التحويل الضوئي

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

النقل الضوئي هو تقنية طبية حيوية تتضمن إدخال الأحماض النووية (أي المادة الوراثية مثل الحمض النووي DNA ) إلى الخلايا باستخدام الضوء. جميع الخلايا محاطة بغشاء بلازمي يمنع دخول أو خروج العديد من المواد. يمكن استخدام الليزر لإحداث ثقب صغير في هذا الغشاء، مما يسمح بدخول المواد. يُعد هذا مفيدًا للغاية لعلماء الأحياء الذين يدرسون الأمراض، حيث أن إدخال مواد (مثل الحمض النووي DNA) إلى الخلايا يُعدّ من المتطلبات التجريبية الشائعة.

عادةً، يُركّز شعاع الليزر على بقعة ذات حد حيود (قطرها حوالي 1  ميكرومتر ) باستخدام عدسة مجهرية ذات فتحة عددية عالية . ثم يُعرّض الغشاء البلازمي للخلية لهذا الضوء عالي التركيز لفترة وجيزة (عادةً من عشرات المللي ثوانٍ إلى ثوانٍ)، مما يُحدث ثقبًا مؤقتًا في الغشاء. يسمح هذا الثقب الضوئي بدخول الحمض النووي البلازميدي الخارجي ، أو الحمض النووي الريبي ، أو الفلوروفورات العضوية ، أو أجسام أكبر حجمًا مثل النقاط النانوية الكمومية لأشباه الموصلات إلى الخلية. في هذه التقنية، تُعالج خلية واحدة في كل مرة، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص لتحليل الخلايا المفردة.

تم إثبات هذه التقنية لأول مرة عام 1984 من قبل تسوكاكوشي وآخرون، الذين استخدموا ليزر Nd:YAG بتردد مضاعف ثلاث مرات لتوليد نقل جيني مستقر وعابر لخلايا الكلى الطبيعية للفئران. [ 1 ] ومنذ ذلك الحين، تم إثبات النقل الجيني الضوئي لمجموعة واسعة من أنواع خلايا الثدييات باستخدام مصادر ليزر متنوعة، بما في ذلك  الموجة المستمرة بطول موجي 405 نانومتر، [ 2 ] والموجة المستمرة بطول موجي 488  نانومتر، [ 3 ] أو مصادر نبضية مثل  ليزر Ti:Sapphire النبضي الفيمتوثانية بطول موجي 800 نانومتر [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] أو ليزر Nd:YAG النبضي النانوي بطول موجي 1064 نانومتر . [ 14 ] [ 15 ] 

مصطلحات

تطور معنى مصطلح النقل الجيني . [ 16 ] كان المعنى الأصلي للنقل الجيني هو "العدوى عن طريق التحول"، أي إدخال الحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي الريبي (RNA) من فيروس أو عاثية بكتيرية تصيب بدائيات النوى إلى الخلايا، مما يؤدي إلى العدوى. ولأن مصطلح التحول كان له معنى آخر في بيولوجيا الخلايا الحيوانية (تغيير جيني يسمح بالتكاثر طويل الأمد في المزارع الخلوية، أو اكتساب خصائص نموذجية للخلايا السرطانية)، فقد اكتسب مصطلح النقل الجيني، بالنسبة للخلايا الحيوانية، معناه الحالي المتمثل في تغيير خصائص الخلية الناتج عن إدخال الحمض النووي (DNA ) (أو أنواع أخرى من الأحماض النووية مثل الحمض النووي الريبي RNA أو الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير siRNA ).

بسبب هذا التعريف الدقيق لعملية النقل الجيني ، فإن النقل الجيني البصري يقتصر على إدخال أنواع الأحماض النووية فقط. أما إدخال مركبات أخرى غير منفذة إلى الخلية، مثل الفلوروفورات العضوية أو النقاط النانوية الكمومية لأشباه الموصلات ، فلا يُعدّ نقلًا جينيًا بالمعنى الدقيق، ولذلك يُشار إليه باسم "الحقن البصري" أو أحد المصطلحات الأخرى العديدة المذكورة.

