مسبار دقيق للقياس الإشعاعي داخل الأنسجة لقياس الإشعاع في الموقع في الأنسجة الحية

Amanda L. Holt; Yakir Luc Gagnon; Alison M. Sweeney

doi:10.3791/64595

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

مسبار دقيق للقياس الإشعاعي داخل الأنسجة لقياس الإشعاع في الموقع في الأنسجة الحية

1.3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/64595

⸱

يونيو 2, 2023

Amanda L. Holt¹^,³ , Yakir Luc Gagnon²^,⁴ , Alison M. Sweeney¹^,³

¹Department of Physics, Yale University, ²Lund Vision Group, Department of Biology, Lund University, ³Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, ⁴Department of Biology, Duke University

في هذه المقالة

ملخص

في هذا البحث ، تم وصف طريقة لقياس الإشراق في الموقع في الأنسجة الحية. يتضمن هذا العمل تفاصيل عن بناء مجسات صغيرة الحجم لقياسات مختلفة للإشعاع والإشعاع ، ويوفر إرشادات لتركيب الأنسجة لتوصيف الإشعاع ، ويحدد الطرق الحسابية لتحليل البيانات الناتجة.

الملخص

تبدو الكائنات الحية معتمة إلى حد كبير لأن طبقات أنسجتها الخارجية تتشتت بقوة للضوء الساقط. عادة ما يكون للصبغات الممتصة بقوة ، مثل الدم ، امتصاص ضيق ، بحيث يمكن أن يكون متوسط المسار الحر للضوء خارج قمم الامتصاص طويلا جدا. نظرا لأن الناس لا يستطيعون الرؤية من خلال الأنسجة ، فإنهم يتخيلون عموما أن الأنسجة مثل الدماغ والدهون والعظام تحتوي على القليل من الضوء أو لا تحتوي على أي ضوء. ومع ذلك ، يتم التعبير عن بروتينات أوبسين المستجيبة للضوء داخل العديد من هذه الأنسجة ، ووظائفها غير مفهومة بشكل جيد. الإشراق الداخلي للأنسجة مهم أيضا لفهم التمثيل الضوئي. على سبيل المثال ، يمتص المحار العملاق بقوة ولكنه يحافظ على عدد كثيف من الطحالب في عمق الأنسجة. يمكن أن يكون انتشار الضوء من خلال أنظمة مثل الرواسب والأغشية الحيوية معقدا ، ويمكن أن تكون هذه المجتمعات مساهما رئيسيا في إنتاجية النظام الإيكولوجي. لذلك ، تم تطوير طريقة لبناء مجسات دقيقة ضوئية لقياس الإشعاع القياسي (تدفق الفوتون يتقاطع مع نقطة) وإشعاع هبوط البئر (تدفق الفوتون الذي يعبر المستوى بشكل عمودي) لفهم هذه الظواهر داخل الأنسجة الحية بشكل أفضل. هذه التقنية قابلة للتتبع أيضا في المختبرات الميدانية. هذه المجسات الدقيقة مصنوعة من ألياف بصرية مسحوبة بالحرارة يتم تثبيتها بعد ذلك في ماصات زجاجية مسحوبة. لتغيير القبول الزاوي للمسبار ، يتم بعد ذلك تثبيت كرة بحجم 10-100 ميكرومتر من الإيبوكسي القابل للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية الممزوج بثاني أكسيد التيتانيوم في نهاية الألياف المسحوبة والمشذبة. يتم إدخال المسبار في الأنسجة الحية ، ويتم التحكم في موضعه باستخدام micromanipulator. هذه المجسات قادرة على قياس إشعاع الأنسجة في الموقع بدقة مكانية تتراوح بين 10 و 100 ميكرومتر أو على مقياس الخلايا المفردة. تم استخدام هذه المسابير لتوصيف الضوء الذي يصل إلى الخلايا الدهنية وخلايا الدماغ 4 مم تحت جلد الفأر الحي ولتوصيف الضوء الذي يصل إلى أعماق مماثلة داخل أنسجة البطلينوس العملاقة الغنية بالطحالب الحية.

المقدمة

والمثير للدهشة أن الحيوانات البرية وسكان المحيطات الضحلة لديهم ما يكفي من الضوء داخل أجسامهم لعلم وظائف الأعضاء البصرية وحتى التمثيل الضوئي. على سبيل المثال ، يتم تخفيف مستويات الضوء في وسط رأس الفأر (خارج نطاقات امتصاص الهيموغلوبين القوية) بثلاثة أو أربعة أوامر من حيث الحجم بالنسبة للعالم الخارجي. هذا هو الفرق تقريبا بين مستويات الإضاءة في الداخل والخارج. لذا ، فإن عتامة الأنسجة أو المواد بسبب التشتت القوي ليست هي نفسها العتامة بسبب امتصاص الضوء القوي. يمكن للضوء أن يستمر في الانتشار لمسافات طويلة في نظام تشتت قوي إلى الأمام ، على غرار الضوء الذي ينتشر عبر الأنظمة المائية ذات التركيزات العالية من الخلايا والجسيمات¹. هذه الملاحظة بارزة بشكل خاص....