Ученые из Юго-Западного Университета штата Калифорния в сотрудничестве с коллегами из Англии и Австралии создали и протестировали новое оптическое устройство, которое преобразует широко используемые микроскопы в системы многоугловой проекции изображений. По словам исследователей, изобретение, описанное в статье в журнале Nature Methods, может открыть новые возможности в современной микроскопии.
«Это совершенно новая технология, хотя теоретические основы для нее можно найти в старой литературе по информатике», – говорит автор-корреспондент Рето Фиолка, доктор философии.D. И он, и соавтор Кевин Дин, доктор философии.D., доцент кафедры клеточной биологии и кафедры биоинформатики Лайды Хилл в Юго-Западном Юта.
"Это как если бы вы держали биологический образец в руке, вращали его и осматривали, что является невероятно интуитивным способом взаимодействия с образцом.
Быстро визуализируя образец с двух разных точек зрения, мы можем интерактивно визуализировать образец в виртуальной реальности на лету ", – говорит Дин, директор Лаборатории инноваций в микроскопии UTSW, которая сотрудничает с исследователями по всему университетскому городку для разработки специальных инструментов, которые используют достижения в области освещения. микроскопия.
В настоящее время для получения информации о трехмерном изображении с микроскопа требуется процесс, требующий больших объемов данных, в котором сотни двумерных изображений образца собираются в так называемый стек изображений.
Исследователи объясняют, что для визуализации данных стек изображений затем загружается в графическую программу, которая выполняет вычисления для формирования двумерных проекций с разных точек зрения на экране компьютера.
«Эти два шага требуют много времени и могут потребоваться очень мощный и дорогой компьютер для взаимодействия с данными», – говорит Фиолка.
Команда поняла, что с помощью оптических средств можно формировать проекции под разными углами, минуя необходимость получения стопок изображений и их рендеринга с помощью компьютера. Это достигается за счет простого и экономичного блока, состоящего из двух вращающихся зеркал, который вставляется перед камерой системы микроскопа.
"В результате мы можем делать все это в режиме реального времени, без каких-либо заметных задержек. Удивительно, но мы можем «вживую» смотреть на наши образцы под разными углами, не поворачивая образцы или микроскоп », – говорит Фиолка. «Мы считаем, что это изобретение может представлять новую парадигму для получения трехмерной информации с помощью флуоресцентного микроскопа."
Это также обещает невероятно быструю визуализацию. Хотя для всего стека 3D-изображений могут потребоваться сотни кадров камеры, новый метод требует только одной экспозиции камеры.
Первоначально исследователи разработали систему с двумя обычными световыми микроскопами, которые требуют постобработки для анализа данных. Этот шаг называется устранением перекоса и, по сути, означает переупорядочивание отдельных изображений для устранения некоторых искажений стека 3D-изображений. Первоначально ученые стремились выполнить это устранение перекоса оптически.
Экспериментируя с методом оптического устранения перекоса, они поняли, что, когда они использовали неправильную величину «устранения перекоса», казалось, что проецируемое изображение поворачивается.
"Это было ага! момент. Мы поняли, что это может быть больше, чем просто метод оптического устранения перекоса; что система может работать и с другими типами микроскопов ", – сказал Фиолка.
«Это исследование подтверждает, что концепция носит более общий характер», – говорит Дин. "Теперь мы применили его к различным микроскопам, включая конфокальную микроскопию световых листов и вращающихся дисков."
Используя новый метод микроскопа, они изучали ионы кальция, несущие сигналы между нервными клетками в культуральной чашке, и изучили сосудистую сеть эмбриона рыбок данио. Они также быстро изобразили движущиеся раковые клетки и бьющееся сердце рыбок данио.