การอ่านสัญญาณกัมมันตภาพรังสี: อธิบายการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ

ในฐานะวิศวกร คุณทราบดีว่าเทคโนโลยีสามารถช่วยให้เราเข้าใจว่าโลกธรรมชาติทำงานอย่างไร

แต่คุณเคยคิดไหมว่ากัมมันตภาพรังสีจะถูกนำมาใช้เพื่อช่วยในการวิจัยทางชีววิทยาได้อย่างไร? การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติได้เปลี่ยนวิธีที่ฉันศึกษาสิ่งมีชีวิต

ในบล็อกโพสต์นี้ ฉันจะกล่าวถึงทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ รวมถึงประวัติ การใช้งาน และข้อกังวลด้านความปลอดภัย

เตรียมพร้อมที่จะค้นหาว่าวิธีการใหม่นี้กำลังเปลี่ยนแปลงอนาคตของการวิจัยทางชีววิทยาอย่างไร และคุณจะช่วยได้อย่างไร

ภาพรวมของการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ

คำนิยามอย่างเป็นทางการ:

เทคนิคในการตรวจจับกัมมันตภาพรังสีในชิ้นงานโดยการสร้างภาพบนฟิล์มถ่ายภาพหรือเพลท

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นวิธีการถ่ายภาพที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้กันมานานกว่าร้อยปีในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

การประยุกต์ใช้ Autoradiography

Autoradiography ใช้สำหรับสิ่งต่างๆ มากมาย เช่น:

• ตำแหน่งของโมเลกุลภายในเซลล์และเนื้อเยื่อ
• การปรับเทียบภาพ
• การประมาณความยาวของโครโมโซม
• ตัวอย่างเพิ่มเติมด้านล่าง

วิธีการนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการค้นหาว่าโมเลกุลที่ติดฉลากรังสีอยู่ในเซลล์หรือเนื้อเยื่อใด

นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อหาความยาวและจำนวนของชิ้นส่วน DNA หลังจากแยกชิ้นส่วนด้วยเจลอิเล็กโตรโฟรีซิส

กระบวนการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นกระบวนการที่มีหลายขั้นตอน ประการแรก ตัวอย่างของสิ่งมีชีวิตจะถูกทำเครื่องหมายด้วยกัมมันตภาพรังสี

ในหลอดทดลอง สามารถทำเครื่องหมายตัวอย่างได้โดยแยกส่วนของเซลล์ เช่น DNA, RNA, โปรตีน หรือลิพิด และติดฉลากด้วยไอโซโทปรังสีที่เหมาะสม

ในร่างกาย ตัวอย่างทางชีวภาพสามารถทำเครื่องหมายด้วยกัมมันตภาพรังสี

เมื่อตัวอย่างถูกติดฉลากแล้ว ส่วนของเนื้อเยื่อที่ติดฉลากจะถูกวางไว้ข้างฟิล์มเอ็กซ์เรย์หรืออิมัลชันนิวเคลียร์เพื่อสร้างภาพรังสีอัตโนมัติ

เมื่ออนุภาคบีตาทำปฏิกิริยากับไอออนเงินในอิมัลชันการถ่ายภาพ ซึ่งทำจากผลึกซิลเวอร์โบรไมด์ในเมทริกซ์เจลาติน อนุภาคเหล่านั้นจะเปิดไอออน Ag+

ในระหว่างการพัฒนา ไอออน Ag+ ที่ถูกกระตุ้นจะเปลี่ยนเป็น Ag ทิ้งเศษ Ag ไว้เพื่อกำหนดเส้นทางของอนุภาคบีตา

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติอาจเป็นวิธีการง่ายๆ แต่จำเป็นต้องระมัดระวังวัสดุกัมมันตภาพรังสีเพื่อให้ทุกคนปลอดภัย

