Tfm Vs Deep Tfm 777x518 2 2
Thông tin công nghệ

Kỹ thuật kính hiển vi tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao của mô sâu hơn, nhanh chóng hơn

Hình ảnh này cho thấy hình ảnh hiển vi lấy nét theo thời gian (TFM), bên trái và hình ảnh DEEP-TFM, bên phải, của một quả thận được chụp qua môi trường tán xạ. Được hiển thị trong các kênh màu xanh lam, xanh lục và đỏ lần lượt là hạt nhân, WGA liên hợp Alexa Fluor 488 và F-actin. Tín dụng: Được phép của các nhà nghiên cứu

Các nhà nghiên cứu có thể nhanh chóng thu được hình ảnh có độ phân giải cao của các mạch máu và tế bào thần kinh trong não.

Để tạo ra hình ảnh 3D, có độ phân giải cao của các mô như não, các nhà nghiên cứu thường sử dụng kính hiển vi hai photon, bao gồm việc hướng tia laser cường độ cao vào mẫu vật để tạo ra kích thích huỳnh quang. Tuy nhiên, việc quét sâu bên trong não có thể khó khăn vì ánh sáng phân tán ra khỏi các mô khi nó đi sâu hơn, làm cho hình ảnh bị mờ.

Chụp ảnh hai photon cũng tốn nhiều thời gian, vì nó thường yêu cầu quét từng pixel một. Một nhóm các nhà nghiên cứu của MIT và Đại học Harvard hiện đã phát triển một phiên bản sửa đổi của hình ảnh hai photon có thể hình ảnh sâu hơn trong mô và thực hiện hình ảnh nhanh hơn nhiều so với những gì có thể trước đây.

Các nhà nghiên cứu cho biết loại hình ảnh này có thể cho phép các nhà khoa học thu được hình ảnh có độ phân giải cao nhanh hơn về các cấu trúc như mạch máu và tế bào thần kinh riêng lẻ bên trong não.

Murat Yildirim, một nhà khoa học nghiên cứu của MIT và là một trong những tác giả của nghiên cứu mới cho biết: “Bằng cách điều chỉnh chùm tia laser chiếu vào mô, chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể đi sâu hơn và chúng tôi có thể chụp ảnh tốt hơn so với các kỹ thuật trước đây.

Nghiên cứu sinh của MIT Cheng Zheng và cựu postdoc Jong Kang Park là tác giả chính của bài báo, được xuất bản vào ngày 7 tháng 7 năm 2021, trên tạp chí Science Advances . Dushan N. Wadduwage, cựu postdoc của MIT, hiện là Nghiên cứu viên Khoa học Xuất sắc của John Harvard về Hình ảnh tại Trung tâm Hình ảnh Nâng cao tại Đại học Harvard, là tác giả chính của bài báo. Các tác giả khác bao gồm Josiah Boivin, một postdoc của MIT; Yi Xue, cựu sinh viên tốt nghiệp MIT; Mriganka Sur, Giáo sư Khoa học Thần kinh Newton tại MIT; và Peter So, giáo sư kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật sinh học của MIT.

Hình ảnh sâu

Kính hiển vi hai photon hoạt động bằng cách chiếu chùm ánh sáng cận hồng ngoại có cường độ mạnh vào một điểm duy nhất trong mẫu, gây ra sự hấp thụ đồng thời hai photon tại tiêu điểm, nơi có cường độ cao nhất. Ánh sáng có bước sóng dài, năng lượng thấp này có thể thâm nhập sâu hơn vào mô mà không làm tổn thương nó, cho phép tạo ra hình ảnh bên dưới bề mặt.

Tuy nhiên, kích thích hai photon tạo ra hình ảnh bằng huỳnh quang, và tín hiệu huỳnh quang nằm trong vùng quang phổ khả kiến. Khi hình ảnh sâu hơn vào các mẫu mô, ánh sáng huỳnh quang sẽ tán xạ nhiều hơn và hình ảnh trở nên mờ. Hình ảnh nhiều lớp mô cũng rất tốn thời gian. Sử dụng hình ảnh trường rộng, trong đó toàn bộ mặt phẳng mô được chiếu sáng cùng một lúc, có thể đẩy nhanh quá trình, nhưng độ phân giải của phương pháp này không tốt bằng quét từng điểm.

Những bức ảnh tĩnh video này cho thấy hình ảnh DEEP-TFM của mạch máu vỏ não. Trong bảng điều khiển bên trái, chiếu sáng DEEP-TFM được hiển thị bằng màu đỏ và hình ảnh thu được được hiển thị bằng màu xanh lục. Việc xây dựng lại được hiển thị trong các bảng bên phải. Việc tái tạo được cải thiện với số lượng kiểu chiếu sáng ngày càng tăng, như ở phía dưới bên phải. Tín dụng: Được phép của các nhà nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu của MIT muốn phát triển một phương pháp cho phép họ chụp ảnh một mẫu mô lớn cùng một lúc, trong khi vẫn duy trì độ phân giải cao của quá trình quét từng điểm. Để đạt được điều đó, họ đã nghĩ ra cách điều khiển ánh sáng mà họ chiếu vào mẫu. Họ sử dụng một dạng kính hiển vi trường rộng, chiếu một mặt phẳng ánh sáng vào mô, nhưng thay đổi biên độ ánh sáng để có thể bật hoặc tắt từng pixel vào những thời điểm khác nhau. Một số điểm ảnh sáng lên trong khi các điểm ảnh gần đó vẫn tối và mẫu thiết kế trước này có thể được phát hiện trong ánh sáng phân tán bởi mô.

Zheng nói: “Chúng tôi có thể bật hoặc tắt từng pixel bằng cách điều chế này. “Nếu chúng ta tắt một số điểm, điều đó sẽ tạo ra không gian xung quanh mỗi pixel, vì vậy bây giờ chúng ta có thể biết điều gì đang xảy ra ở từng điểm riêng lẻ”.

Sau khi các nhà nghiên cứu thu được các hình ảnh thô, họ tái tạo lại từng pixel bằng một thuật toán máy tính mà họ đã tạo ra.

“Chúng tôi kiểm soát hình dạng của ánh sáng và chúng tôi nhận được phản ứng từ mô. Từ những phản hồi này, chúng tôi cố gắng giải quyết loại mô bị phân tán. Khi chúng tôi tái tạo lại các hình ảnh thô của mình, chúng tôi có thể nhận được rất nhiều thông tin mà bạn không thể thấy trong các hình ảnh thô, ”Yildirim nói.

Sử dụng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu cho thấy rằng họ có thể hình ảnh sâu khoảng 200 micron vào các lát mô cơ và thận, và khoảng 300 micron vào não của chuột. Nó sâu hơn khoảng hai lần có thể nếu không có sự tái tạo tính toán và kích thích theo khuôn mẫu này, Yildirim nói. Kỹ thuật này cũng có thể tạo ra hình ảnh nhanh hơn khoảng 100 đến 1.000 lần so với kính hiển vi hai photon thông thường.

Cấu trúc não

Loại hình ảnh này sẽ cho phép các nhà nghiên cứu nhanh chóng thu được hình ảnh có độ phân giải cao của các tế bào thần kinh trong não, cũng như các cấu trúc khác như mạch máu. Theo Yildirim, việc chụp ảnh các mạch máu trong não của chuột có thể đặc biệt hữu ích để tìm hiểu thêm về cách lưu lượng máu bị ảnh hưởng bởi các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer.

Ông nói: “Tất cả các nghiên cứu về lưu lượng máu hoặc hình thái của cấu trúc mạch máu đều dựa trên hệ thống quét điểm hai photon hoặc ba photon, vì vậy chúng rất chậm,” ông nói. “Bằng cách sử dụng công nghệ này, chúng tôi thực sự có thể thực hiện hình ảnh thể tích tốc độ cao về lưu lượng máu và cấu trúc mạch máu để hiểu những thay đổi trong lưu lượng máu”.

Kỹ thuật này cũng có thể tự cho phép đo hoạt động của tế bào thần kinh, bằng cách thêm thuốc nhuộm huỳnh quang nhạy cảm với điện áp hoặc đầu dò canxi huỳnh quang phát sáng khi tế bào thần kinh bị kích thích. Nó cũng có thể hữu ích để phân tích các loại mô khác, bao gồm cả khối u, nơi nó có thể được sử dụng để giúp xác định các cạnh của khối u.

Tham khảo: “Khử tán xạ với Mô hình kích thích cho phép hình ảnh trường rộng nhanh chóng thông qua phương tiện tán xạ” của Cheng Zheng, Jong Kang Park, Murat Yildirim, Josiah R. Boivin, Yi Xue, Mriganka Sur, Peter TC So và Dushan N. Wadduwage, Ngày 7 tháng 7 năm 2021, Những tiến bộ của Khoa học .
DOI: 10.1126 / sciadv.aay5496

Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện Y tế Quốc gia, bao gồm Viện Quốc gia về Hình ảnh Y sinh và Kỹ thuật Sinh học P41 và Giải thưởng Con đường Độc lập NIBIB, Tập đoàn Hamamatsu, Viện Công nghệ Tiên tiến Samsung, Liên minh Nghiên cứu và Công nghệ Singapore-MIT (SMART), Trung tâm Hình ảnh Nâng cao tại Đại học Harvard, và Chương trình Học bổng Khoa học Xuất sắc John Harvard.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.