Новый микроскоп может делать 3D-изображения клеток, работая в естественной среде
Новый микроскоп представляет собой так называемый мультифокусный микроскоп, дающий совершенно четкие изображения, рассортированные по разным слоям, где можно изучать клетки со всех сторон. 1 кредитДля наблюдения живых клеток под микроскопом образец обычно выдавливается на предметное стекло. Затем он лежит там спокойно, и клетки можно наблюдать. Недостатком является то, что это ограничивает поведение клеток и создает только двумерные изображения.
Исследователи из UiT Арктического университета Норвегии и Университетской больницы Северной Норвегии (UNN) разработали то, что они называют микроскопом нового поколения. Новая технология позволяет фотографировать гораздо большие образцы, чем раньше, живя и работая в более естественной среде.
Крупная разработка
Технология позволяет получать 3D-изображения, на которых исследователи могут изучать мельчайшие детали с нескольких ракурсов, четко и наглядно, отсортированные по разным слоям, и все слои находятся в фокусе.
3D-микроскопы уже существуют, но они работают медленно и дают худшие результаты. Наиболее распространенный тип работает путем последовательной записи пикселей, которые затем собираются в трехмерное изображение. Это требует времени, и часто они не могут делать более 1-5 выстрелов в минуту. Это не очень практично, если вы собираетесь фотографировать что-то движущееся.
«С нашей технологией мы можем обрабатывать около 100 полных кадров в секунду. И мы считаем, что это число можно увеличить. Именно это мы и продемонстрировали с нашим прототипом», — говорит Флориан Стрёль, исследователь UiT.
Новый микроскоп представляет собой так называемый мультифокусный микроскоп, который дает совершенно четкие изображения, рассортированные по разным слоям, где можно изучать клетки со всех сторон.
«Это большое дело. Тот факт, что нам удалось сделать все это за один дубль, — это огромное достижение», — говорит Строль.
Может видеть за объектами
Стрёль объясняет, что мы не говорим о 3D в том виде, в каком его знает большинство из нас.
В то время как в традиционном 3D-изображении вы сможете воспринимать некоторую глубину, с новой технологией вы также сможете видеть объекты, находящиеся за ними.
Ströhl приводит пример, когда вы видите сцену джунглей в 3D в кинотеатре.
«На обычном 3D-изображении вы можете видеть, что лес имеет глубину, что некоторые листья и деревья ближе, чем другие. С той же технологией, которая используется в нашем новом 3D-микроскопе, вы также можете увидеть тигра, прячущегося за ним. кусты. Вы можете видеть и изучать несколько слоев независимо друг от друга», — говорит Строль.
Теперь вы не используете микроскоп для поиска тигров в джунглях, но для исследователей это может быть важным инструментом при поиске ответов в мельчайших деталях.
Изучение клеток сердца — пока они бьются
Ströhl сотрудничал с исследователями и врачами из Университетской больницы Северной Норвегии (UNN) в разработке этой технологии.
Среди прочего, они работают над пониманием и разработкой лучших методов лечения различных сердечных заболеваний.
Изучение живого человеческого сердца является сложной задачей как по техническим, так и не в последнюю очередь по этическим причинам. Таким образом, исследователи использовали стволовые клетки, которые манипулировали так, чтобы они имитировали клетки сердца. Таким образом, они могут выращивать органическую ткань, которая ведет себя так же, как в человеческом сердце, и они могут изучать и тестировать эту ткань, чтобы лучше понять, что происходит.
Эта ткань похожа на небольшой кусок живого мяса размером около 1 см. Это создает очень сложную тестовую ситуацию, когда клетки сердца бьются и находятся в постоянном движении вдоль него, поскольку образец слишком велик для изучения с помощью традиционных микроскопов. Новый микроскоп справляется с этим хорошо.
«У вас есть этот перекачиваемый кусок мяса в миске, который вы хотите сфотографировать под микроскопом. Вы хотите рассмотреть его в самых мельчайших частях, и вам нужно сверхвысокое разрешение. Мы достигли этого с новым микроскопом «, — говорит Стрель.
Подразделение Формулы-1
Кеннет Боуитц Ларсен возглавляет большую лабораторию с современными микроскопами, которые используются всеми исследовательскими группами медицинского факультета Университета ИТ. Он протестировал этот новый микроскоп и настроен оптимистично.
«Концепция блестящая, микроскоп, который они построили, делает то, что коммерческие системы не могут», — объясняет Ларсен. Лаборатория, которую он возглавляет, в основном использует коммерческие микроскопы таких поставщиков, как Zeiss, Nikon и др.
«Кроме того, мы также сотрудничаем с исследовательскими группами, подобными той, которую представляет Флориан Штрель. Они создают микроскопы и тестируют оптические концепции, они в некотором роде подобны подразделению микроскопии по формуле 1», — говорит Ларсен. Ларсен очень верит в новый микроскоп. Строль создал.
Коммерческие микроскопы должны использоваться для всех видов возможных образцов, в то время как микроскоп, разработанный Ströhl, больше подходит для конкретной задачи.
«Он очень светочувствителен и может отображать образец в различных фокусах. Он может проходить сквозь образец, и вы можете видеть как сверху, так и снизу. И это происходит так быстро, что его можно увидеть практически в режиме реального времени. Это чрезвычайно быстрый микроскоп», — говорит Ларсен.
По словам Ларсена, тесты пока показывают, что это работает хорошо, и он считает, что этот тип микроскопа в конечном итоге можно будет использовать для всех типов образцов, когда вы смотрите на движущиеся живые существа.
Он также видит еще одно преимущество в скорости этого микроскопа.
«Яркий свет вреден для клеток. Поскольку этот микроскоп такой быстрый, он освещает клетки гораздо короче и, следовательно, более бережно», — объясняет он.
Технология запатентована
Прототип микроскопа работает и находится в эксплуатации. В настоящее время исследователи работают над созданием обновленной версии, которая будет проще в использовании, чтобы больше людей могли работать и использовать микроскоп.
Исследователи также подали заявку на патент, а также ищут промышленных партнеров, которые разработают микроскоп, который будет доступен для продажи.
Тем временем прототип будет предоставлен местным партнерам, которые смогут извлечь выгоду из новой технологии.
«Мы также предложим его другим в Норвегии, если у них есть особенно требовательные образцы, которые они хотят исследовать», — говорит Строль.
Исследование опубликовано в Оптика .
Дополнительная информация: Флориан Стрёль и др., Многофокусная микроскопия с оптическими секциями и высоким осевым разрешением, Optica (2022). DOI: 10.1364/ОПТИКА.468583
Информация журнала: Оптика
Предоставлено UIT Арктический университет Норвегии
Цитата :
Новый микроскоп может делать 3D-изображения клеток, работая в естественной среде (2022, 22 ноября)
получено 23 февраля 2023 г.
с https://phys.