ผู้ปฏิบัติงานควรทำตามขั้นตอนที่ถูกต้องเพื่อป้องกันตนเองจากรังสีที่เป็นอันตราย

เคล็ดลับ: เปิดปุ่มคำอธิบายภาพหากต้องการ เลือก “การแปลอัตโนมัติ” ในปุ่มการตั้งค่า หากคุณไม่คุ้นเคยกับภาษาอังกฤษ (หรือสำเนียงอินเดีย) คุณอาจต้องคลิกที่ภาษาของวิดีโอก่อนจึงจะสามารถแปลภาษาที่คุณชื่นชอบได้

การประยุกต์ใช้ Autoradiography

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นวิธีที่สามารถนำมาใช้ในการวิจัยทางชีววิทยาหลายประเภท

บทความนี้จะให้ภาพรวมของการใช้งานที่สำคัญที่สุดบางประการของการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ เช่น การตรวจลายพิมพ์ดีเอ็นเอและการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม ตลอดจนวิธีการใช้ในการศึกษาเมแทบอลิซึม เภสัชจลนศาสตร์ และชีววิทยาระบบประสาท

ลายนิ้วมือ DNA และการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นส่วนสำคัญของการตรวจลายพิมพ์ดีเอ็นเอ ซึ่งได้เปลี่ยนวงการนิติวิทยาศาสตร์ ข้อพิพาทเกี่ยวกับบิดา และกรณีการย้ายถิ่นฐาน

ทำงานโดยใช้โพรบจับกับลำดับดีเอ็นเอเฉพาะ จากนั้นใช้วิธีการตรวจจับต่างๆ เช่น การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ เพื่อดูโพรบที่ถูกผูกไว้

หลังจากเจลอิเล็กโตรโฟรีซิสและการพัฒนาฟิล์มที่สัมผัสกับเจล เจฟฟรีย์ได้รับภาพออโตเรดิโอแกรมพร้อมแถบสีเข้มจำนวนหนึ่ง

แถบสีเข้มเหล่านี้คือส่วนของ DNA ที่มีลำดับที่ตรงกับโพรบ

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติยังสามารถใช้เพื่อวิเคราะห์ปริมาณรังสีในเครื่องถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติแบบ DNA array ซึ่งใช้ในกรณีของบิดาเป็นเครื่องหมายทางพันธุกรรม

เทคนิคนี้ช่วยให้นักวิจัยเห็นชิ้นส่วนของ DNA ที่เฉพาะเจาะจงบนฟิล์มเอ็กซ์เรย์ สิ่งนี้ให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับเวลาและสถานที่ที่เซลล์ก่อตัว

https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/autoradiography

เมแทบอลิซึมและเภสัชจลนศาสตร์

มีการใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติเพื่อศึกษาเมแทบอลิซึมของทั้งพืชและสัตว์ โดยการติดตามกิจกรรมของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีในสารประกอบอินทรีย์ที่ใส่เข้าไปในเนื้อเยื่อ

สามารถใช้เพื่อค้นหาตำแหน่งที่สารกัมมันตภาพรังสีอยู่ในเนื้อเยื่อหรือเซลล์หลังจากใส่เข้าไปในวิถีเมตาบอลิซึม จับกับตัวรับหรือเอนไซม์ หรือผสมเข้ากับกรดนิวคลีอิก

นอกจากนี้ยังสามารถใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติเพื่อค้นหาว่ายาที่ติดฉลากรังสีอยู่ในร่างกายที่ใดและจับกับตัวรับได้ดีเพียงใด

ตัวอย่างเช่น การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติมักใช้เพื่อศึกษาว่ากรดนิวคลีอิกผสมกันอย่างไร และเพื่อวัดปริมาณยาที่ติดฉลากรังสีในซีรั่มสำหรับการศึกษาเภสัชจลนศาสตร์

ประสาทชีววิทยา

การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติและสารประกอบที่ติดฉลากด้วยคลื่นวิทยุถูกนำมาใช้ในการวิจัยทางชีววิทยาทางระบบประสาทเพื่อศึกษาวิถีประสาทและตัวรับ

นักวิจัยสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกเบื้องหลังการทำงานของสมองที่ปกติและผิดปกติได้ด้วยการดูว่าสารกัมมันตภาพรังสีกระจายตัวในสมองอย่างไร

การแปลโปรตีน

นอกจากนี้ยังสามารถใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติเพื่อค้นหาว่าโปรตีนอยู่ในเซลล์ใด ในกรณีนี้ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีจะถูกเติมลงในโปรตีน และโปรตีนที่ติดฉลากจะถูกใส่เข้าไปในเซลล์

จากนั้นเซลล์จะได้รับการรักษาและวางบนฟิล์มหรือแผ่นสำหรับถ่ายภาพ สิ่งนี้ทำให้เห็นภาพว่าโปรตีนที่มีฉลากอยู่ในเซลล์ สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาว่าโปรตีนต่างๆ ในเซลล์ทำงานอย่างไรและควบคุมอย่างไร

การแปลตัวรับ

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติยังสามารถใช้เพื่อค้นหาตัวรับภายในเซลล์และศึกษาวิธีการทำงานของพวกมัน ในกรณีนี้ ลิแกนด์กัมมันตภาพรังสีถูกใช้เพื่อทำเครื่องหมายตัวรับ จากนั้นเซลล์จะถูกประมวลผลและวางบนฟิล์มหรือแผ่นสำหรับถ่ายภาพ

สิ่งนี้ทำให้เห็นภาพว่าตัวรับที่มีข้อความอยู่ภายในเซลล์อยู่ที่ไหน สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาได้ว่าตัวรับอยู่ที่ไหนและมีบทบาทอย่างไรในการส่งสัญญาณของเซลล์ และสิ่งอื่นๆ ที่เซลล์ทำ

การทดสอบการจับเรดิโอลิแกนด์

ในการทดสอบการจับด้วยเรดิโอลิแกนด์ การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติมักใช้เพื่อดูว่าลิแกนด์และรีเซพเตอร์ทำงานร่วมกันอย่างไร ในการใช้งานนี้ ลิแกนด์กัมมันตภาพรังสีผสมกับเซลล์หรือเนื้อเยื่อ และใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติเพื่อวัดว่าลิแกนด์จับกับตัวรับได้ดีเพียงใด

สิ่งนี้ช่วยให้นักวิจัยศึกษาความเร็วและความแรงของอันตรกิริยาระหว่างลิแกนด์กับรีเซพเตอร์ และค้นหายาที่มีศักยภาพหรือสารประกอบอื่นๆ ที่สามารถเปลี่ยนอันตรกิริยาเหล่านี้ได้

ทางเลือกในการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นวิธีทั่วไปในการดูว่ามีสิ่งใดมีกัมมันตภาพรังสีอยู่ในนั้นหรือไม่

แต่มีวิธีอื่นๆ อีกหลายวิธีในการค้นหาและวัดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี และบางวิธีก็มีความไวและความละเอียดที่ดีกว่า

การถ่ายภาพด้วยรังสีด้วยแผ่นภาพ

การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติด้วย Imaging Plate (IP) เป็นวิธีที่ง่ายและไม่ทำลายตัวอย่างในการวิเคราะห์

สามารถถ่ายภาพพื้นที่ขนาดใหญ่ในสองมิติ และมีขีดจำกัดการตรวจจับแอกทิไนด์และนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีอื่นๆ ที่ต่ำ

รังสีที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีจะถูกดักจับโดยหน้าจอสตอเรจฟอสเฟอร์ ซึ่งสแกนเนอร์จะอ่านและเปลี่ยนเป็นภาพดิจิทัล

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เป็นวิธีการที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อสร้างภาพวัตถุขนาดเล็กที่มีความละเอียดสูง

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ SEM เพื่อดูว่าไอโซโทปรังสีแผ่กระจายออกไปในตัวอย่างได้อย่างไร

