تمكن العلماء في جامعة هارفارد من تطوير تقنية تصوير غير ضارة قادرة على التقاط صور على مستوى الجزيء الواحد بسرعة فائقة مكنتهم من مشاهدة حركة خلايا كرات الدم الحمراء عبر الشعيرات الدموية في كائن حي. وتستخدم التقنية الجديدة شعاعي ليزر ينطلقان عبر ترددين مختلفين لإثارة نوع معين من الجزيئات في الجلد. ويقوم مقوم بالتقاط إشارات الجزيء المثار وترجمتها إلى صورة.
ويقول البروفسور صاني تشي أستاذ الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية في جامعة هارفارد إن التقنية الجديدة يمكن أن تكون بديلا غير ضار لعملية استئصال جزء من نسيج الجلد لدراسته المكلِّفة ماليا والتي تستغرق وقتا طويلا، والمؤلمة في الوقت ذاته.
ويقول تشي في حديث لمجلة «تكنولوجي ريفيو» الأميركية الصادرة عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن «تحديد ورم صلب، أو النمو الثانوي للأورام الخبيثة، يتطلب استئصال جزء من النسيج وصبغه بالأصباغ وفحصه تحت المجهر في مختبرات التحاليل في عملية قد تستغرق ما بين 15 إلى 20 دقيقة، لكننا في ظل التقنية الجديدة لسنا بحاجة إلى الحصول على صورة جزء من النسيج، لأننا نحصل على صورة مماثلة دون الحاجة إلى قطع الخلايا».
طريقة تشخيص جديدة
* تستخدم حاليا تقنيات للتصوير مثل التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإشعاع البوزيتروني كنوافذ على عالم الجزيء، كما يستخدمها الإخصائيون في المختبرات لتشخيص أمراض مثل السرطان. ولاكتشاف جزيء محدد أو خلايا سرطانية يتطلب الخضوع للمسح بالرنين المغناطيسي من المريض تناول أو حقن مواد مضادة، وتتطلب عملية التصوير المقطعي بالإشعاع البوزيتروني إخضاع المريض لجرعات منخفضة من المواد المشعة. بيد أن العلماء وجدوا أن هذه المركبات يشار إليها أيضا على أنها قد تضر أو تبدل عمليات الجزيء الطبيعية.
في المقابل تبدو التقنية الجديدة التي ابتكرها تشي خالية من الأضرار، لأنها تقوم على تقنية تصوير غير ضارة تدعى التحليل الطيفي، أو أطياف رامان. سميت التقنية باسم العالم الهندي سي في رامان، وتعمل التقنية الجديدة على استغلال حقيقة أن روابط جزيئية خاصة تتذبذب عند ترددات خاصة. وعندما يضيء شعاع الليزر أحادي اللون عينة الجزيء تعمل الجزيئات على تناثر الضوء في اتجاهات مختلفة معتمدة على الاهتزازات الطبيعية.
بيد أن تشي يقول إن الإشارة من تحليل رامان الطيفي ضعيفة عندما تطبق على الخلايا الحية حيث يكون تركيب الجزيء غير متجانس. وهناك إشارة جزيئية معينة يمكن أن تضيع وسط هذه الضوضاء المتناثرة. ولتحسين الحساسية، طور تشي وخريجا الجامعة بريان سار وكريستيان فريوديغار جهاز تصوير فائق السرعة بشعاعي ليزر بدلا من الجهاز التقليدي، يستفيد من العملية المعروفة باسم أطياف رامان. وهدف العلماء من هذه العملية الوصول إلى صور لنطاق واسع من الجزيئات الكائنات الحية والإنسان.
إشارة الجزيئات
* باستخدام معرفة تردد الذبذبات لبروتينات معينة في خلايا الدم الحمراء سلط الفريق شعاع ليزر بسرعة فائقة والآخر بسرعة منخفضة حتى يكون الفارق بين الترددين موازيا لتردد ذبذبات البروتين، ومن خلال نظام أشبه بالمرايا قام الفريق بتمرير شعاعي الليزر عبر ثقب صغير إلى فأر. قام هذا المزيج من شعاعي الليزر بإثارة جزيئات البروتين في منطقة التصوير وتسبب في اهتزازها أو تقلبها جميعها بصورة متزامنة. ويشبّه تشي الظاهرة الجديدة بإعادة ترتيب مجموعة من البندولات.
ويقول تشي: «إذا كانت لديك مجموعة كبيرة من البندولات، كل منها يهتز بنفس التردد، لكنها موزعة بصورة عشوائية، هذا أشبه بما يحدث في تحليل رامان الطيفي التقليدي، لكن التقنية الحديثة تجبر كل البندولات إلى الاتجاه يمينا ويسارا في الوقت ذاته، ومن ثم تصل إلينا إشارة قوية في نهاية العملية».
قام الفريق بتطوير أداة جديدة لالتقاط إشارة الجزيء ووجدوا أن الإشارة كانت أقوى بآلاف المرات من أطياف رامان. من خلال الإشارة تمكن الباحثون من الحصول على صور مفصلة سريعة لخلايا الدم الحمراء تتحرك عبر الشعيرات الدموية. وباستخدام التقنية ذاتها تمكنوا أيضا من ملاحظة سلوك مركبات العناية بالبشرة عامة مثل فيتامين «اي» وهي تمتص في أذن الفأر.
رصد السرطان
* ويقول شومينغ ني، أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة إيموري: «يجب أن يفتح هذا العمل فرصا جديدة في دراسة تغير المركبات الكيميائية وعمل الدواء داخل الجسم. ويتمتع النظام الجديد بحساسية فائقة ودقة مكانية أفضل، لكنه لا يزال محدودا بقدرته البسيطة على التخلل في أعماق الجلد».
تمكن تشي وزملاؤه حتى الآن من التصوير على عمق 100 ميكرون، نتيجة لحدود التقنيات القائمة على أشعة الليزر. ويقول تشي إن الحل قد يكمن في إلحاق التقنية الجديدة بنظام تصوير مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، القادرة على التصوير في مناطق أعمق من الجسم على الرغم من الوضوح غير الكبير في الصورة.
يعمل الفريق إلى جانب المهندس الميكانيكي إريك سيبل في جامعة واشنطن لتصميم أنبوب قادر على استضافة شعاعي الليزر معا، لتركيزهما على الجسم والحصول على صور تفصيلية للخلايا والأعضاء. ويرى جي تشين تشنغ، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية المساعد بجامعة برودود، أن هذه الإمكانية الجديدة ستمكن الأطباء من تشخيص أمراض أخرى تظهر على سطح أعضاء أخرى غير الجلد.
ويقول تشنغ: «بعض أنواع السرطان تبدأ في الطبقة الظاهرية، أو على سطح الأنسجة، مثل سرطان القولون. وتشخيص مثل هذه السرطانات يمكن أن يكون التطبيق الجيد لمثل هذه التقنية».