Hình ảnh 3D chi tiết chưa từng có của tế bào sống

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công cụ kính hiển vi pha định lượng để tập hợp thông tin về đường nét của tế bào sống bằng xung ánh sáng và đo sự chuyển động của sóng ánh sáng khi chúng đi qua một mẫu. Thông tin này được dùng để tái tạo hình ảnh 3D của các cấu trúc chính bên trong tế bào.

Ideguchi cùng các cộng sự sau đó cung cấp màu sắc ảo bằng kỹ thuật rung phân tử. Họ sử dụng xung ánh sáng hồng ngoại trung bình để thêm năng lượng cho các loại phân tử cụ thể. Năng lượng được thêm vào khiến các phân tử rung động, làm nóng môi trường xung quanh. Các nhà khoa học có thể điều chỉnh mức tăng nhiệt độ của các loại liên kết hóa học cụ thể bằng cách sử dụng bước sóng ánh sáng khác nhau.

"Phương pháp tái tạo hình ảnh của chúng tôi dựa trên một sự kết hợp đơn giản giống như tô màu cuốn sách", trưởng nhóm nghiên cứu Takuro Ideguchi, Phó giáo sư từ Viện nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Photon của Đại học Tokyo giải thích trong báo cáo trên tạp chí Optica. "Chúng tôi thu thập các phác thảo đen trắng của tế bào và tô màu hầu hết chi tiết về vị trí của các loại phân tử khác nhau".

Nhóm nghiên cứu đã chụp hai hình ảnh với ánh sáng hồng ngoại trung bình bị tắt và được bật. Sự khác biệt giữa hai hình ảnh này cho thấy đường nét chính bên trong tế bào và vị trí chính xác của các loại phân tử được nhắm đến bởi ánh sáng hồng ngoại. Ideguchi đặt tên cho kỹ thuật của họ là hình ảnh pha định lượng sinh hóa với hiệu ứng quang nhiệt hồng ngoại trung bình.

"Chúng tôi rất ấn tượng khi lần đầu tiên quan sát thấy đặc tính rung phân tử của protein và càng phấn khích hơn khi tín hiệu đặc trưng này xuất hiện ở cùng vị trí với hạch nhân - một cấu trúc nội bào có lượng protein cao", Ideguchi cho biết thêm.

Nhóm nghiên cứu hy vọng kỹ thuật mới có thể cho phép giới khoa học xác định sự phân bố của các loại phân tử cơ bản bên trong tế bào đơn lẻ, giúp hé lộ các tương tác sinh học phức tạp và mỏng manh như cách tế bào gốc phát triển hoặc cách để cung cấp thuốc hiệu quả hơn.

Hiện tại, việc tái tạo hình ảnh 3D hoàn chỉnh của tế bào có thể mất 50 giây hoặc lâu hơn. Ideguchi tự tin rằng nhóm có thể tăng tốc quá trình trong thời gian tới với những cải tiến đơn giản như tăng công suất nguồn sáng và độ nhạy của máy ảnh.