ตัวอย่างถูกปกคลุมด้วยวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ และลำแสงอิเล็กตรอนจะสแกนพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงและคอนทราสต์ที่ดี

https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope

สเปกโตรมิเตอร์มวลไอออนทุติยภูมิ (SIMS)

สเปกโตรเมตรีมวลไอออนทุติยภูมิ (SIMS) เป็นวิธีที่ใช้ค้นหาและถ่ายภาพไอโซโทปที่มีขนาดเล็กกว่าไมครอนได้

สำหรับวิธีนี้ ลำแสงไอออนพลังงานสูงจะยิงไปที่ตัวอย่าง ซึ่งทำให้ไอออนทุติยภูมิออกมา

จากนั้นจะใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์เพื่อดูไอออนเหล่านี้เพื่อดูว่ามีไอโซโทปอยู่ที่ไหนและกี่ไอโซโทปในตัวอย่าง

เครื่องถ่ายภาพรังสีด้วยแสงหน้าจอฟอสเฟอร์

การใช้วิธี 14C-PMMA การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติของ Phosphor Screen เป็นเทคนิคที่ใช้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเพื่อหาว่าสิ่งที่มีรูพรุนเป็นอย่างไรและรูพรุนของมันมีลักษณะอย่างไร

สำหรับวิธีนี้ เรซิน PMMA จะถูกเทรอบๆ ตัวอย่าง ซึ่งจะสัมผัสกับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี

ตัวอย่างจะถูกสร้างภาพโดยใช้หน้าจอเรืองแสง ซึ่งจะจับการปล่อยกัมมันตภาพรังสีของตัวอย่าง

ทางเลือกอื่นๆ

นอกจากวิธีการเหล่านี้แล้ว ต่อไปนี้ยังเป็นทางเลือกทั่วไปสำหรับการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ:

• การนับประกายแวววาวของของเหลวเป็นวิธีการตรวจจับและวัดระดับไอโซโทปที่ปล่อยบีตาและแอลฟาในระดับต่ำซึ่งมีทั้งความไวและเชิงปริมาณ
• การนับแกมมาใช้ในการค้นหาและวัดปริมาณรังสีแกมมาในตัวอย่างประเภทต่างๆ

การติดฉลากและการตรวจจับโปรตีน

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นการถ่ายภาพประเภทหนึ่งที่ใช้แหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีที่มีอยู่แล้วในตัวอย่าง เช่น โปรตีนที่ติดฉลากรังสี

ในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เช่น 35S-เมไทโอนีน, 3H-ลิวซีน หรือ 14C-กรดอะมิโน สามารถเพิ่มเข้าไปในโปรตีนที่สนใจได้

ทำให้สามารถใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติเพื่อค้นหาและวัดโปรตีนที่ติดฉลากได้

วิธีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการค้นหาโปรตีนที่ไม่ค่อยพบทั่วไป หรือสำหรับการดูว่าโปรตีนเปลี่ยนแปลงอย่างไรหลังจากสร้าง

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติสามารถใช้เพื่อค้นหาว่าโปรตีนมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร

การติดฉลากและตรวจหาดีเอ็นเอ

ด้วยการเพิ่มไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เช่น ซัลเฟอร์-35 (35S) ไฮโดรเจน-3 (3H) คาร์บอน-14 (14C) ไอโอดีน-125 (125I) และฟอสฟอรัส-32 (32P) ลงในโมเลกุลของ DNA ทำให้สามารถใช้การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติได้ เพื่อทำเครื่องหมายและหาดีเอ็นเอ

ตัวอย่างเช่น สามารถเติม 32P และ 35S ลงในนิวคลีโอไซด์ เช่น N15- หรือดีออกซีไทมิดีนไตรฟอสเฟต (dTTP) ซึ่งสามารถนำไปใช้ติดฉลากโมเลกุลดีเอ็นเอได้

ในการทดสอบการเพิ่มจำนวน คุณยังสามารถใช้ 3H-ไทมิดีนหรือไทมิดีนที่มีป้ายกำกับว่า 14C

