מדענים פיתחו טכניקת הדמיה חדשה המשתמשת במנגנון ניגודיות חדש בהדמיה ביולוגית כדי למזג את החוזקות של שתי שיטות מיקרוסקופיה חזקות, המאפשרות לחוקרים לראות הן את הארכיטקטורה המורכבת של תאים והן את המיקומים הספציפיים של חלבונים – הכל בצבע חי וברזולוציה ננומטרית.
פריצת הדרך, הנקראת מיקרוסקופיה אלקטרונית רב-צבעונית, נותנת מענה לאתגר רב שנים בהדמיה ביולוגית: מדענים נאלצו באופן מסורתי לבחור בין לראות פרטים מבניים עדינים או מעקב אחר מולקולות ספציפיות, אך לא שתיהן בבת אחת.
הגישה פותחת דלתות לחקר כל דבר, החל מאיתות תאים ועד לארגון של צבירים מולקולריים בתוך תאים, כל זאת תוך כדי ראיית היכן בדיוק מתרחשים תהליכים אלו בתוך הארכיטקטורה של התא. המחקר יוצג במפגש השנתי ה-70 של האגודה הביו-פיזיקלית בסן פרנסיסקו בין התאריכים 21-25 בפברואר 2026.
תמיד הוקסמתי מפיתוח טכניקות מיקרוסקופיה חדשות שיכולות לדמיין דברים שלא ראינו בעבר. אנו בונים מיקרוסקופ אלקטרוני רב-צבעוני – טכניקה המשלבת את היתרונות של מיקרוסקופ אלקטרונים ומיקרוסקופ פלואורסצנטי".
דבסנקר סהא רוי, פוסט דוקטורט במעבדתו של מקסים פריגוז'ין באוניברסיטת הרווארד
מיקרוסקופיה פלואורסצנטית מסורתית פועלת על ידי הצמדת תגים זוהרים לחלבונים בעלי עניין, ואז מאיר אור גלוי על הדגימה כדי לגרום לתגים אלו להידלק. גישה זו מצוינת לאיתור מולקולות ספציפיות, אך יש לה מגבלות משמעותיות. "הרזולוציה מוגבלת לכ-250 עד 300 ננומטר, כך שאי אפשר לראות חלבונים בודדים בבירור", הסביר רוי. "אבל הנושא הגדול יותר הוא שאתה לא רואה את המבנה של התא. אתה רואה את כל מה שמסומן, אבל אתה לא רואה את כל השאר מסביבו".
מיקרוסקופיה אלקטרונית, לעומת זאת, יכולה לחשוף מבנים תאיים בפרטים מעולים – עד כמה ננומטרים – אך באופן מסורתי לא הצליחה לזהות מולקולות ספציפיות בצבע. מדענים ניסו לשלב את שתי הגישות על ידי צילום תמונות נפרדות עם כל שיטה ואז שכבת-על שלהן, אך יישור התמונות במדויק, במיוחד בדגימות גדולות כמו רקמת מוח, הוכיח את עצמו כקשה ביותר.
הפתרון של צוות הרווארד הוא אלגנטי: במקום להשתמש בשני מפגשי הדמיה נפרדים, הם משתמשים בקרן אלקטרונים אחת כדי לבצע את שתי המשימות בו זמנית.
"אנחנו לא שולחים אור – אנחנו שולחים אלומת אלקטרונים", אמר רוי. "יש לנו בדיקות שאפשר לחבר לחלבון שפולטות אור גלוי כשהוא נרגש על ידי אלקטרונים. תהליך זה נקרא קתודו-לומינסנציה. אז מאותה אלומת אלקטרונים מקבלים שתי קבוצות של מידע: האות הצבעוני מהגשושים, וגם התמונה המבנית המפורטת מהאלקטרונים".
יתרון מרכזי של הטכניקה הוא שחוקרים יכולים להשתמש בצבעי פלורסנט קיימים שכבר זמינים באופן נרחב ומאופיינים היטב. הצוות פיתח בעבר חלקיקי ננו-לנתניד כבדיקות למיקרוסקופ אלקטרונים מוטי-קולור, ופעל לחיבורם לחלבונים.
לאחרונה, הצוות גילה תגלית מפתיעה כאשר הניחו כמה צבעי פלורסנט נפוצים במיקרוסקופ האלקטרונים. "הדבר המפתיע ביותר שראינו היה שצבעים סטנדרטיים המשמשים במיקרוסקופ פלואורסצנטי פולטים גם אור נראה כאשר אתה מעורר אותם באמצעות אלקטרונים," אמר רוי. "זה מעולם לא נראה קודם לכן. והצבעים האלה – ושיטות סימון החלבון שלהם – כבר מפותחים וזמינים; אתה לא צריך ליצור שום דבר חדש."
הצוות כבר הוכיח שהטכניקה עובדת בתאי יונקים וברקמות ביולוגיות, כולל זבובים נגועים בפטריות.
במבט קדימה, החוקרים שואפים להרחיב את הטכניקה לתלת מימד. נכון להיום, השיטה מייצרת תמונות שטוחות ודו מימדיות. הגבול הבא הוא התאמתו לשימוש עם מיקרוסקופ קריו-אלקטרון – טכניקה שבה דגימות מוקפאות בהבזק, משמרות תאים במצבם הטבעי ומאפשרת למדענים לצלם אותן ממספר זוויות כדי לבנות שחזורים תלת מימדיים.
"אנחנו רוצים להרחיב את גישת המיקרוסקופ האלקטרוני הרב-צבעי הזה לתלת-ממד", אמר רוי. "כדי להגיע לשם, אנו שואפים ליישם את הטכניקה הזו במקטעים אולטרה-דקים של מטריצות משובצות תאים ו/או במיקרוסקופיה קריו-אלקטרונים – זה השלב הבא."