يُصعّب غياب اسم موحد لهذه التقنية مراجعة الأدبيات المتعلقة بها. [ 17 ] وقد وُصفت تقنية الحقن الضوئي بأكثر من اثني عشر اسمًا أو عبارة مختلفة (انظر القوائم النقطية أدناه). وتتضح بعض الاتجاهات في الأدبيات، حيث يُشتق المصطلح الأول للتقنية دائمًا من كلمات مثل ليزر أو ضوئي أو فوتوني، بينما يشير المصطلح الثاني عادةً إلى الحقن أو النقل الجيني أو التثقيب أو الثقب. وكما هو الحال مع العديد من الاضطرابات الخلوية، فعند معالجة خلية واحدة أو مجموعة من الخلايا بالليزر، قد تحدث ثلاثة أمور: موت الخلية (جرعة زائدة)، أو نفاذية غشاء الخلية ودخول المواد وتعافي الخلية (جرعة علاجية)، أو عدم حدوث أي شيء (جرعة ناقصة). وردت في الأدبيات العلمية اقتراحاتٌ لحصر مصطلح "الحقن الضوئي" عند إيصال جرعة علاجية إلى خلية واحدة، [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] ومصطلح "التثقيب الضوئي" عند معالجة مجموعة من الخلايا (من عشرات إلى مئات) بموجة صدمية مُولَّدة بالليزر. [ 18 ] [ 19 ] [ 14 ] [ 20 ] يُعدّ التعريف الأول للحقن الضوئي مُتفقًا عليه. أما تعريف التثقيب الضوئي ، فلم يُعتمد، إذ يوجد عددٌ مُماثلٌ من المراجع التي تستخدم المصطلح للدلالة على إعطاء جرعة للخلايا المفردة [ 3 ] [ 5 ] [ 15 ] [ 21 ] وتلك التي تستخدمه للدلالة على إعطاء جرعة متزامنة لمجموعات من الخلايا [ 18 ] [ 19 ] [ 14 ] [ 20 ].

بحسب الوضع الحالي للمجال، فإن رأي مؤلفي مقال استعراضي حول الموضوع [ 17 ] هو ضرورة تضمين مصطلح الحقن البصري دائمًا ككلمة رئيسية في المنشورات المستقبلية، بغض النظر عن تفضيلاتهم الخاصة في التسمية.

الشروط المتفق عليها بالتراضي

  • الحقن الضوئي (أو أي مشتقات من الحقن بالليزر، أو الحقن البصري، أو الحقن الضوئي): نقل أي مادة غير منفذة للغشاء إلى داخل الخلية باستخدام الضوء. وهو مصطلح عام يشمل أيضًا النقل الجيني الضوئي.
  • النقل الضوئي (أو أي مشتقات من النقل بالليزر، أو النقل الضوئي، أو النقل الضوئي): نوع محدد من النقل الضوئي - نقل الأحماض النووية إلى الخلية باستخدام الضوء لتحفيز ترجمة البروتينات من تلك الأحماض. وتماشياً مع التعريف الحالي للنقل في الأوساط البيولوجية، لا يمكن، بحسب التعريف، نقل الأحماض غير النووية (مثل الفلوروفورات) ضوئياً (بل يتم حقنها ضوئياً فقط).
  • التثقيب الضوئي (أو أي مشتقات من [ليزر-] أو [بصري-] أو [بصري-] أو [ضوئي-] و[تثقيب] أو [نفاذية-] أو [ثقب] أو [تثقيب-]): هو إحداث ثقب أو ثقوب مؤقتة في الغشاء البلازمي (أو جدار الخلية) للخلية، عادةً لغرض الحقن الضوئي. انظر الاستثناء المحتمل: التثقيب الضوئي
  • الجراحة (مثل جراحة الخلايا النانوية، وجراحة الليزر النانوية، وجراحة الليزر): مصطلح عام يشمل جميع التعريفات المذكورة أعلاه، بالإضافة إلى مفاهيم استئصال أو معالجة المواد الخلوية بصريًا لأغراض أخرى غير توليد المسام. ومن الأمثلة على ذلك: الاستئصال الانتقائي للخلايا لتنقية مجموعات الخلايا، وتشريح الكروموسومات، وتعطيل الهيكل الخلوي، واستئصال العضيات، وقطع المحاور العصبية، [ 22 ] أو الاستئصال البصري أو عزل المواد داخل الخلايا.

الشروط قيد التداول

  • العلاج الضوئي التثقيبي : يُعتقد أنه يعني معالجة مجموعة من الخلايا بآلية تعتمد على الموجات الصدمية، مما ينتج عنه عادةً منطقة علاجية على شكل حلقة. [ 18 ] [ 19 ] [ 14 ] [ 20 ] في المقابل، استُخدم أيضًا كمرادف لمصطلح العلاج الضوئي التثقيبي. [ 3 ] [ 5 ] [ 15 ] [ 21 ]
  • العلاج بالليزر : يُعتقد أنه يعني حقن مجموعة من الخلايا في منطقة علاجية دائرية الشكل. هذا المصطلح مخصص لنظام التحليل والمعالجة المعتمد على الليزر (LEAP) من شركة سينتيلكت.
  • النقل عبر الغشاء بالحمل الحراري الناتج عن الضوء : مصطلح جديد للحقن الضوئي. [ 23 ]

تمت إعادة إنتاج بعض ما سبق بإذن من [ 17 ] .

