Микроскопу плоскостного освещения приделали автопилот — Naked Science
6 минут
Редакция

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
©Wikipedia

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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

Позавчера, 15:24
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-морской флот получил многоцелевую атомную подводную лодку К-561 «Казань». Это один из самых совершенных кораблей такого типа в мире.

Вчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 мая
6 минут
Сколтех

В России таких результатов не было уже около десяти лет. Его получение потребовало настоящей кооперации между исследователями ИВМ РАН, Сколтеха и МГУ.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: