Ως μηχανικός, γνωρίζετε ότι η τεχνολογία μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς λειτουργεί ο φυσικός κόσμος.
Αλλά έχετε σκεφτεί ποτέ πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί η ραδιενέργεια για να βοηθήσει τη βιολογική έρευνα; Η αυτοραδιογραφία έχει αλλάξει τον τρόπο που μελετώ τα ζωντανά όντα.
Σε αυτήν την ανάρτηση ιστολογίου, θα εξετάσω όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την αυτοραδιογραφία, συμπεριλαμβανομένου του ιστορικού, των χρήσεων και των ανησυχιών για την ασφάλεια.
Ετοιμαστείτε να μάθετε πώς αυτή η νέα μέθοδος αλλάζει το μέλλον της βιολογικής έρευνας και πώς μπορείτε να βοηθήσετε.
Επισκόπηση Αυτοραδιογραφίας
Επίσημος ορισμός:
Μια τεχνική για την ανίχνευση ραδιενέργειας σε ένα δείγμα με την παραγωγή μιας εικόνας σε ένα φωτογραφικό φιλμ ή πλάκα.
Η αυτοραδιογραφία είναι μια ισχυρή μέθοδος απεικόνισης που χρησιμοποιείται για πάνω από εκατό χρόνια στην επιστημονική έρευνα.
Εφαρμογές Αυτοραδιογραφίας
Η αυτοραδιογραφία χρησιμοποιείται για πολλά διαφορετικά πράγματα, όπως:
- Θέση των μορίων στο εσωτερικό των κυττάρων και των ιστών.
- Βαθμονόμηση εικόνας.
- Εκτίμηση του μήκους των χρωμοσωμάτων.
- Περισσότερα παραδείγματα παρακάτω.
Η μέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για να ανακαλύψετε πού βρίσκονται τα ραδιοσημασμένα μόρια σε κύτταρα ή ιστούς.
Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσει το μήκος και τον αριθμό των θραυσμάτων DNA μετά τον διαχωρισμό τους με ηλεκτροφόρηση γέλης.
Διαδικασία Αυτοραδιογραφίας
Η αυτοραδιογραφία είναι μια διαδικασία που έχει πολλά στάδια. Πρώτον, δείγματα ζωντανών όντων σημειώνονται με ραδιενέργεια.
In vitro, το δείγμα μπορεί να επισημανθεί με την απομόνωση κυτταρικών μερών όπως το DNA, το RNA, τις πρωτεΐνες ή τα λιπίδια και την επισήμανσή τους με τα σωστά ραδιοϊσότοπα
In vivo, τα βιολογικά δείγματα μπορούν να επισημανθούν με ραδιενέργεια.
Μόλις το δείγμα επισημανθεί, το επισημασμένο τμήμα ιστού τοποθετείται δίπλα σε ένα φιλμ ακτίνων Χ ή ένα πυρηνικό γαλάκτωμα για να γίνει ένας αυτοραδιογράφος.
Όταν τα σωματίδια βήτα αλληλεπιδρούν με τα ιόντα αργύρου στο φωτογραφικό γαλάκτωμα, το οποίο αποτελείται από κρυστάλλους βρωμιούχου αργύρου σε μια μήτρα ζελατίνης, ενεργοποιούν ιόντα Ag+.
Κατά την ανάπτυξη, τα ενεργοποιημένα ιόντα Ag+ μετατρέπονται σε Ag(s), αφήνοντας κόκκους Ag(s) να σηματοδοτούν την πορεία των σωματιδίων βήτα.
Η αυτοραδιογραφία μπορεί να είναι μια απλή μέθοδος, αλλά απαιτεί προσοχή με τα ραδιενεργά υλικά για να είναι όλοι ασφαλείς.
Οι χειριστές θα πρέπει να λαμβάνουν τα σωστά μέτρα για να προστατευθούν από την επιβλαβή ακτινοβολία.
Συμβουλή: Ενεργοποιήστε το κουμπί υπότιτλων εάν το χρειάζεστε. Επιλέξτε «αυτόματη μετάφραση» στο κουμπί ρυθμίσεων, εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με την αγγλική γλώσσα (ή την ινδική προφορά). Ίσως χρειαστεί να κάνετε πρώτα κλικ στη γλώσσα του βίντεο προτού η αγαπημένη σας γλώσσα γίνει διαθέσιμη για μετάφραση.
Εφαρμογές Αυτοραδιογραφίας
Η αυτοραδιογραφία είναι μια μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλά διαφορετικά είδη βιολογικής έρευνας.
Αυτό το άρθρο θα δώσει μια επισκόπηση ορισμένων από τις πιο σημαντικές χρήσεις της αυτοραδιογραφίας, όπως η λήψη δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA και η γενετική ανάλυση, καθώς και πώς χρησιμοποιείται για τη μελέτη του μεταβολισμού, της φαρμακοκινητικής και της νευροβιολογίας.
Δακτυλικό Αποτύπωμα DNA και Γενετική Ανάλυση
Η αυτοραδιογραφία είναι βασικό μέρος της λήψης δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA, η οποία έχει αλλάξει την ιατροδικαστική επιστήμη, τις διαφορές πατρότητας και τις υποθέσεις μετανάστευσης.
Λειτουργεί με τη χρήση ανιχνευτών για σύνδεση σε συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους ανίχνευσης, όπως η αυτοραδιογραφία, για να δούμε τους δεσμευμένους ανιχνευτές.
Μετά την ηλεκτροφόρηση γέλης και την ανάπτυξη ενός φιλμ που έμεινε σε επαφή με το τζελ, ο Jeffreys πήρε ένα αυτοραδιόγραμμα με μια σειρά από σκούρες ζώνες.
Αυτές οι σκοτεινές ζώνες ήταν τμήματα DNA που είχαν μια αλληλουχία που ταίριαζε με τον ανιχνευτή.
Η αυτοραδιογραφία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση της ποσότητας ακτινοβολίας σε αυτοραδιογραφίες συστοιχίας DNA, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις πατρότητας ως γενετικοί δείκτες.
Η τεχνική επιτρέπει στους ερευνητές να δουν συγκεκριμένα κομμάτια DNA σε ένα φιλμ ακτίνων Χ. Αυτό τους δίνει σημαντικές πληροφορίες για το πότε και πού σχηματίζονται τα κύτταρα.
https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/autoradiography
Μεταβολισμός και Φαρμακοκινητική
Η αυτοραδιογραφία έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του μεταβολισμού τόσο των φυτών όσο και των ζώων παρακολουθώντας τη δραστηριότητα των ραδιενεργών ισοτόπων σε οργανικές ενώσεις που έχουν τοποθετηθεί στον ιστό.
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει πού βρίσκεται μια ραδιενεργή ουσία σε έναν ιστό ή κύτταρο αφού έχει τεθεί σε μια μεταβολική οδό, δεσμευτεί σε έναν υποδοχέα ή ένζυμο ή υβριδοποιηθεί με ένα νουκλεϊκό οξύ.
Η αυτοραδιογραφία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει πού βρίσκεται ένα ραδιοσημασμένο φάρμακο στο σώμα και πόσο καλά συνδέεται με έναν υποδοχέα.
Για παράδειγμα, η αυτοραδιογραφία χρησιμοποιείται συχνά για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο αναμιγνύονται τα νουκλεϊκά οξέα και για τη μέτρηση της ποσότητας των ραδιοσημασμένων φαρμάκων στον ορό για φαρμακοκινητικές μελέτες.
Νευροβιολογία
Η αυτοραδιογραφία και οι ραδιοσημασμένες ενώσεις χρησιμοποιούνται στη νευροβιολογική έρευνα για τη μελέτη νευρικών οδών και υποδοχέων.
Βλέποντας πώς κατανέμονται οι ραδιενεργά επισημασμένες ενώσεις στον εγκέφαλο, οι ερευνητές μπορούν να μάθουν περισσότερα για τους μηχανισμούς πίσω από την κανονική και μη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου.
Εντοπισμός πρωτεΐνης
Η αυτοραδιογραφία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει πού βρίσκονται οι πρωτεΐνες στα κύτταρα. Σε αυτή την περίπτωση, ένα ραδιενεργό ισότοπο προστίθεται σε μια πρωτεΐνη και η επισημασμένη πρωτεΐνη τοποθετείται στα κύτταρα.
Στη συνέχεια τα κύτταρα υποβάλλονται σε επεξεργασία και τοποθετούνται σε φιλμ ή πλάκα για φωτογράφηση. Αυτό δημιουργεί μια εικόνα για το πού βρίσκεται η επισημασμένη πρωτεΐνη στο κύτταρο. Αυτό επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετήσουν πώς λειτουργούν διαφορετικές πρωτεΐνες στα κύτταρα και πώς ελέγχονται.
Εντοπισμός υποδοχέα
Η αυτοραδιογραφία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εύρεση υποδοχέων μέσα στα κύτταρα και τη μελέτη του τρόπου λειτουργίας τους. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται ένας ραδιενεργός συνδέτης για τη σήμανση των υποδοχέων. Τα κύτταρα στη συνέχεια υποβάλλονται σε επεξεργασία και τοποθετούνται σε φιλμ ή πλάκα για φωτογράφηση.
Αυτό δημιουργεί μια εικόνα για το πού βρίσκονται οι επισημασμένοι υποδοχείς μέσα στα κύτταρα. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να μελετήσουν πού βρίσκονται οι υποδοχείς και τι ρόλο παίζουν στη σηματοδότηση των κυττάρων και σε άλλα πράγματα που κάνουν τα κύτταρα.
Δοκιμασίες Δέσμευσης Ραδιοσυνδέτη
Σε προσδιορισμούς δέσμευσης ραδιοσυνδέτη, η αυτοραδιογραφία χρησιμοποιείται συχνά για να εξεταστεί πώς συνεργάζονται οι συνδέτες και οι υποδοχείς. Σε αυτή την εφαρμογή, ένας ραδιενεργός συνδέτης αναμιγνύεται με κύτταρα ή ιστούς και χρησιμοποιείται αυτοραδιογραφία για να μετρηθεί πόσο καλά συνδέεται ο συνδέτης στους υποδοχείς.
Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να μελετήσουν την ταχύτητα και την ισχύ των αλληλεπιδράσεων μεταξύ προσδεμάτων και υποδοχέων και να βρουν πιθανά φάρμακα ή άλλες ενώσεις που θα μπορούσαν να αλλάξουν αυτές τις αλληλεπιδράσεις.
Εναλλακτικές στην Αυτοραδιογραφία
Η αυτοραδιογραφία είναι ένας συνηθισμένος τρόπος για να διαπιστωθεί εάν κάτι έχει ραδιενέργεια σε αυτό.
Υπάρχουν όμως πολλοί άλλοι τρόποι εύρεσης και μέτρησης ραδιενεργών ισοτόπων και μερικοί από αυτούς έχουν καλύτερη ευαισθησία και ανάλυση.
Απεικόνιση πλάκας αυτοραδιογραφία
Η αυτοραδιογραφία Imaging Plate (IP) είναι ένας απλός, μη καταστροφικός τρόπος ανάλυσης δειγμάτων
Μπορεί να τραβήξει φωτογραφίες μεγάλων περιοχών σε δύο διαστάσεις και έχει χαμηλά όρια ανίχνευσης για ακτινίδες και άλλα ραδιενεργά νουκλεΐδια.
Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από το ραδιενεργό ισότοπο συλλαμβάνεται από μια οθόνη αποθήκευσης φωσφόρου, η οποία στη συνέχεια διαβάζεται από έναν σαρωτή και μετατρέπεται σε ψηφιακή εικόνα.
Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM)
Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιεί μια δέσμη ηλεκτρονίων για τη δημιουργία εικόνων υψηλής ανάλυσης μικροσκοπικών αντικειμένων.
Το SEM μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να δούμε πώς τα ραδιοϊσότοπα απλώνονται στα δείγματα.
Το δείγμα καλύπτεται με ένα υλικό που άγει ηλεκτρισμό και η δέσμη ηλεκτρονίων σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος για να δημιουργήσει εικόνες με υψηλή ανάλυση και καλή αντίθεση.
https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
Φασματομετρία μάζας δευτερογενούς ιόντος (SIMS)
Η δευτερογενής φασματομετρία μάζας ιόντων (SIMS) είναι μια μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εύρεση και λήψη φωτογραφιών ισοτόπων που είναι μικρότερα από ένα μικρό.
