Команда исследователей Университета Иллинойса, во главе с электротехникой и вычислительной техникой и преподавателем биоинженерии Габриэлем Попеску, издала их результаты в журнале Nature Photonics.«Один главный центр клеток отображения пытается понять, как они функционируют, или как они поддаются лечению, например, во время методов лечения рака», сказал Попеску. «Если Вы должны добавить краски или противопоставить агентов, чтобы изучить их, эта подготовка затрагивает саму функцию клеток.
Это вмешивается в Ваше исследование. С нашей техникой мы видим процессы, как они происходят, и мы не затрудняем их нормальное поведение».
Поскольку это использует белый свет, WDT может наблюдать клетки в их естественном состоянии, не подвергая их воздействию химикатов, ультрафиолетового излучения или механических сил – три главных метода, используемые в других методах микроскопии. Белый свет также содержит широкий спектр длин волны, таким образом обходя проблемы вмешательства, врожденные от лазерного света – веснушки, например.3D изображения – соединение многих поперечных частных изображений, во многом как МРТ или изображение CT. Микроскоп перемещает свой центр через глубину клетки, захватывая изображения различных самолетов центра.
Тогда компьютер использует теоретическую модель и собирает изображения в последовательное трехмерное предоставление.Самый большой потенциал WDT, по словам исследователей, является способностью изучать клетки в трех измерениях со временем.
Так как клетки не изменены, они могут неоднократно быть изображены, позволив исследователям проблеск в динамику клетки, когда она идет о своей жизни – или поскольку ее лечат новым препаратом.«Когда клетка растет, мы видим изменение во всех трех измерениях», сказал Тэеву Ким, аспирант и первый автор статьи. «Мы видим динамику клетки в 3D, который не был сделан количественным способом.
Например, мы видели в промежутке минуты или по жизни клетки, как это растет и как вещи в клетке перемещаются».«С этим отображением мы можем сказать в том, какие вещи масштаба в клетке транспортируются беспорядочно и в том, какие процессы масштаба на самом деле организованы и детерминированы», сказал Попеску. «На первый взгляд динамика выглядит довольно грязной, но тогда Вы смотрите на нее – мы уставились на фильмы в течение многих часов и часов – и Вы понимаете, что все это имеет смысл. Все организовано отлично в определенных весах. Это – то, что делает клетку живой.
Хаотичность – просто способ природы попробовать новые вещи».WDT использует компонент, который добавляет на обычный микроскоп контраста фазы, общий элемент оборудования в лабораториях биологии, не изменяя сам микроскоп. Исследователи использовали обычные микроскопы с намерением сделать эти новые принципы оптики легкодоступными для биологов.
Исследователи надеются, что это позволит быстрое крупномасштабное принятие WDT, и Попеску основал компанию по запуску, Оптику Phi, чтобы помочь достигнуть той цели.В дополнение к биологическому применению метод WDT имеет последствия в более широкой области оптики, поскольку исследователи раздвинули границы физики, применив рассеивающуюся теорию к оптике отображения.«Физика позади этой техники – другая вещь, о которой мы были очарованы», сказал Ким. «Легкое распространение в целом изучено с приближениями, но мы не используем почти приближения.
В очень сжатой форме мы можем отлично показать, как свет изменяется, поскольку он проходит через клетку».«Мы начали на этой проблеме два года назад, пытаясь сформулировать математически эффект секционирования, наблюдаемый в пространственной легкой (ТОНКОЙ) световой микроскопии вмешательства», сказал Жэньцзе Чжоу, аспирант и co-first автор статьи. «Мы придумали уравнения, которые в конечном счете описали WDT. Заключительное уравнение красиво, и теория открывает возможности для решения других проблем оптики на новом теоретическом языке».Затем, исследователи надеются преследовать междисциплинарное сотрудничество, чтобы исследовать применения WDT в биологии, а также расширениях оптики отображения, продемонстрированной в WDT.
Например, они используют WDT, чтобы наблюдать стволовые клетки, поскольку они дифференцируются в надежде на лучшее понимание, как они превращаются в различные типы клетки. Так как стволовые клетки так чувствительны, только неразрушающая, бело-легкая техника без химиката, такая как WDT могла использоваться, чтобы изучить их без отрицательных воздействий.