Som ingenjör vet du att teknik kan hjälpa oss att ta reda på hur den naturliga världen fungerar.
Men har du någonsin tänkt på hur radioaktivitet kan användas för att hjälpa biologisk forskning? Autoradiografi har förändrat mitt sätt att studera levande varelser.
I det här blogginlägget kommer jag att gå igenom allt du behöver veta om autoradiografi, inklusive dess historia, användningsområden och säkerhetsproblem.
Gör dig redo att ta reda på hur den här nya metoden förändrar framtiden för biologisk forskning och hur du kan hjälpa till.
Översikt över autoradiografi
Formell definition:
En teknik för att detektera radioaktivitet i ett prov genom att producera en bild på en fotografisk film eller platta.
Autoradiografi är en kraftfull avbildningsmetod som har använts i över hundra år inom vetenskaplig forskning.
Tillämpningar av autoradiografi
Autoradiografi används för många olika saker, såsom:
- Plats för molekyler inuti celler och vävnader.
- Bildkalibrering.
- Uppskattning av kromosomernas längd.
- Fler exempel nedan.
Metoden är särskilt användbar för att ta reda på var radiomärkta molekyler finns i celler eller vävnader.
Det kan också användas för att räkna ut längden och antalet DNA-fragment efter att de har separerats med gelelektrofores.
Processen för autoradiografi
Autoradiografi är en process som har flera steg. Först märks prover av levande varelser med radioaktivitet.
In vitro kan provet märkas genom att isolera celldelar som DNA, RNA, proteiner eller lipider och märka dem med rätt radioisotoper
In vivo kan biologiska prover märkas med radioaktivitet.
När provet är märkt, placeras den märkta vävnadssektionen bredvid en röntgenfilm eller kärnemulsion för att göra en autoradiograf.
När beta-partiklar interagerar med silverjonerna i den fotografiska emulsionen, som är gjord av silverbromidkristaller i en gelatinmatris, sätter de på Ag+-joner.
Under utvecklingen omvandlas de aktiverade Ag+-jonerna till Ag(s), vilket lämnar korn av Ag(s) för att markera beta-partiklarnas väg.
Autoradiografi kan vara en enkel metod, men det kräver att man är försiktig med radioaktiva material för att hålla alla säkra.
Operatörer bör vidta rätt åtgärder för att skydda sig mot skadlig strålning.
Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det engelska språket (eller indisk accent). Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.
Tillämpningar av autoradiografi
Autoradiografi är en metod som kan användas i många olika typer av biologisk forskning.
Denna artikel kommer att ge en översikt över några av de viktigaste användningsområdena för autoradiografi, såsom DNA-fingeravtryck och genetisk analys, samt hur det används för att studera metabolism, farmakokinetik och neurobiologi.
DNA-fingeravtryck och genetisk analys
Autoradiografi är en viktig del av DNA-fingeravtryck, vilket har förändrat rättsmedicin, faderskapstvister och immigrationsärenden.
Det fungerar genom att använda sonder för att binda till specifika DNA-sekvenser och sedan använda olika detektionsmetoder, såsom autoradiografi, för att se de bundna sonderna.
Efter gelelektrofores och framkallning av en film som lämnades i kontakt med gelén fick Jeffreys ett autoradiogram med ett antal mörka band.
Dessa mörka band var sektioner av DNA som hade en sekvens som matchade sonden.
Autoradiografi kan också användas för att analysera mängden strålning i DNA-array-autoradiografier, som används i faderskapsfall som genetiska markörer.
Tekniken låter forskare se specifika bitar av DNA på en röntgenfilm. Detta ger dem viktig information om när och var celler bildas.
https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/autoradiography
Metabolism och farmakokinetik
Autoradiografi har använts för att studera metabolismen hos både växter och djur genom att hålla reda på aktiviteten hos radioaktiva isotoper i organiska föreningar som har satts in i vävnaden.
Det kan användas för att ta reda på var ett radioaktivt ämne finns i en vävnad eller cell efter att det har förts in i en metabolisk väg, bundet till en receptor eller ett enzym eller hybridiserat till en nukleinsyra.
