Lesen Der Radioaktiven Signale: Autoradiographie Erklärt

Als Ingenieur wissen Sie, dass Technologie uns dabei helfen kann, herauszufinden, wie die natürliche Welt funktioniert.

Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, wie Radioaktivität genutzt werden könnte, um der biologischen Forschung zu helfen? Die Autoradiographie hat die Art und Weise verändert, wie ich Lebewesen studiere.

In diesem Blogbeitrag gehe ich auf alles ein, was Sie über Autoradiographie wissen müssen, einschließlich ihrer Geschichte, Verwendung und Sicherheitsbedenken.

Machen Sie sich bereit, um herauszufinden, wie diese neue Methode die Zukunft der biologischen Forschung verändert und wie Sie helfen können.

Überblick über die Autoradiographie

Formale Definition:

Eine Technik zum Nachweis von Radioaktivität in einer Probe durch die Erzeugung eines Bildes auf einem fotografischen Film oder einer Platte.

Die Autoradiographie ist ein leistungsstarkes bildgebendes Verfahren, das seit über hundert Jahren in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt wird.

Anwendungen der Autoradiographie

Autoradiographie wird für viele verschiedene Dinge verwendet, wie zum Beispiel:

• Lokalisierung von Molekülen innerhalb von Zellen und Geweben.
• Bildkalibrierung.
• Abschätzung der Chromosomenlänge.
• Weitere Beispiele unten.

Das Verfahren ist besonders nützlich, um herauszufinden, wo sich radioaktiv markierte Moleküle in Zellen oder Geweben befinden.

Es kann auch verwendet werden, um die Länge und Anzahl von DNA-Fragmenten zu bestimmen, nachdem sie durch Gelelektrophorese getrennt wurden.

Prozess der Autoradiographie

Die Autoradiographie ist ein Prozess, der mehrere Schritte umfasst. Zunächst werden Proben von Lebewesen mit Radioaktivität markiert.

In vitro kann die Probe markiert werden, indem Zellbestandteile wie DNA, RNA, Proteine ​​oder Lipide isoliert und mit den richtigen Radioisotopen markiert werden

In vivo können biologische Proben mit Radioaktivität markiert werden.

Sobald die Probe markiert ist, wird der markierte Gewebeschnitt neben einen Röntgenfilm oder eine Kernemulsion gelegt, um eine Autoradiographie anzufertigen.

Wenn Beta-Partikel mit den Silberionen in der fotografischen Emulsion interagieren, die aus Silberbromidkristallen in einer Gelatinematrix besteht, schalten sie Ag+-Ionen ein.

Während der Entwicklung werden die aktivierten Ag+-Ionen in Ag(s) umgewandelt, wodurch Ag(s)-Körner zurückbleiben, die den Weg der Beta-Partikel markieren.

Die Autoradiographie kann eine einfache Methode sein, erfordert jedoch einen vorsichtigen Umgang mit radioaktiven Materialien, um die Sicherheit aller zu gewährleisten.

Betreiber sollten die richtigen Maßnahmen ergreifen, um sich vor schädlicher Strahlung zu schützen.

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Anwendungen der Autoradiographie

Die Autoradiographie ist eine Methode, die in vielen verschiedenen Arten der biologischen Forschung verwendet werden kann.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über einige der wichtigsten Anwendungen der Autoradiographie, wie z. B. DNA-Fingerprinting und genetische Analyse, sowie darüber, wie sie zur Untersuchung des Stoffwechsels, der Pharmakokinetik und der Neurobiologie verwendet wird.

DNA-Fingerprinting und genetische Analyse

Die Autoradiographie ist ein wichtiger Bestandteil des DNA-Fingerabdrucks, der die forensische Wissenschaft, Vaterschaftsstreitigkeiten und Einwanderungsfälle verändert hat.

Es funktioniert, indem Sonden verwendet werden, um an spezifische DNA-Sequenzen zu binden, und dann verschiedene Nachweismethoden, wie z. B. Autoradiographie, verwendet werden, um die gebundenen Sonden zu sehen.

Nach der Gelelektrophorese und der Entwicklung eines Films, der mit dem Gel in Kontakt blieb, erhielt Jeffreys ein Autoradiogramm mit einer Reihe dunkler Streifen.

Diese dunklen Banden waren DNA-Abschnitte, die eine Sequenz aufwiesen, die mit der Sonde übereinstimmte.

Die Autoradiographie kann auch verwendet werden, um die Strahlungsmenge in DNA-Array-Autoradiographien zu analysieren, die in Vaterschaftsfällen als genetische Marker verwendet werden.

Die Technik ermöglicht es Forschern, bestimmte DNA-Stücke auf einem Röntgenfilm zu sehen. Dadurch erhalten sie wichtige Informationen darüber, wann und wo sich Zellen bilden.

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

Stoffwechsel und Pharmakokinetik

Die Autoradiographie wurde verwendet, um den Metabolismus sowohl von Pflanzen als auch von Tieren zu untersuchen, indem die Aktivität radioaktiver Isotope in organischen Verbindungen verfolgt wurde, die in das Gewebe eingebracht wurden.

Es kann verwendet werden, um herauszufinden, wo sich eine radioaktive Substanz in einem Gewebe oder einer Zelle befindet, nachdem sie in einen Stoffwechselweg gebracht, an einen Rezeptor oder ein Enzym gebunden oder an eine Nukleinsäure hybridisiert wurde.

Autoradiographie kann auch verwendet werden, um herauszufinden, wo sich ein radioaktiv markiertes Medikament im Körper befindet und wie gut es an einen Rezeptor bindet.

Beispielsweise wird die Autoradiographie häufig verwendet, um zu untersuchen, wie sich Nukleinsäuren mischen, und um die Menge an radioaktiv markierten Arzneimitteln im Serum für pharmakokinetische Studien zu messen.

Neurobiologie

Autoradiographie und radioaktiv markierte Verbindungen werden in der neurobiologischen Forschung verwendet, um Nervenbahnen und Rezeptoren zu untersuchen.

Indem sie sehen, wie radioaktiv markierte Verbindungen im Gehirn verteilt werden, können Forscher mehr über die Mechanismen erfahren, die hinter normalen und abnormalen Gehirnfunktionen stehen.

Proteinlokalisierung

Autoradiographie kann auch verwendet werden, um herauszufinden, wo sich Proteine ​​in Zellen befinden. Dabei wird einem Protein ein radioaktives Isotop zugesetzt und das markierte Protein in die Zellen eingebracht.

Die Zellen werden dann behandelt und zum Fotografieren auf einen Film oder eine Platte gebracht. Dies macht ein Bild davon, wo sich das markierte Protein in der Zelle befindet. Damit können Wissenschaftler untersuchen, wie verschiedene Proteine ​​in Zellen funktionieren und wie sie gesteuert werden.

Rezeptorlokalisierung

Die Autoradiographie kann auch verwendet werden, um Rezeptoren in Zellen zu finden und zu untersuchen, wie sie funktionieren. Dabei wird ein radioaktiver Ligand zur Markierung der Rezeptoren verwendet. Die Zellen werden dann verarbeitet und für die Fotografie auf einen Film oder eine Platte gebracht.

Dies macht ein Bild davon, wo sich die markierten Rezeptoren in den Zellen befinden. Auf diese Weise können Forscher untersuchen, wo sich Rezeptoren befinden und welche Rolle sie bei der Zellsignalisierung und anderen Dingen spielen, die Zellen tun.

Radioliganden-Bindungsassays

In Radioliganden-Bindungsassays wird häufig Autoradiographie verwendet, um zu untersuchen, wie Liganden und Rezeptoren zusammenarbeiten. Bei dieser Anwendung wird ein radioaktiver Ligand mit Zellen oder Geweben gemischt, und es wird eine Autoradiographie verwendet, um zu messen, wie gut der Ligand an die Rezeptoren bindet.

