Для наблюдения за живыми клетками через микроскоп 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 Арктического университета Норвегии и Университетской больницы Северной Норвегии (UNN) разработали то, что они называют микроскопом следующего поколения . Новая технология позволяет фотографировать гораздо большие образцы, чем раньше, живя и работая в более естественной среде.

Основное развитие

Технология предоставляет 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. Это именно то, что мы продемонстрировали с нашим прототипом», — говорит Флориан Стрёль, исследователь UiT.

Новый микроскоп представляет собой так называемый мультифокусный микроскоп, дающий совершенно четкие изображения, отсортированные по разным слоям, где можно изучать клетки со всех сторон.

«Это большое дело. Тот факт, что нам удается сделать все это за один дубль, — это огромное достижение», — говорит Строль.

Может видеть позади предметов

Стрель 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 кустами. , 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.

Помимо прочего, они работают над пониманием и разработкой более эффективных 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 почти как 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 качающийся кусок мяса в миске, который вы хотите сфотографировать под микроскопом. Вы хотите рассмотреть его самые маленькие части и вам нужно сверхвысокое разрешение. Мы достигли этого с помощью нового микроскопа», говорит Строль.

Дивизион Формулы 1

Кеннет Боуитц Ларсен возглавляет большую лабораторию с передовыми микроскопами, которые используются всеми исследовательскими группами на факультете здравоохранения 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 проверяют оптические концепции, они в некотором роде подобны подразделению микроскопии по формуле 1», — говорит Ларсен. созданный.

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 практически можно увидеть в режиме реального времени. 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 неблагоприятен 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 рабочем состоянии. 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 и ищут промышленных партнеров, которые превратят это в 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 Optica.