Autoradiografi kan också användas för att ta reda på var ett radiomärkt läkemedel finns i kroppen och hur väl det binder till en receptor.
Till exempel används autoradiografi ofta för att studera hur nukleinsyror blandas och för att mäta mängden radiomärkta läkemedel i serum för farmakokinetiska studier.
Neurobiologi
Autoradiografi och radiomärkta föreningar används i neurobiologisk forskning för att studera nervbanor och receptorer.
Genom att se hur radioaktivt märkta föreningar är fördelade i hjärnan kan forskare lära sig mer om mekanismerna bakom normal och onormal hjärnfunktion.
Proteinlokalisering
Autoradiografi kan också användas för att ta reda på var proteiner finns i celler. I detta fall läggs en radioaktiv isotop till ett protein och det märkta proteinet sätts in i cellerna.
Cellerna behandlas sedan och läggs på en film eller platta för fotografering. Detta gör en bild av var det märkta proteinet finns i cellen. Detta låter forskare studera hur olika proteiner i celler fungerar och hur de kontrolleras.
Receptor lokalisering
Autoradiografi kan också användas för att hitta receptorer inuti celler och studera hur de fungerar. I detta fall används en radioaktiv ligand för att markera receptorerna. Cellerna bearbetas sedan och sätts på en film eller platta för fotografering.
Detta ger en bild av var de märkta receptorerna finns inuti cellerna. Detta låter forskare studera var receptorer finns och vilken roll de spelar i cellsignalering och andra saker som celler gör.
Radioligandbindningsanalyser
I radioligandbindningsanalyser används autoradiografi ofta för att titta på hur ligander och receptorer samverkar. I denna applikation blandas en radioaktiv ligand med celler eller vävnader, och autoradiografi används för att mäta hur väl liganden binder till receptorerna.
Detta låter forskare studera hastigheten och styrkan i interaktionerna mellan ligander och receptorer och hitta potentiella läkemedel eller andra föreningar som kan förändra dessa interaktioner.
Alternativ till autoradiografi
Autoradiografi är ett vanligt sätt att ta reda på om något har radioaktivitet i sig.
Men det finns ett antal andra sätt att hitta och mäta radioaktiva isotoper, och några av dem har bättre känslighet och upplösning.
Avbildningsplatta autoradiografi
Imaging Plate (IP) autoradiografi är ett enkelt, icke-förstörande sätt att analysera prover
Den kan ta bilder av stora ytor i två dimensioner och har låga detektionsgränser för aktinider och andra radioaktiva nuklider.
Strålningen som avges av den radioaktiva isotopen fångas upp av en lagringsfosforskärm, som sedan läses av en skanner och omvandlas till en digital bild.
Svepelektronmikroskopi (SEM)
Svepelektronmikroskopi (SEM) är en metod som använder en elektronstråle för att göra högupplösta bilder av mikroskopiska föremål.
SEM kan också användas för att titta på hur radioisotoper sprids ut i prover.
Provet täcks med ett material som leder elektricitet, och elektronstrålen skannar över provets yta för att göra bilder med hög upplösning och bra kontrast.
https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
Sekundär jonmasspektrometri (SIMS)
Sekundär jonmasspektrometri (SIMS) är en metod som kan användas för att hitta och ta bilder av isotoper som är mindre än en mikron.
För denna metod avfyras en stråle av högenergijoner mot provet, vilket gör att sekundära joner kommer ut.
Masspektrometern används sedan för att titta på dessa joner för att ta reda på var och hur många isotoper det finns i provet.
Fosforskärm autoradiografi
Med hjälp av 14C-PMMA-metoden är Phosphor Screen autoradiography en teknik som använder en radioaktiv isotop för att ta reda på hur poröst något är och hur dess porer ser ut.
För denna metod hälls PMMA-harts runt ett prov, som sedan exponeras för en radioaktiv isotop.
Provet avbildas sedan med hjälp av en fosforskärm, som plockar upp provets radioaktiva utsläpp.
