Микроскопу плоскостного освещения приделали автопилот — Naked ScienceNaked Science
04.11.2016, 06:38
6 минут
Naked Science
18

Микроскопу плоскостного освещения приделали автопилот

Американские ученые разработали программную платформу, которая позволяет автоматически настраивать фокус микроскопа плоскостного освещения в режиме реального времени. Результаты представлены в журнале Nature Biotechnology

picture24feb09_2l_labelled-jpg

Флуоресцентная микроскопия плоскостного освещения использует для получения изображения тонкий (408–1080 нанометров) фронт света. Фронт освещает часть образца, формируя его «срез», тогда как сам образец (расположенный «вертикально») может поворачиваться по горизонтальной оси. В сочетании с нефототоксичностью это позволяет ученым в объеме рассматривать отдельные клетки или целые организмы, например развивающиеся эмбрионы. В 2014 году технология была признана методом года по версии журнала Nature.

 

Главным недостатком «плоскостной» микроскопии является ручная фокусировка. Такие эксперименты требуют возможности наблюдать сложные клеточные изменения в течение часов и дней. Но даже успешная предварительная настройка разрешения не позволяет реконструировать образцы (особенно многоклеточные) по всем плоскостям с одинаковой детализацией: скорость изменений слишком высока. В результате даже несмотря на увеличение пространственного и временного разрешения применение метода остается ограниченным.

 

Схема работы платформы. / © Lo?c A Royer, Nature Biotechnology, 2016

 

Для автоматизации процедур ученые из Медицинского института Говарда Хьюза разработали специальный фреймворк. В основу алгоритма легло сопоставление 30 параметров, которые характерны для тех или иных биологических моделей, с 66 наборами изображений из литературы и собственной базы данных. Конструкция микроскопа (авторы использовали SiMView, созданный в 2012 году) была изменена таким образом, чтобы одновременно с горизонтальным вращением образца фронт света мог перемещаться по «вертикальной» оси.

 

Каждая цилиндрическая линза при этом была оснащена парой гальванометрических сканеров. В ходе работы фреймворк управляет вращением образца и сканерами, и синхронизирует их движение с качеством изображения. Настройка разрешения осуществляется между точками сбора данных (каждые 375 миллисекунд) и заключается в том, что машина ищет наилучшую детализацию для «базовых» плоскостей, заданных пользователем (чаще это 4–8 граней с шагом в 20–80 микрометров). Таким образом, микроскоп может делать до шести «срезов» в трех измерениях по десяти степеням свободы с различной глубиной обнаружения (до 1,75 микрометра).

 

Эмбрион данио-рерио в процессе эпиболии (сверху) и эмбрион дрозофилы на этапе развития нервной системы (снизу). / © Lo?c A Royer, Nature Biotechnology, 2016

 

Система тестировалась на живых эмбрионах дрозофилы фруктовой (Drosophila melanogaster) и данио-рерио (Danio rerio). Результаты показали, что алгоритм позволяет отслеживать изменения в образцах (например, экспрессию белка) в течение 21 часа при потере около двух процентов данных. Первичная настройка параметров занимает около 40 секунд, после чего платформа в автоматическом режиме обрабатывает данные со скоростью один пиксель в 27 наносекунд. Средний рост пространственной разрешающей способности составил 2,4, временной — 1,6 (до 3 герц). Погрешность измерений оценивается в 330 микрометров.

 

«Мы хотели создать микроскоп настолько мощный и простой в использовании, насколько возможно. Фреймворк делает это, помогая пользователю убедиться в правильной настройке параметров и упрощая получение качественного изображения в каждом отдельном случае», — сообщил соавтор работы Филипп Келлер (Philipp Keller).

 

Платформа была написана на C++ и Java и управляется с помощью графического интерфейса. Скачать ее можно на странице проекта на GitHub.

 

Эмбрион дрозофилы. / © Lo?c A Royer, 2016
20 октября
5 минут
Полина Гершберг

Новая модель объяснила необычное явление, зафиксированное во время подводного извержения на Алеутских островах.

21 октября
3 минуты
Сергей Васильев

Используя снимки 200 тысяч далеких объектов, астрономы оценили воздействие слияний галактик на звездообразование.

Вчера, 13:27
4 минуты
Илья Ведмеденко

В компании Илона Маска рассматривают возможность использования космического корабля Starship для быстрой перевозки грузов и людей в интересах Сухопутных сил США.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

17 октября
5 минут
Илья Ведмеденко

Американские военные намерены получить прототип инновационного орудия в 2023 году.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.