Για αυτή τη μέθοδο, μια δέσμη ιόντων υψηλής ενέργειας εκτοξεύεται στο δείγμα, η οποία κάνει τα δευτερεύοντα ιόντα να βγαίνουν έξω.
Το φασματόμετρο μάζας χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να εξετάσει αυτά τα ιόντα για να ανακαλύψει πού και πόσα ισότοπα υπάρχουν στο δείγμα.
Αυτοραδιογραφία οθόνης φωσφόρου
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο 14C-PMMA, η αυτοραδιογραφία Phosphor Screen είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί ένα ραδιενεργό ισότοπο για να καταλάβει πόσο πορώδες είναι κάτι και πώς μοιάζουν οι πόροι του.
Για αυτή τη μέθοδο, η ρητίνη PMMA χύνεται γύρω από ένα δείγμα, το οποίο στη συνέχεια εκτίθεται σε ένα ραδιενεργό ισότοπο.
Στη συνέχεια, το δείγμα απεικονίζεται χρησιμοποιώντας μια οθόνη φωσφόρου, η οποία ανιχνεύει τις ραδιενεργές εκπομπές του δείγματος.
Άλλες Εναλλακτικές
Εκτός από αυτές τις μεθόδους, οι ακόλουθες είναι επίσης κοινές εναλλακτικές λύσεις στην αυτοραδιογραφία:
- Η μέτρηση υγρού σπινθηρισμού είναι μια μέθοδος για την ανίχνευση και τη μέτρηση χαμηλών επιπέδων ισοτόπων που εκπέμπουν βήτα και άλφα, η οποία είναι τόσο ευαίσθητη όσο και ποσοτική.
- Η μέτρηση γάμμα χρησιμοποιείται για την εύρεση και τη μέτρηση της ποσότητας εκπομπών γάμμα σε διαφορετικούς τύπους δειγμάτων.
Επισήμανση και ανίχνευση πρωτεϊνών
Η αυτοραδιογραφία είναι ένας τύπος απεικόνισης που χρησιμοποιεί ραδιενεργές πηγές που υπάρχουν ήδη στο δείγμα, όπως ραδιοσημασμένες πρωτεΐνες.
Κατά τη σύνθεση πρωτεϊνών, ραδιενεργά ισότοπα όπως 35S-μεθειονίνη, 3Η-λευκίνη ή 14C-αμινοξέα μπορούν να προστεθούν στην πρωτεΐνη ενδιαφέροντος
Αυτό καθιστά δυνατή τη χρήση αυτοραδιογραφίας για την εύρεση και τη μέτρηση επισημασμένων πρωτεϊνών.
Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για την εύρεση πρωτεϊνών που δεν είναι πολύ κοινές ή για την εξέταση του τρόπου με τον οποίο αλλάζουν οι πρωτεΐνες μετά την παραγωγή τους.
Μέσω δοκιμών συν-ανοσοκαθίζησης και επικάλυψης, η αυτοραδιογραφία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει πώς αλληλεπιδρούν οι πρωτεΐνες μεταξύ τους.
Επισήμανση και ανίχνευση DNA
Με την προσθήκη ραδιενεργών ισοτόπων όπως το θείο-35 (35S), το υδρογόνο-3 (3Η), ο άνθρακας-14 (14C), το ιώδιο-125 (125I) και ο φώσφορος-32 (32Ρ) στο μόριο του DNA, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί η αυτοραδιογραφία. Για να σημειώσετε και να βρείτε το DNA.
Για παράδειγμα, τα 32P και 35S μπορούν να προστεθούν σε νουκλεοζίτες όπως η Ν15- ή η τριφωσφορική δεοξυθυμιδίνη (dTTP), τα οποία μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την επισήμανση μορίων DNA.
Σε προσδιορισμούς πολλαπλασιασμού, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε 3Η-θυμιδίνη ή θυμιδίνη που έχει επισημανθεί με 14C.
Η αυτοραδιογραφία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει πώς χρησιμοποιούνται ραδιοσημασμένα ολιγονουκλεοτίδια 32P για τη σταθεροποίηση του DNA.