Andra alternativ
Förutom dessa metoder är följande också vanliga alternativ till autoradiografi:
- Vätskescintillationsräkning är en metod för att detektera och mäta låga nivåer av beta- och alfa-emitterande isotoper som är både känslig och kvantitativ.
- Gammaräkning används för att hitta och mäta mängden gammastrålare i olika typer av prover.
Märkning och detektering av proteiner
Autoradiografi är en typ av avbildning som använder radioaktiva källor som redan finns i provet, såsom radiomärkta proteiner.
Under proteinsyntes kan radioaktiva isotoper som 35S-metionin, 3H-leucin eller 14C-aminosyror läggas till proteinet av intresse
Detta gör det möjligt att använda autoradiografi för att hitta och mäta märkta proteiner.
Denna metod är särskilt användbar för att hitta proteiner som inte är särskilt vanliga eller för att titta på hur proteiner förändras efter att de tillverkats.
Genom co-immunoprecipitation och overlay-analyser kan autoradiografi också användas för att ta reda på hur proteiner interagerar med varandra.
Märkning och detektering av DNA
Genom att lägga till radioaktiva isotoper som svavel-35 (35S), väte-3 (3H), kol-14 (14C), jod-125 (125I) och fosfor-32 (32P) till DNA-molekylen, kan autoradiografi också användas att markera och hitta DNA.
Till exempel kan 32P och 35S tillsättas till nukleosider som N15- eller deoxitymidintrifosfat (dTTP), som sedan kan användas för att märka DNA-molekyler.
I proliferationsanalyser kan du även använda 3H-tymidin eller tymidin som har märkts med 14C.
Autoradiografi kan också användas för att ta reda på hur 32P-radiomärkta oligonukleotider används för att fixera DNA.
Strålsäkerhet och forskningsmiljö
Autoradiografi är en metod som används i biologisk forskning för att se radiomärkta proteiner, DNA och andra delar i ett prov och ta reda på hur mycket av varje det finns.
Det handlar om att lägga en bit märkt vävnad bredvid en bit fotografisk film eller emulsion. Detta gör en autoradiograf.
Autoröntgen kan tittas på genom ett mikroskop för att ta reda på var silverkorn finns, som på insidan eller utsidan av celler eller organeller.
När man använder radioaktiva material i forskningen finns det ett antal sätt att hålla sig säker.
- Utpeka och märka områden där radioaktivt material kommer att användas.
- Du kan inte äta, dricka eller röka i labbet.
- Använd spillbrickor och ett överdrag som suger upp vätska.
- Använd dragskåp vid arbete med material som kan fatta eld.
- Ta på dig personlig skyddsutrustning som labbrockar, handskar och skyddsglasögon.
- Hålla ett öga på ytor och rengöra dem efter användning.
- Att lägga radioaktivt avfall i papperskorgar på rätt sätt, enligt lag.
Direkt autoradiografi med film begränsas i känslighet av den ineffektiva överföringen av emissionsenergi från radionuklider.
Slutsats
När vi är klara med att lära oss om autoradiografi är en sak klar: det går inte att förneka radioaktivitetens kraft i biologisk forskning.
Autoradiografi har hjälpt oss att lära oss mycket om den naturliga världen, från den tid som forskare fann den för över hundra år sedan till nutid, när den används inom områden som genetik och neurovetenskap.
Men det är viktigt att komma ihåg att när man har mycket makt har man också mycket ansvar.
Autoradiografi är ett kraftfullt sätt att ta reda på saker, men det måste användas varsamt och med försiktighet för att undvika riskerna med strålningsexponering.
Som ingenjör har du den sällsynta chansen att arbeta i framkanten av vetenskapen genom att använda nya metoder som autoradiografi för att lära dig mer om världen omkring oss.
Genom att hålla ett öga på säkerheten och tänja på gränserna för vad som är möjligt kan du bidra till att denna fantastiska teknik kommer att fortsätta leda till nya upptäckter i många år framöver.
Så gå vidare, utforska och upptäck autoradiografins fantastiska värld – möjligheterna är oändliga!
Dela på…
