المجاهر الضوئية

لإعطائك فكرة عن حجم الخلية، يبلغ قطر خلية الدم الحمراء البشرية النموذجية حوالي ثمانية أجزاء من المليون من المتر أو ثمانية ميكرومترات (يُختصر بـ µm)؛ ويبلغ قطر رأس الدبوس حوالي ألفين من المتر (ملليمترات، أو mm). وهذا يعني أن حوالي 250 خلية دم حمراء يمكن أن تتسع على رأس دبوس.

تغير بصريات عدسات المجهر الضوئي اتجاه الصورة. فالعينة التي تكون في وضعها الصحيح وتواجه اليمين على شريحة المجهر ستظهر مقلوبة وتواجه اليسار عند النظر إليها من خلال المجهر، والعكس صحيح. وبالمثل، إذا حُرِّكت الشريحة إلى اليسار أثناء النظر من خلال المجهر، فستبدو وكأنها تتحرك إلى اليمين، وإذا حُرِّكت إلى الأسفل، فستبدو وكأنها تتحرك إلى الأعلى. يحدث هذا لأن المجاهر تستخدم مجموعتين من العدسات لتكبير الصورة. وبسبب الطريقة التي ينتقل بها الضوء عبر العدسات، ينتج نظام العدسات هذا صورة مقلوبة (تعمل المناظير والمجهر التشريحي بطريقة مماثلة، ولكنهما يتضمنان نظام تكبير إضافيًا يجعل الصورة النهائية تبدو في وضعها الصحيح).

تُصنف معظم مجاهر الطلاب على أنها مجاهر ضوئية (شكل 3.2أ). يمر الضوء المرئي وينكسر بواسطة نظام العدسات لتمكين المستخدم من رؤية العينة. المجاهر الضوئية مفيدة لرؤية الكائنات الحية، ولكن نظرًا لأن الخلايا الفردية شفافة بشكل عام، فإن مكوناتها لا يمكن تمييزها إلا إذا لُوِّنت بصبغات خاصة. ومع ذلك، فإن التلوين عادة ما يقتل الخلايا.

تكبر المجاهر الضوئية الشائعة الاستخدام في مختبرات الكليات الجامعية ما يصل إلى حوالي 400 مرة. هناك معياران مهمان في الفحص المجهري هما التكبير والقوة التحليلية. التكبير هو درجة تكبير الجسم. والقوة التحليلية هي قدرة المجهر على تمكين العين من تمييز تركيبين متجاورين كمنفصلين؛ كلما زادت الدقة، كلما كان هذان الجسمان أقرب، وكلما كانت وضوح الصورة وتفاصيلها أفضل. عند استخدام عدسات الغمر الزيتي، يزداد التكبير عادة إلى 1000 مرة لدراسة الخلايا الأصغر، مثل معظم الخلايا بدائية النواة. نظرًا لأن الضوء الذي يدخل العينة من الأسفل يُركز على عين المراقب، يمكن رؤية العينة باستخدام المجهر الضوئي. لهذا السبب، لكي يمر الضوء عبر العينة، يجب أن تكون العينة رقيقة أو شفافة.

النوع الثاني من المجاهر المستخدمة في المختبرات هو المجهر التشريحي (شكل 3.2ب). تتميز هذه المجاهر بتكبير أقل (20 إلى 80 ضعف حجم الجسم) من المجاهر الضوئية ويمكنها توفير رؤية ثلاثية الأبعاد للعينة. يمكن فحص الأجسام السميكة مع العديد من المكونات في بؤرة التركيز في نفس الوقت. صُممت هذه المجاهر لتقديم رؤية مكبرة وواضحة لبنية الأنسجة بالإضافة إلى تشريح الكائن الحي بأكمله. مثل المجاهر الضوئية، فإن معظم المجاهر التشريحية الحديثة ثنائية العين أيضًا، مما يعني أن لديها نظامين منفصلين للعدسات، واحد لكل عين. تُفصل أنظمة العدسات بمسافة معينة، وبالتالي توفر إحساسًا بالعمق في رؤية موضوعها لتسهيل التلاعب اليدوي. تحتوي المجاهر التشريحية أيضًا على بصريات تصحح الصورة بحيث تبدو وكأنها تُرى بالعين المجردة وليست صورة مقلوبة. يأتي الضوء الذي يضيء العينة تحت المجهر التشريحي عادة من فوق العينة، ولكن قد يُوجّه أيضًا من الأسفل.

