محسوب می‌شود.

اما برخلاف نور، انرژی زیادی توسط امواج صدا حمل نمی‌شود. گفته‌ی فوق به این معنی است که محققان بریتانیایی توانسته‌اند از طول موج‌های کوتاه‌تری برای عکس‌برداری استفاده کنند؛ بنابراین آن‌ها می‌توانند از پدیده‌های کوچک‌تر، عکس‌هایی با وضوح بالاتر بگیرند، بدون اینکه خطری متوجه سلول‌های زنده شود.

هم‌اکنون نیاز شدیدی برای مطالعه‌ی اطلاعات مهم مکانیکی و ساختاری سلول‌های زنده وجود دارد که تاکنون میکروسکوپ‌های مرسوم در برآورده کردن آن ناتوان بوده‌اند. همچنین در این روش هیچ نیازی به استفاده از مواد شیمیایی اضافی برای عکس‌برداری از ساختار سلول‌های زنده وجود ندارد. پروفسور کلارک می‌گوید:

مزیت مهم روش اخیر در این است که همانند عکس‌برداری فراصوتی از بدن، در عکس‌برداری فراصوتی از سلول‌ها آسیبی به سلول‌های زنده وارد نمی‌شود و همچنین به استفاده از مواد شیمیایی سمی نیازی نیست. به همین دلیل ما می‌توانیم از یک سلول عکس‌برداری کنیم و برای مثال، دوباره آن را به‌صورت سلول بنیادی وارد بدن کنیم.