Auf diese Weise können Forscher die Geschwindigkeit und Stärke der Wechselwirkungen zwischen Liganden und Rezeptoren untersuchen und potenzielle Medikamente oder andere Verbindungen finden, die diese Wechselwirkungen verändern könnten.

Alternativen zur Autoradiographie

Autoradiographie ist eine gängige Methode, um herauszufinden, ob etwas Radioaktivität enthält.

Es gibt jedoch eine Reihe anderer Möglichkeiten, radioaktive Isotope zu finden und zu messen, und einige von ihnen haben eine bessere Empfindlichkeit und Auflösung.

Speicherfolien-Autoradiographie

Imaging Plate (IP) Autoradiographie ist eine einfache, zerstörungsfreie Methode zur Analyse von Proben

Es kann große Flächen zweidimensional fotografieren und hat niedrige Nachweisgrenzen für Aktinide und andere radioaktive Nuklide.

Die vom radioaktiven Isotop abgegebene Strahlung wird von einem Speicherleuchtschirm eingefangen, der dann von einem Scanner gelesen und in ein digitales Bild umgewandelt wird.

Rasterelektronenmikroskopie (REM)

Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ist eine Methode, die mithilfe eines Elektronenstrahls hochauflösende Bilder von mikroskopischen Objekten macht.

SEM kann auch verwendet werden, um zu untersuchen, wie Radioisotope in Proben verteilt sind.

Die Probe wird mit einem Material bedeckt, das Elektrizität leitet, und der Elektronenstrahl tastet die Oberfläche der Probe ab, um Bilder mit hoher Auflösung und gutem Kontrast zu erzeugen.

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

Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS)

Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) ist eine Methode, mit der Isotope, die kleiner als ein Mikrometer sind, gefunden und fotografiert werden können.

Bei dieser Methode wird ein Strahl hochenergetischer Ionen auf die Probe geschossen, wodurch Sekundärionen austreten.

Das Massenspektrometer wird dann verwendet, um diese Ionen zu untersuchen, um herauszufinden, wo und wie viele Isotope sich in der Probe befinden.

Phosphorschirm-Autoradiographie

Unter Verwendung der 14C-PMMA-Methode ist die Phosphor-Screen-Autoradiographie eine Technik, die ein radioaktives Isotop verwendet, um herauszufinden, wie porös etwas ist und wie seine Poren aussehen.

Bei dieser Methode wird PMMA-Harz um eine Probe gegossen, die dann einem radioaktiven Isotop ausgesetzt wird.

Die Probe wird dann mit einem Phosphorschirm abgebildet, der die radioaktiven Emissionen der Probe aufnimmt.

Andere Alternativen

Neben diesen Methoden sind die folgenden auch gängige Alternativen zur Autoradiographie:

• Die Flüssigkeitsszintillationszählung ist eine Methode zum Nachweis und zur Messung geringer Mengen von Beta- und Alpha-emittierenden Isotopen, die sowohl empfindlich als auch quantitativ ist.
• Die Gammazählung wird verwendet, um die Menge an Gammastrahlern in verschiedenen Arten von Proben zu finden und zu messen.

Markierung und Nachweis von Proteinen

Die Autoradiographie ist eine Art der Bildgebung, bei der radioaktive Quellen verwendet werden, die bereits in der Probe vorhanden sind, z. B. Radioaktiv markierte Proteine.

Während der Proteinsynthese können dem interessierenden Protein radioaktive Isotope wie 35S-Methionin, 3H-Leucin oder 14C-Aminosäuren hinzugefügt werden

Dies macht es möglich, die Autoradiographie zu verwenden, um markierte Proteine ​​zu finden und zu messen.

Diese Methode ist besonders nützlich, um Proteine ​​zu finden, die nicht sehr häufig vorkommen, oder um zu untersuchen, wie sich Proteine ​​nach ihrer Herstellung verändern.