طُرق

بروتوكول النقل الضوئي النموذجي هو كما يلي: [ 11 ] 1) بناء نظام ملاقط ضوئية بعدسة موضوعية ذات فتحة عددية عالية. 2) زراعة الخلايا حتى تصل إلى كثافة 50-60%. 3) تعريض الخلايا لما لا يقل عن 10  ميكروغرام/مل من الحمض النووي البلازميدي. 4) تسليط شعاع ليزر مركز على الغشاء البلازمي لكل خلية لمدة 10-40 مللي ثانية، بقدرة أقل من 100  مللي واط عند البؤرة. 5) مراقبة النقل المؤقت بعد 24-96 ساعة. 6) إضافة وسط انتقائي إذا رُغِبَ في تكوين مستعمرات مستقرة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تسوكاكوشي، م.؛ كوراتا، س.؛ نوميا، ي.؛ إيكاوا، ي.؛ كاسويا، ت. (1984). "طريقة جديدة لنقل الحمض النووي باستخدام جراحة الخلايا بشعاع الليزر الدقيق". الفيزياء التطبيقية ب: الفيزياء الضوئية وكيمياء الليزر . 35 (3). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 135-140 . رمز Bibcode : 1984ApPhB..35..135T . doi : 10.1007/bf00697702 . ISSN 0721-7269 . S2CID 123250337 .  
  2. ↑ باترسون، ل.؛ أغيت، ب.؛ كومري، م.؛ فيرغسون، ر.؛ ليك، ت.ك.؛ وآخرون . (2005). "التحفيز الضوئي ونقل الجينات إلى الخلايا باستخدام ليزر ثنائي بنفسجي" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 13 (2). الجمعية البصرية: 595-600 . رمز Bibcode : 2005OExpr..13..595P . doi : 10.1364/opex.13.000595 . ISSN 1094-4087 . PMID 19488389 .   
  3. ١ ٢ ٣ بالومبو، جوزيبي؛ كاروسو، ماتيلدي؛ كريشينزي، إلفيرا؛ تيتشي، ماريو ف.؛ روبرتي، جوزيبي؛ كولاسانتي، ألبرتو (١٩٩٦). "نقل الجينات الموجه في الخلايا حقيقية النواة باستخدام التثقيب الضوئي بالليزر بمساعدة الصبغة". مجلة الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية ب: البيولوجيا . ٣٦ (١). إلسيفير بي في: ٤١-٤٦ . رمز Bibcode : ١٩٩٦JPPB...٣٦...٤١P . doi : ١٠.١٠١٦/s١٠١١-١٣٤٤(٩٦)٠٧٣٣٥-٦ . ISSN ١٠١١-١٣٤٤ . PMID ٨٩٨٨٦١٠ .  
  4. ↑ تسامبولا، إكس.؛ تاغوتشي، ك.؛ تشيزمار، ت.؛ غارسيس-تشافيز، ف.؛ ما، ن.؛ وآخرون . (10-10-2008). "نقل الجينات الخلوية باستخدام الألياف" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 16 (21). الجمعية البصرية: 17007-13 . رمز Bibcode : 2008OExpr..1617007T . doi : 10.1364/oe.16.017007 . ISSN 1094-4087 . PMID 18852810 .   
  5. 1 2 3 أوتشوغونوفا، أيسادا؛ كونيغ، كارستن؛ بوكل، راينر؛ إيزمان، أندرياس؛ تيمبيا، غابرييل (11 يونيو 2008). "نقل الجينات الموجه للخلايا الجذعية باستخدام نبضات ليزرية أقل من 20 فيمتوثانية" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 16 (13). الجمعية البصرية: 9357-9364 . رمز Bibcode : 2008OExpr..16.9357U . doi : 10.1364/oe.16.009357 . ISSN 1094-4087 . PMID 18575499 .  
  6. ↑ براون، سي تي إيه؛ ستيفنسون، دي جيه؛ تسامبولا، إكس؛ ماكدوغال، سي؛ لاغاتسكي، إيه إيه؛ وآخرون (2008). "تحسين أداء ليزرات الفيمتو ثانية وتطبيقاتها في نقل الجينات إلى الخلايا" . مجلة بيوفوتونيكس . 1 (3). وايلي: 183-199 . doi : 10.1002/jbio.200810011 . ISSN 1864-063X . PMID 19412968. S2CID 10801756 .    
  7. ↑ باومغارت، ج.؛ بينتيغ، و.؛ نغيزاهيو، أ.؛ ويلينبروك، س.؛ موروا إسكوبار، هـ.؛ إرتمر، و.؛ لوباتشوفسكي، هـ.؛ هايستركامب، أ. (2008). "القياس الكمي للثقب الضوئي لخلايا GFSHR-17 وMTH53 الحية باستخدام ليزر الفيمتو ثانية" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 16 (5). الجمعية البصرية: 3021-331 . رمز Bibcode : 2008OExpr..16.3021B . doi : 10.1364/oe.16.003021 . ISSN 1094-4087 . PMID 18542388 .  
  8. ↑ لي، مينغ؛ شو، هانبنغ؛ يانغ، هاو؛ ياو، باولي (2008). "الحقن المجهري بمساعدة ليزر الفيمتو ثانية في الخلايا العصبية الحية". مجلة أساليب علم الأعصاب . 174 (2). إلسيفير بي في: 215-218 . doi : 10.1016/j.jneumeth.2008.07.006 . ISSN 0165-0270 . PMID 18687359. S2CID 10242427 .   
  9. ↑ تسامبولا، إكس.؛ غارسيس-تشافيز، في.؛ كومري، إم.؛ ستيفنسون، دي جيه.؛ أغيت، بي.؛ براون، سي تي إيه.؛ غان-مور، إف.؛ دولاكيا، ك. (30 يوليو/تموز 2007). "نقل الجينات الخلوية بتقنية الفيمتو ثانية باستخدام شعاع ضوئي غير حيودي". رسائل الفيزياء التطبيقية . 91 (5). منشورات معهد الفيزياء الأمريكي: 053902–053903 . رمز Bibcode : 2007ApPhL..91e3902T . doi : 10.1063/1.2766835 . ISSN 0003-6951 . 
  10. ↑ بينغ، تشنغ؛ بالازو، روبرت إي؛ ويلك، إنغريد (2007-04-03). "اعتماد حقن الضوء بالأشعة تحت الحمراء القريبة من نطاق الفيمتو ثانية على شدة الليزر". مجلة Physical Review E. 75 ( 4) 041903. الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS). Bibcode : 2007PhRvE..75d1903P . doi : 10.1103/physreve.75.041903 . ISSN 1539-3755 . PMID 17500917 .  
  11. ستيفنسون ، د.؛ أغيت، ب.؛ تسامبولا، إكس.؛ فيشر، ب.؛ براون، سي تي إيه؛ سيبت، و.؛ ريتشز، أ.؛ غان-مور، ف.؛ دولاكيا، ك. (2006). " النقل الضوئي للخلايا بتقنية الفيمتو ثانية: الجدوى والكفاءة" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 14 (16). الجمعية البصرية: 7125-33 . رمز Bibcode : 2006OExpr..14.7125S . doi : 10.1364/oe.14.007125 . ISSN 1094-4087 . PMID 19529083 .  
  12. ↑ باريت، ليندي إي؛ سول، جاي يون؛ تاكانو، هاجيمي؛ فان بوكستيل، إليزابيث جيه؛ هايدون، فيليب جي؛ إيبرواين، جيمس إتش (23 مايو 2006). "التحويل الضوئي الموجه للمنطقة يكشف الأهمية الوظيفية لعامل نسخ مُصنَّع في التغصنات". Nature Methods . 3 (6). Springer Science and Business Media LLC: 455–460 . doi : 10.1038/nmeth885 . ISSN 1548-7091 . PMID 16721379. S2CID 10536176 .   
  13. ↑ تيرلابور، أوداي ك.؛ كونيغ، كارستن (2002). "التحويل الجيني الموجه باستخدام ليزر الفيمتو ثانية". مجلة نيتشر . 418 ( 6895). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 290-291 . doi : 10.1038/418290a . ISSN 0028-0836 . PMID 12124612. S2CID 4370674 .   
  14. 1 2 3 4 سوغاير، جوزيف س.؛ كراسيفا، تاتيانا؛ جاكوبسون، ستيفن س.؛ رامزي، ج. مايكل؛ ترومبرغ، بروس ج.؛ أولبريتون، نانسي ل. (2000). "توصيف التثقيب الضوئي الخلوي مع المسافة" . الكيمياء التحليلية . 72 (6). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 1342-1347 . Bibcode : 2000AnaCh..72.1342S . doi : 10.1021/ ac990982u . ISSN 0003-2700 . PMID 10740880. S2CID 6373605 .   