شكل 3.2 (أ) يمكن لمعظم المجاهر الضوئية المستخدمة في مختبرات علم الأحياء بالجامعة تكبير الخلايا حتى 400 مرة تقريبًا. (ب) تتميز المجاهر التشريحية بتكبير أقل من المجاهر الضوئية وتُستخدم لفحص الأجسام الأكبر، مثل الأنسجة.

المجاهر الإلكترونية

على عكس المجاهر الضوئية، تستخدم المجاهر الإلكترونية حزمة من الإلكترونات بدلاً من حزمة من الضوء. وهذا لا يسمح فقط بتكبير أعلى، وبالتالي تفاصيل أكثر (شكل 3.3)، بل يوفر أيضًا قوة تحليلية أعلى. تحضير العينة للفحص تحت المجهر الإلكتروني سيقتلها؛ لذلك، لا يمكن رؤية الخلايا الحية باستخدام هذا النوع من الفحص المجهري. بالإضافة إلى ذلك، تتحرك حزمة الإلكترونات بشكل أفضل في الفراغ، مما يجعل من المستحيل رؤية المواد الحية.

في المجهر الإلكتروني الماسح، تتحرك حزمة من الإلكترونات ذهابًا وإيابًا عبر سطح الخلية، مما يظهر تفاصيل خصائص سطح الخلية عن طريق الانعكاس. تُغطى الخلايا والتراكيب الأخرى عادةً بمعدن مثل الذهب. في المجهر الإلكتروني النافذ، تُمرر حزمة الإلكترونات عبر الخلية وتوفر تفاصيل التراكيب الداخلية للخلية. كما قد تتخيل، المجاهر الإلكترونية أكبر حجمًا وأكثر تكلفة بكثير من المجاهر الضوئية.

شكل 3.3 (أ) تُرى بكتيريا Salmonella بالمجهر الضوئي. (ب) تُظهر هذه الصورة المجهرية الإلكترونية الماسحة بكتيريا Salmonella (باللون الأحمر) وهي تغزو الخلايا البشرية. (المصدر أ: تعديل لعمل CDC، ومعهد القوات المسلحة لعلم الأمراض، وتشارلز إن فارمر؛ المصدر ب: تعديل لعمل مختبرات روكي ماونتن، NIAID، NIH؛ بيانات مقياس الرسم من مات راسل)

ربط بالمسار المهني

أخصائي علم الخلايا

هل سمعت يومًا عن فحص طبي يُسمى مسحة عنق الرحم (Pap smear) (شكل 3.4)؟ في هذا الفحص، يأخذ الطبيب عينة صغيرة من الخلايا من عنق رحم المريضة ويرسلها إلى مختبر طبي حيث يقوم أخصائي علم الخلايا بصبغ الخلايا وفحصها بحثًا عن أي تغييرات قد تشير إلى سرطان عنق الرحم أو عدوى ميكروبية.

أخصائيو علم الخلايا (cyto- = خلية) هم متخصصون يدرسون الخلايا من خلال الفحوصات المجهرية وغيرها من الاختبارات المعملية. يتم تدريبهم على تحديد التغيرات الخلوية التي تقع ضمن الحدود الطبيعية أو التي تعتبر غير طبيعية. لا يقتصر تركيزهم على خلايا عنق الرحم؛ بل يدرسون عينات الخلايا التي تأتي من جميع الأعضاء. وعندما يلاحظون تشوهات، يستشيرون أخصائي علم الأمراض، وهو طبيب يمكنه إجراء تشخيص سريري.

يلعب أخصائيو علم الخلايا أدوارًا حيوية في إنقاذ حياة الناس. فعند اكتشاف التشوهات مبكرًا، يمكن أن يبدأ علاج المريض في وقت أبكر، مما يزيد عادة من فرص نجاح العلاج.

شكل 3.4 هذه الخلايا من عنق الرحم، التي شوهدت تحت المجهر الضوئي، تم الحصول عليها من مسحة عنق الرحم (Pap smear). الخلايا الطبيعية على اليسار. الخلايا على اليمين مصابة بفيروس الورم الحليمي البشري. (المصدر: تعديل لعمل إد أوثمان؛ بيانات مقياس الرسم من مات راسل)