Durch Co-Immunpräzipitation und Overlay-Assays kann die Autoradiographie auch verwendet werden, um herauszufinden, wie Proteine ​​​​miteinander interagieren.

Markierung und Nachweis von DNA

Durch Hinzufügen radioaktiver Isotope wie Schwefel-35 (35S), Wasserstoff-3 (3H), Kohlenstoff-14 (14C), Jod-125 (125I) und Phosphor-32 (32P) zum DNA-Molekül kann auch Autoradiographie verwendet werden DNA zu markieren und zu finden.

Beispielsweise können 32P und 35S zu Nukleosiden wie N15- oder Desoxythymidintriphosphat (dTTP) hinzugefügt werden, die dann zur Markierung von DNA-Molekülen verwendet werden können.

In Proliferationsassays können Sie auch 3H-Thymidin oder mit 14C markiertes Thymidin verwenden.

Autoradiographie kann auch verwendet werden, um herauszufinden, wie 32P-radiomarkierte Oligonukleotide verwendet werden, um DNA zu fixieren.

Strahlenschutz und Forschungsumfeld

Die Autoradiographie ist eine Methode, die in der biologischen Forschung verwendet wird, um radioaktiv markierte Proteine, DNA und andere Teile in einer Probe zu sehen und herauszufinden, wie viel von jedem vorhanden ist.

Dabei wird ein Stück beschriftetes Taschentuch neben ein Stück fotografischen Film oder eine Emulsion gelegt. Dies macht ein Autoradiogramm.

Autoradiogramme können durch ein Mikroskop betrachtet werden, um herauszufinden, wo sich Silberkörner befinden, z. B. Auf der Innenseite oder Außenseite von Zellen oder Organellen.

Bei der Verwendung radioaktiver Materialien in der Forschung gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, um sicher zu bleiben.

• Ausweisung und Kennzeichnung von Bereichen, in denen radioaktive Materialien verwendet werden.
• Im Labor darf nicht gegessen, getrunken oder geraucht werden.
• Verwendung von Auffangwannen und einer Abdeckung, die Flüssigkeit aufsaugt.
• Verwendung von Abzugshauben bei der Arbeit mit Materialien, die Feuer fangen könnten.
• Persönliche Schutzausrüstung wie Laborkittel, Handschuhe und Schutzbrille anziehen.
• Oberflächen im Auge behalten und nach Gebrauch reinigen.
• Richtige Entsorgung radioaktiver Abfälle in Mülltonnen, wie gesetzlich vorgeschrieben.

Die Empfindlichkeit der direkten Autoradiographie mit Film ist durch die ineffiziente Übertragung der Emissionsenergie von Radionukliden begrenzt.

Abschluss

Nachdem wir uns mit der Autoradiographie befasst haben, wird eines klar: Die Macht der Radioaktivität in der biologischen Forschung lässt sich nicht leugnen.

Die Autoradiographie hat uns geholfen, viel über die Natur zu lernen, von der Zeit, als Wissenschaftler sie vor über hundert Jahren entdeckten, bis heute, wo sie in Bereichen wie Genetik und Neurowissenschaften eingesetzt wird.

Aber es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass man, wenn man viel Macht hat, auch viel Verantwortung trägt.

Die Autoradiographie ist eine wirkungsvolle Methode, um Dinge herauszufinden, aber sie muss sorgfältig und mit Bedacht eingesetzt werden, um die Risiken einer Strahlenexposition zu vermeiden.

Als Ingenieur haben Sie die seltene Chance, an der Spitze der Wissenschaft zu arbeiten und neue Methoden wie die Autoradiographie einzusetzen, um mehr über die Welt um uns herum zu erfahren.

Indem Sie die Sicherheit im Auge behalten und die Grenzen des Möglichen verschieben, können Sie dazu beitragen, dass diese erstaunliche Technologie noch viele Jahre lang zu neuen Entdeckungen führen wird.

Gehen Sie also los, erkunden und entdecken Sie die erstaunliche Welt der Autoradiographie – die Möglichkeiten sind endlos!