Ρύθμιση ακτινοπροστασίας και έρευνας
Η αυτοραδιογραφία είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται στη βιολογική έρευνα για να δούμε ραδιοσημασμένες πρωτεΐνες, DNA και άλλα μέρη σε ένα δείγμα και να υπολογίσουμε πόσο από το καθένα υπάρχει.
Περιλαμβάνει την τοποθέτηση ενός κομματιού χαρτιού με ετικέτα δίπλα σε ένα κομμάτι φωτογραφικού φιλμ ή γαλακτώματος. Αυτό κάνει ένα αυτοραδιόγραφο.
Οι αυτοραδιογραφίες μπορούν να εξεταστούν μέσω μικροσκοπίου για να μάθουμε πού βρίσκονται οι κόκκοι αργύρου, όπως στο εσωτερικό ή στο εξωτερικό των κυττάρων ή των οργανιδίων.
Όταν χρησιμοποιείτε ραδιενεργά υλικά στην έρευνα, υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να παραμείνετε ασφαλείς.
- Καθορισμός και επισήμανση περιοχών όπου θα χρησιμοποιηθούν ραδιενεργά υλικά.
- Δεν μπορείτε να φάτε, να πιείτε ή να καπνίσετε στο εργαστήριο.
- Χρησιμοποιώντας δίσκους διαρροής και κάλυμμα που απορροφά υγρό.
- Χρησιμοποιώντας απορροφητήρες καπνού όταν εργάζεστε με υλικά που θα μπορούσαν να πιάσουν φωτιά.
- Φορώντας ατομικό προστατευτικό εξοπλισμό, όπως παλτά εργαστηρίου, γάντια και γυαλιά ασφαλείας.
- Παρακολουθήστε τις επιφάνειες και καθαρίστε τις μετά τη χρήση.
- Τοποθέτηση ραδιενεργών απορριμμάτων στους κάδους απορριμμάτων με τον σωστό τρόπο, όπως ορίζει ο νόμος.
Η άμεση αυτοραδιογραφία με φιλμ περιορίζεται σε ευαισθησία από την αναποτελεσματική μεταφορά ενέργειας εκπομπής ραδιονουκλεϊδίων.
συμπέρασμα
Καθώς τελειώνουμε να μαθαίνουμε για την αυτοραδιογραφία, ένα πράγμα είναι ξεκάθαρο: δεν υπάρχει αμφιβολία για τη δύναμη της ραδιενέργειας στη βιολογική έρευνα.
Η αυτοραδιογραφία μας βοήθησε να μάθουμε πολλά για τον φυσικό κόσμο, από τη στιγμή που οι επιστήμονες την ανακάλυψαν πριν από εκατό και πλέον χρόνια μέχρι σήμερα, όταν χρησιμοποιείται σε τομείς όπως η γενετική και η νευροεπιστήμη.
Αλλά είναι σημαντικό να θυμάστε ότι όταν έχετε πολλή δύναμη, έχετε και μεγάλη ευθύνη.
Η αυτοραδιογραφία είναι ένας ισχυρός τρόπος για να μάθετε πράγματα, αλλά πρέπει να χρησιμοποιείται προσεκτικά και με προσοχή για να αποφευχθούν οι κίνδυνοι της έκθεσης σε ακτινοβολία.
Ως μηχανικός, έχετε τη σπάνια ευκαιρία να εργαστείτε στην αιχμή της επιστήμης, χρησιμοποιώντας νέες μεθόδους όπως η αυτοραδιογραφία για να μάθετε περισσότερα για τον κόσμο γύρω μας.
Προσέχοντας την ασφάλεια και πιέζοντας τα όρια του δυνατού, μπορείτε να βοηθήσετε να βεβαιωθείτε ότι αυτή η εκπληκτική τεχνολογία θα συνεχίσει να οδηγεί σε νέες ανακαλύψεις για πολλά χρόνια ακόμα.
Προχωρήστε λοιπόν, εξερευνήστε και ανακαλύψτε τον εκπληκτικό κόσμο της αυτοραδιογραφίας – οι δυνατότητες είναι ατελείωτες!
Κοινοποίηση στο…
