Nytt mikroskop kan ta 3D-bilder av celler samtidigt som de arbetar i en naturlig miljö

Det nya mikroskopet är ett så kallat multifokusmikroskop, som ger helt klara bilder, sorterade i olika lager, där man kan studera cellerna från alla vinklar. Kredit: UiT

För att observera levande celler genom ett mikroskop, pressas ett prov vanligtvis på ett objektglas. Den ligger sedan lugnt där och cellerna är observerbara. Nackdelen är att detta begränsar hur cellerna beter sig och endast producerar tvådimensionella bilder.

Forskare från UiT Norges arktiska universitet och Universitetssjukhuset i Nord-Norge (UNN) har nu utvecklat vad de refererar till som nästa generations mikroskop. Den nya tekniken kan ta bilder av mycket större prover än tidigare, samtidigt som man lever och arbetar i en mer naturlig miljö.

En stor utveckling

Tekniken ger 3D-bilder där forskare kan studera de minsta detaljerna från flera vinklar, tydligt och synligt, sorterade i olika lager och alla lager är i fokus.

3D-mikroskop finns inte redan, men de fungerar långsamt och ger sämre resultat. Den vanligaste typen fungerar genom att spela in pixel för pixel i en serie, som sedan sätts ihop till en 3D-bild. Detta tar tid och ofta klarar de inte mer än 1-5 skott i minuten. Det är inte särskilt praktiskt om det du ska fotografera något som rör sig.

“Med vår teknik kan vi hantera runt 100 helbilder per sekund. Och vi tror att det är möjligt att öka detta antal. Det är precis vad vi har visat med vår prototyp”, säger Florian Ströhl, forskare vid UiT.

Det nya mikroskopet är ett så kallat multifokusmikroskop, som ger helt klara bilder, sorterade i olika lager, där man kan studera cellerna från alla vinklar.

“Det är en stor sak. Att vi lyckas få allt det här i ett tag, det är en enorm utveckling”, säger Ströhl.

Kan se bakom föremål

Ströhl förklarar att vi inte pratar om 3D i den form de flesta av oss känner till det. Medan du i en traditionell 3D-bild kommer att kunna uppfatta något slags djup, kan du med den nya tekniken också se bakom objekt.

Ströhl använder ett exempel där man ser en djungelscen i 3D på bio.

I en normal 3D-bild kan man se att skogen har ett djup, att vissa löv och träd är närmare än andra.Med samma teknik som används i vårt nya 3D-mikroskop kan man även se tigern gömma sig bakom buskarna. Du kan se och studera flera lager självständigt, säger Ströhl.

Nu använder man inte mikroskop för att leta efter tigrar i djungeln, men för forskare kan detta vara ett viktigt verktyg när man letar efter svar i minsta detalj.

Studerar hjärtceller – medan de slår

Ströhl har samarbetat med forskare och läkare från Universitetssjukhuset i Nord-Norge (UNN) i utvecklingen av denna teknik.

De arbetar bland annat med att förstå och utveckla bättre behandlingsmetoder för olika hjärtsjukdomar.

Att studera ett levande mänskligt hjärta är utmanande, både av tekniska skäl och inte minst av etiska skäl. Således har forskare använt stamceller som är manipulerade så att de efterliknar hjärtceller. På så sätt kan de odla organisk vävnad som beter sig som den skulle göra i ett mänskligt hjärta, och de kan studera och testa denna vävnad för att förstå mer om vad som händer.

Denna vävnad är nästan som en liten klump levande kött, cirka 1 cm stor. Detta ger en mycket krävande testsituation, där hjärtceller slår och är i konstant rörelse samtidigt som provet är för stort för att studera med traditionella mikroskop. Det nya mikroskopet klarar detta bra.

“Du har den här pumpande köttklumpen i en skål, som du vill ta mikroskopbilder av. Du vill titta på de allra minsta delarna av denna, och du vill ha superhög upplösning. Vi har uppnått detta med det nya mikroskopet.” säger Ströhl.

Formel 1 division

Kenneth Bowitz Larsen leder ett stort laboratorium med avancerade mikroskop som används av alla forskargrupper vid Hälsofakulteten vid UiT. Han har testat detta nya mikroskop och är optimistisk.

“Konceptet är briljant, mikroskopet de har byggt gör saker som de kommersiella systemen inte gör”, förklarar Larsen. Laboratoriet han leder använder sig främst av kommersiella mikroskop från leverantörer som Zeiss, Nikon m.fl.

“Sedan samarbetar vi också med forskargrupper som den Florian Ströhl representerar. De bygger mikroskop och testar optiska koncept, de är på ett sätt som formel 1-indelningen för mikroskopi”, säger Larsen. Larsen har stor tilltro till det nya mikroskopet Ströhl har skapas.

De kommersiella mikroskopen ska kunna användas för alla möjliga prover, medan mikroskopet Ströhl har tagit fram är mer skräddarsytt för en specifik uppgift.

“Det är väldigt ljuskänsligt, och det kan avbilda provet på olika ställen. Det kan arbeta sig igenom provet och du kan se både högt och lågt. Och det händer så snabbt att det praktiskt taget kan ses i realtid. Det är en extremt snabbt mikroskop, säger Larsen.

Enligt Larsen visar testerna hittills att detta fungerar bra, och han tror att den här typen av mikroskop så småningom kan användas på alla typer av prover där man tittar på levande varelser som rör sig.

Han ser också en annan fördel med det här mikroskopets hastighet.

“Ljusa ljus är inte snälla mot celler. Eftersom det här mikroskopet är så snabbt utsätter det cellerna för mycket kortare belysning och är därför mer skonsamt”, förklarar han.

Tekniken är patenterad

Prototypen av mikroskopet fungerar och är i drift. Forskarna arbetar just nu med att skapa en uppgraderad version som är enklare att använda, så att fler ska kunna använda och använda mikroskopet.

Forskarna har även ansökt om patent och söker även industriella partners som ska utveckla detta till ett mikroskop som kommer att finnas till försäljning.

Under tiden kommer prototypen att göras tillgänglig för lokala partners som kan dra nytta av den nya tekniken.

– Vi kommer även att erbjuda det till andra i Norge, om de har särskilt krävande prover som de vill undersöka, säger Ströhl.

Forskningen är publicerad i optik.

Mer information:
Florian Ströhl et al, Multifocus mikroskopi med optisk sektionering och hög axiell upplösning, optik (2022). DOI: 10.1364/OPTICA.468583

Tillhandahålls av UiT, Norges arktiska universitet

Citat: Nytt mikroskop kan ta 3D-bilder av celler när de arbetar i en naturlig miljö (2022, 22 november) hämtat 22 november 2022 från https://phys.org/news/2022-11-microscope-3d-images-cells-natural. html

Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *