Nova spektroskopska metoda - brža i još veće rezolucije
Od sada znanstvenicima stoji na raspolaganju metoda za detaljniji prikaz kemijskih struktura. Uz intenzitet milijun puta jači od intenziteta Sunčeve svjetlosti i zadivljujuću brzinu, novu spektroskopsku metodu, zasnovanu na sinkrotronu, odlikuje mogućnost detaljnog prikaza strukture tkiva u visokoj rezoluciji. Carol Hirschmugl, fizičar sa sveučilišta Wisconsin-Milwaukee (UWM) nedavno je predstavio ovu novu metodu zajedno sa svojim timom sastavljenim od znanstvenika sa sveučilišta Wisconsin-Milwaukee (UWM), sveučilišta Illinois u Urbana-Champaign i sveučilišta Illinois u Chicagu (UIC).
Hirschmugl i Michael Nasse, znanstvenik s UWM-a, izgradili su, u sklopu Centra za sinkrotronsku radijaciju na sveučilištu W-Madison, uređaj pod nazivom "Infrared Environmental Imaging" ili kraće IRENI. Nova tehnika, za razliku od dosadašnjih, umjesto jedne koristi nekoliko sinkrotronskih zraka za osvjetljavanje vrhunske kamere. IRENI uvelike skraćuje vrijeme potrebno za analizu tvari - s nekoliko sati na samo nekoliko minuta dok istovremeno četverostruko povećava raspon veličina uzoraka koje može analizirati. Može se pohvaliti visokom rezolucijom slika strukture tvari kao i činjenicom da ne oštećuje uzorak, kao što je to slučaj kod mikroskopiranja.
"Pošto IRENI otkriva molekulski sastav uzorka tkiva, po želji možete promatrati bilo raspored funkcionalnih skupina, kao što je to slučaj kod proteina, ugljikohidrata i lipida. Istovremeno možete promatrati kemijsku strukturu tkiva kao i njegovo kemijsko ponašanje", objašnjava Hirschmugl. Ova tehnika bi mogla naći svoju primjenu kako u medicini tako i u farmaciji, restauraciji umjetnina, forenzici, proizvodnji biogoriva i suvremenih materijala poput grafena.
Uz financijsku potporu od strane Programa za razvoj tehnologije, koji radi u sklopu Nacionalne zaklade za znanost (NSF), u iznosu od 1 milijuna dolara, razvoj ovog uređaja brzo je privukao i druge projekte koje financira NSF i Nacionalni instituti za zdravlje. Članak koji opisuje ovaj projekt objavljen je u znanstvenom časopisu Nature Methods.
Kemijski otisak prsta
Zbog jedinstvenih svojstava sikotron je izvor svjetlosti koji se može primijeniti za razne vrste spektroskopije. Zrake ubrzanih elektrona emitiraju kontinuiranu svjetlost u svim dijelovima elektromagnetskog spektra što znači da znanstvnici mogu odabrati u kojem dijelu spektra žele analizirati uzorak. Uzorak može apsorbirati srednji infracrveni dio spektra, inače nevidljiv ljudskom oku, na čak nekoliko tisuća mjesta pri čemu nastaje grafički otisak prista biokemijski važnih molekula.
Pomoću 12 zraka sinkrotronske svjetlosti u tom dijelu spektra omogućuje simultano prikupljanje čak nekoliko tisuća takvih 'otisaka prstiju' kemijskih spojeva u uzorku. Na kraju se dobiva 100 puta manje zrnata slika u usporedbi s uobičajenim metodama infracrvene spektroskopije. "Nismo očekivali toliki napredak u detaljima i kvaliteti analize uzorka. Kvaliteta prikaza kemijske strukture približila se optičkoj mikroskopiji, a sam pristup otvara brojne uzbudljive mogućnosti", ističe Bhargava.
Ispitivanje budućih primjena
Ne bi li ispitao moguću dijagnostičku primjenu ove metode u otkrivanju karcinoma i drugih bolesti, tim je analizirao tkiva dojke i prostate. Znanstvenici su uspjeli s nevjerojatnom preciznošću detektirati odlike koje razlikuju epitelne stanice, u kojima karcinom nastaje, od stromalnih stanica, koje se nalaze u dubljim slojevima tkiva.
Ova dva sloja stanica odvaja posebna membrana koja sprečava prodor malignih stanica iz sloja epitelnih stanica u sloj stromalnih stanica. Karcinomi u ranoj fazi najčešće se nalaze u epitelnom sloju, a do metastaziraju prodorom kroz membranu u stromalni sloj. Analizom uzorka karcinoma prostate, tim je zabilježio obećavajuće rezultate prilikom određivanja spektra membrane, ali potrebno je obaviti još mnogo posla.
"IRENI predstavlja nov način proučavanja tkiva, a može poslužiti i kao osnova za razvoj nove generacije uređaja za analizu u infracrvenom dijelu spektra", ističe Michael Walsh, inače Carle Foundation Hospital-Beckman Institute postdoktorand na sveučilištu Illinois u Urbana-Champaign te jedan od glavnih autora objavljenog članka. Sada je moguć daljnji razvoj sikrotronske spektroskopije za promatranje procesa u stanici, od jednostavnog metabolizma do specijalizacije matičnih stanica.