Các nhà nghiên cứu đã phát triển kỹ thuật mới để đánh giá và quan sát các tế bào sống của động vật có vú. Kỹ thuật này sử dụng một tia tia X mềm, phát ra các xung chiếu sáng cực nhanh với tốc độ femto giây, hay một phần triệu triệu giây. Đây là lần đầu tiên có thể chụp được hình ảnh các cấu trúc dựa trên carbon trong tế bào sống trước khi bức xạ tia X mềm làm hỏng. Gương Wolter, một loại gương siêu chính xác, được tạo ra để cho phép kính hiển vi chụp được hình ảnh với độ phân giải không gian cao và trường nhìn rộng. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng có thể sử dụng kính hiển vi này để hiểu rõ hơn về bản chất động học của sinh học tế bào. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Optica.
Có sự khác biệt giữa tia X mềm và tia X cứng. Chụp X-quang cứng được sử dụng rất phổ biến như cửa kiểm tra an ninh sân bay hoặc chẩn đoán hình ảnh trong y tế. Tia X mềm thường bị hạn chế trong nghiên cứu, từ nghiên cứu sinh học và hóa học đến khoáng chất và thiên thạch. Tia X mềm có thể cung cấp thông tin hóa học về mẫu và hình ảnh chi tiết ở cấp độ dưới tế bào, nhưng việc sử dụng hiện vẫn bị giới hạn do cần có thiết bị rất chuyên dụng và trong sinh học, chúng gây ra hư hại cho tế bào sống. Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu đã chế tạo kính hiển vi tia X mềm mới mà qua đó lần đầu tiên quan sát được các tế bào sống của động vật có vú. Họ có thể chụp ảnh cấu trúc carbon bên trong tế bào, điều mà trước đây chưa từng thấy qua các thiết bị khác. Carbon là một trong những yếu tố chính của sự sống, vì vậy thiết bị này mang đến cánh cửa mới để nhìn vào một phần quan trọng của sự sống.
Các tế bào được đặt trong môi trường nuôi cấy trong hộp kín chân không. Bên trái là hình ảnh được chụp bằng một lần chụp khoảng 30 femto giây và bên phải được chụp ngay sau đó thông qua tổng hợp 15 lần chụp trong tổng thời gian 250 mili giây. Hình ảnh thứ hai cho thấy các vùng giàu carbon tối hơn có ít nhiễu hơn, nhưng mờ hơn có thể là do chuyển động của tế bào (Nguồn: Optica (2024). DOI: 10.1364/OPTICA.515726)
Kính hiển vi có hai thành phần chính: bộ phát tia X mềm và gương Wolter có độ chính xác cao, một loại gương được sử dụng rộng rãi trong kính viễn vọng tia X để quan sát không gian. Những chiếc gương được chế tạo bằng công nghệ do tác giả chính Satoru Egawa, trợ lý giáo sư của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến tại Đại học Tokyo, tạo ra.
Trong sơ đồ này, tụ quang và vật kính (giống hai hình nón) là gương Wolter. Ánh sáng phản chiếu từ gương Wolter thứ hai tạo thành hình ảnh, khẩu độ giúp mang lại hình ảnh rõ ràng hơn (Nguồn: Optica (2024). DOI: 10.1364/OPTICA.515726)
Một tia X mềm cung cấp xung ánh sáng ở tốc độ hàng chục femto giây (với một femto giây là một phần triệu của một phần tỷ giây). Khoảng thời gian cực ngắn của các xung bức xạ cho phép chụp ảnh cấu trúc của tế bào sống trước khi bị thay đổi do tổn thương từ bức xạ. Các nhà nghiên cứu sử dụng gương Wolter để khuếch đại và chụp ảnh. Những chiếc gương này cung cấp tầm nhìn rộng, có thể chịu được bức xạ từ các tia X và không bị biến dạng màu sắc, lý tưởng để quan sát các mẫu ở các bước sóng khác nhau. Mặc dù các tia X mềm trước đây đã được sử dụng để nghiên cứu các loại virus và vi khuẩn nhỏ hơn, nhưng các tế bào của động vật có vú lại quá lớn để có thể sử dụng theo cách này. Tuy nhiên, bằng gương Wolter, các nhà nghiên cứu có thể đạt được trường nhìn rộng hơn và sử dụng giá đỡ mẫu dày hơn và chứa các ô lớn hơn.
Các hình ảnh thu được cho thấy chi tiết về hàm lượng carbon trong tế bào mà các phương pháp khác chưa thể nhìn thấy được, chẳng hạn như kính hiển vi điện tử và kính hiển vi huỳnh quang. Các nhà nghiên cứu tìm thấy con đường carbon giữa nucleolus (một cấu trúc trong nhân tế bào, liên quan đến chức năng và sự sống của tế bào) và màng nhân (bao bọc nhân), chưa được quan sát bằng kính hiển vi ánh sáng khả kiến. Hiện có sẵn các loại tia X mềm có thể mang lại hình ảnh rõ nét hơn với ít “nhiễu” hơn. Bằng cách bổ sung thêm các tia X mềm và gương Wolter chính xác, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ nâng cấp kính hiển vi để có thể quan sát được nhiều nguyên tố sinh hóa hơn. Điều này cũng có thể giúp làm sáng tỏ một số phản ứng và tương tác quan trọng diễn ra trong tế bào sống.
Từ khóa: tia X; tế bào;
– CMD&DND –