นอกจากนี้ยังสามารถใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติเพื่อค้นหาว่าโอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่ติดฉลากด้วยรังสี 32P ถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไข DNA อย่างไร

การตั้งค่าความปลอดภัยของรังสีและการวิจัย

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นวิธีการที่ใช้ในการวิจัยทางชีววิทยาเพื่อดูโปรตีนที่ติดฉลากกัมมันตภาพรังสี ดีเอ็นเอ และส่วนอื่นๆ ในตัวอย่าง แล้วหาว่าแต่ละส่วนมีปริมาณเท่าใด

โดยเกี่ยวข้องกับการวางกระดาษทิชชูที่ติดฉลากไว้ข้างๆ แผ่นฟิล์มถ่ายภาพหรืออิมัลชัน สิ่งนี้ทำให้เครื่องบันทึกภาพอัตโนมัติ

สามารถดูภาพถ่ายรังสีอัตโนมัติผ่านกล้องจุลทรรศน์เพื่อหาว่าเม็ดเงินอยู่ที่ไหน เช่น ด้านในหรือด้านนอกของเซลล์หรือออร์แกเนลล์

เมื่อใช้วัสดุกัมมันตภาพรังสีในการวิจัย มีหลายวิธีในการรักษาความปลอดภัย

• การกำหนดและติดฉลากบริเวณที่จะใช้วัสดุกัมมันตภาพรังสี
• คุณไม่สามารถกิน ดื่ม หรือสูบบุหรี่ในห้องปฏิบัติการ
• การใช้ถาดรองน้ำหกและฝาปิดที่ซับของเหลว
• การใช้ตู้ดูดควันเมื่อทำงานกับวัสดุที่อาจติดไฟได้
• สวมอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล เช่น เสื้อกาวน์ ถุงมือ และแว่นตานิรภัย
• จับตาดูพื้นผิวและทำความสะอาดหลังการใช้งาน
• การทิ้งกากกัมมันตภาพรังสีในถังขยะให้ถูกวิธีตามที่กฎหมายกำหนด

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติโดยตรงด้วยฟิล์มมีความไวจำกัดเนื่องจากการถ่ายโอนพลังงานการปล่อยของนิวไคลด์รังสีที่ไม่มีประสิทธิภาพ

บทสรุป

เมื่อเราเรียนรู้เกี่ยวกับการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเสร็จสิ้น สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน: ไม่มีการปฏิเสธพลังของกัมมันตภาพรังสีในการวิจัยทางชีววิทยา

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติช่วยให้เราเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับโลกธรรมชาติ ตั้งแต่เวลาที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเมื่อร้อยปีที่แล้วจนถึงปัจจุบัน เมื่อมันถูกนำไปใช้ในด้านต่างๆ เช่น พันธุศาสตร์และประสาทวิทยาศาสตร์

แต่สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าเมื่อคุณมีอำนาจมาก คุณก็มีความรับผิดชอบมากเช่นกัน

การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการค้นหาสิ่งต่างๆ แต่ต้องใช้อย่างระมัดระวังและระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการได้รับรังสี

ในฐานะวิศวกร คุณมีโอกาสน้อยมากที่จะได้ทำงานด้านวิทยาศาสตร์ที่ทันสมัย ​​โดยใช้วิธีการใหม่ๆ เช่น การถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโลกรอบตัวเรา

ด้วยการจับตาดูความปลอดภัยและผลักดันขีดจำกัดของสิ่งที่เป็นไปได้ คุณสามารถช่วยให้แน่ใจว่าเทคโนโลยีที่น่าทึ่งนี้จะนำไปสู่การค้นพบใหม่ ๆ ต่อไปอีกหลายปีข้างหน้า

ออกไปสำรวจและค้นพบโลกแห่งการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติที่น่าทึ่ง - ความเป็นไปได้ไม่มีที่สิ้นสุด!