  15. 1 2 3 موهانتي، ساماريندرا ك.؛ شارما، مريناليني؛ غوبتا، براديب ك. (2003). "الحقن المجهري بمساعدة الليزر في الخلايا الحيوانية المستهدفة". رسائل التكنولوجيا الحيوية . 25 (11). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 895-899 . doi : 10.1023/a:1024038609045 . ISSN 0141-5492 . PMID 12889802. S2CID 33912519 .   
  16. ↑ "نقل الجينات" في قاموس دورلاند الطبي
  17. ستيفنسون ، ديفيد جيه؛ غان-مور، فرانك جيه؛ كامبل، بول؛ دولاكيا، كيشان (11 يناير 2010). " التحويل الضوئي للخلايا المفردة" . مجلة الجمعية الملكية للعلوم البينية . 7 ( 47). الجمعية الملكية: 863-871. doi : 10.1098 /rsif.2009.0463 . ISSN 1742-5689 . PMC 2871806. PMID 20064901 .   
  18. 1 2 3 4 كراسيفا، تاتيانا ب.؛ تشابمان، كورتيس ف.؛ لامورت، فيكي ج.؛ فينوجوبالان، فاسان؛ بيرنز، مايكل و.؛ ترومبيرج، بروس ج. (29-04-1998). "نفاذية الخلايا والنقل الجزيئي بواسطة التشعيع المجهري بالليزر". في: فاركاس، دانيال ل.؛ ليف، روبرت س.؛ ترومبيرج، بروس ج. (محررون). الدراسات البصرية للخلايا في المختبر وفي الجسم الحي . المجلد 3260. SPIE. الصفحات 38-44 . doi : 10.1117/12.307113 . S2CID 59321515 .   {{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  19. 1 2 3 4 رودس، كيت؛ كلارك، عمران؛ زاتكوف، ميشيل؛ يوستاكيو، تريشا؛ هويت، كوامي ل.؛ كولر، مانفريد ر. (2007). "العدوى الخلوية بالليزر" . طرق في بيولوجيا الخلية . المجلد 82. إلسيفير. الصفحات 309-333 . doi : 10.1016/s0091-679x(06)82010-8 . ISBN   978-0-12-370648-5ISSN 0091-679X . PMID 17586262 .​  
  20. فينوجوبالان ، فاسان؛ غيرا، أرنولد؛ ناهين، كيستر؛ فوغل، ألفريد (4 فبراير 2002). " دور تكوين البلازما المُستحث بالليزر في الجراحة المجهرية الخلوية النبضية والتلاعب المجهري" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 88 (7) 078103. الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS). رمز Bibcode : 2002PhRvL..88g8103V . doi : 10.1103/physrevlett.88.078103 . ISSN 0031-9007 . PMID 11863944. S2CID 6235612 .   
  21. 1 2 شنكنبرجر، هربرت؛ هندندر، أنيتا؛ سيلر، رينهارد. شتراوس ، وولفجانج إس إل . شميت، مايكل (2002). "اختيار الخلايا المفردة بمساعدة الليزر" . مجلة البصريات الطبية الحيوية . 7 (3). SPIE-Intl Soc Optical Eng: 410– 6. بيب كود : 2002JBO .....7..410S . دوى : 10.1117/1.1485758 . ردمك 1083-3668 . بميد 12175291 . S2CID 24795230 .   
  22. ↑ كوهلي، فيكرام؛ آكر، جيسون ب.؛ العزابي، عبد الحكيم ي. (2005). "النفاذية العكسية باستخدام نبضات ليزر الفيمتو ثانية عالية الكثافة: تطبيقات في الحفظ البيولوجي". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 92 (7). وايلي: 889-899 . Bibcode : 2005BiotB..92..889K . doi : 10.1002/bit.20689 . ISSN 0006-3592 . PMID 16189821 .  
  23. ↑ سومر، أندريه ب.؛ تشو، دان؛ شارنويبر، تيم (2010). "الحمل الحراري عبر الغشاء المُعدَّل بالليزر: تطبيقه في العلاج الكيميائي للسرطان". مجلة التحكم في الإطلاق . 148 (2). إلسيفير بي في: 131-134 . doi : 10.1016/j.jconrel.2010.10.010 . ISSN 0168-3659 . PMID 20934473 .