میكروسكوپ مغناطیسی هسته‌ای

شاید فكر كنید مشاهده یاخته زنده در حین انجام واكنش‌های بیوشیمیایی از محالات است؟ ولی آخرین تحقیقاتی كه در امریكا در زمینه ایجاد تصویر از طریق تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) انجام شده است نشان می‌دهد كه چنین چیزی محال نیست. تیمی از محققان دانشگاه جانزهاپكینز در بالتیمور، مریلند و از شركت بروكرمدیكال اینستر و منش ماساچوست بر آن شده‌اند كه مهمترین ابزار تحلیلی شیمی، یعنی طیف سنج NMR، را به میكروسكوپ تبدیل كنند.
تشدید مغناطیسی هسته‌ای، NMR، از همان سال‌های 1950 انقلابی در شیمی آغاز كرد. با این روش می‌توان اتم‌هایی را آشكار كرد كه هسته‌هایشان دارای اسپین یا اندازه حركت زاویه‌ای ذاتی باشند. این هسته‌ها در یك میدان مغناطیسی خارجی مانند آهنرباهای كوچك رفتار می‌كنند، بدین معنی كه یا در جهت میدان قرار می‌گیرند یا در خلاف جهت آن. یك تپ انرژی در بسامدهای رادیویی می‌تواند این هسته‌ها را از یك حالت به حالت دیگر ببرد. سپس هسته‌های برانگیخته انرژی اضافی خود را به صورت امواج رادیویی – كه قابل مشاهده‌اند – تابش می‌كنند و به وضعیت اولیه خود بر می‌گردند.
نكته مهم برای شیمیدان‌ها این است كه بسامدی كه در آن انرژی اشعه جذب یا گسیل می‌شود، اولاً به عنصر مورد استفاده بستگی دارد و ثانیاً تابع پیكر بندی دقیق شیمیایی هسته تشدید كننده است.
از میان تمام هسته‌های اسپین‌دار، هیدروژن بزرگترین اثر مغناطیسی را از خود بروز می‌دهد، و بنابراین آشكارسازی آن راحت‌تر است. از طرفی عملاً تمام مولكول‌های آلی هیدروژن دارند؛ پس طبیعی است شیمی آلی نخستین شاخه‌ای از علم باشد كه در آن از این روش استفاده شود. بدین طریق طیف نمایی NMR ابزار قدرتمندی شد كه به كمك آن شیمیدانان به تحقق در ساختمان مولكولی پرداختند.
در ضمن، تشدید مغناطیسی هسته‌ای روشی برای مشاهده بافت‌های زنده نیز شد. بخش بزرگی از ماده زنده را آب تشكیل می‌دهد و آب هم هیدروژن دارد؛ بنابراین به كمك سیگنال‌های NMR هیدروژن می‌توان نقشه توزیع آب در بافت‌های زنده را به دست آورد. امروزه ایجاد تصویر NMR سراسری بدن ابزار كلینیكی جا افتاده‌ای است. روبش (اسكن كردن) سراسری بدن، به میدان‌های مغناطیسی در حدود 5ر1 تسلا محدود می‌شود، زیرا ایجاد میدان‌های مغناطیسی نسبتاً قوی در یك حجم بزرگ مشكل است. اما استفاده از میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر شدت سیگنال NMR را بیشتر می‌كند و در نتیجه حساسیت این روش را افزایش می‌دهد. جیمز آگوایو از جانز هاپكینز و همكارانش، با توجه به این مطلب توانسته‌اند به كمك یك طیف سنج اصلاح شده 5ر9 تسلایی، اولین تصویر NMR را از یك تك یاخته زنده تشكیل بدهند.
این محققان آزمایش خود را روی یاخته تخم نوعی قورباغه آفریقایی انجام دادند. تصویرهای حاصل به وضوح هسته را متمایز از سیتوپلاسم یاخته نشان می‌دهد. خود سیتوپلاسم نیز به دو ناحیه كه متناظر با دو قطب سلول تخم‌اند، تفكیك شده است. تفاوت‌های موجود در شدت تصویر تا حدودی معلول نحوه اتصال آب در داخل سلول است؛ این اتصال در سیتوپلاسم كاملاً محكم و در هسته خیلی سست‌تر است.
جالب توجه تر از همه اینكه این محققان تصور می‌كنند كه از این راه می‌توان درباره بیوشیمی یاخته هم اطلاعاتی به دست آورد. هنگامی كه یاخته‌ها در دستگاه سازنده تصویر قرار داشتند آن‌ها متوجه تصویری ثانوی شدند كه به كندی محو می‌شد. به نظر آن‌ها این تصویر دوم می‌تواند مربوط به لیپیدهای داخل سیتوپلاسم باشد كه یاخته در حین مشاهده مشغول سوخت و سازشان بوده است.