Tədqiqatçılar kiçik canlı orqanizmlərin bütün dinamikalarını eyni anda ətraflı şəkildə təsvir edə bilən yüksək sürətli 3D görüntüləmə mikroskopu hazırlayıblar. Bu yeni texnologiya, inkişaf biologiyası və neyroelmlər sahəsində mühüm kəşflərə yol aça bilər.

"Ənənəvi mikroskoplar müxtəlif dərinliklər arasında sürətlə fokuslanma və ya skan etmə qabiliyyətindən məhdudlaşır, bu isə sürətli 3D bioloji prosesləri təhrif etmədən və ya itkilər olmadan təsvir etməyi çətinləşdirir," deyə Sara Abrahamsson-un UC Santa Cruz (UCSC) laboratoriyasında çalışdığı zaman bu işi həyata keçirən, hazırda Chan Zuckerberg Biohub-da olan Eduardo Hirata Miyasaki bildirib.

"Bizim yeni sistemimiz multifokus mikroskopiya (MFM) texnikasını genişləndirir, 25 kamera dizisini istifadə edərək sürət və həcm görüntüləmə sahəsində sərhədləri aşır. Bu effektivlik sıçrayışı, kiçik canlı sistemləri hərəkət halında pozmadan araşdırmaq üçün imkanlar yaradır."

Optica jurnalında, tədqiqatçılar yeni mikroskoplarını təsvir edirlər. Mikroskop difraktiv optikləri 25 kiçik kamerayla birləşdirərək bir neçə dərinlikdə sinxron şəkildə eyni anda görüntüləmə imkanı yaradır. Onlar 180 x 180 x 50 mikron ölçülü 25 təbəqəli 3D həcm görüntülərini saniyədə 100-dən artıq həcmlə əldə etməyi nümayiş etdiriblər.

"Yeni mikroskop, M25 adlandırdığımız bu cihaz, üzgüçü C. elegans qurdlarını təsvir etmək üçün xüsusilə faydalıdır. Bu qurd inkişaf, neyroelmlər və hərəkət araşdırmaları üçün model orqanizm olaraq istifadə edilir," deyə Hirata Miyasaki bildirib.

"Ənənəvi olaraq, alimlər yalnız orqanizmin bir hissəsini aydın şəkildə görürdülər. Yeni mikroskopumuzla bütün qurdu təbii şəkildə 3D formatda müşahidə etmək mümkündür. Bu, tədqiqatçılara onun sinir sisteminin hərəkətləri necə idarə etdiyini və genetik mutasiya, xəstəlik və ya dərman müalicəsinə cavab olaraq davranışın necə dəyişdiyini öyrənmək imkanı verir."

M25 mikroskopu floresans və ötürülən işıq rejimlərində işləyə bilər. Bu, C. elegans qurdlarının üzgüçülüyünü izləmək üçün istifadə edilə bilər. Difraktiv optik elementlər, müxtəlif fokus təbəqələrini 25 kamera dizisinə paylamaq üçün əsas rol oynayır.

"M25-in əsas yeniliklərindən biri sadələşdirilmiş xromatik korreksiya memarlığıdır. Böyük prizma əsaslı komponentləri xüsusi hazırlanmış blazed gratings ilə əvəz edərək, sistem bütün fokus təbəqələrində effektiv dispersiya korreksiyası əldə edir və kompakt, miqyaslanabilən qalır," deyə Abrahamsson bildirib.

Tədqiqatçılar həmçinin 25 müxtəlif kameradan verilənləri sinxron şəkildə əldə etmək və kompüterdə saxlamaq üçün yeni proqram hazırlayıblar. "Birlikdə əldə olunan 25 görüntü—hamısı sinxron şəkildə, mexaniki skan və ya hərəkət hissələri olmadan—tam 3D anlıq görüntü yaradır," deyə Hirata Miyasaki bildirib. "Çünki bu, yüksək sürətlə baş verir, yalnız kameranın əldə etmə sürəti və nümunənin parlaqlığı ilə məhdudlaşır. Biz zamanla bütün həcmləri qeyd edə bilirik, real bioloji dinamikanı araşdırmağa imkan verir."

M25 mikroskopu həm floresans, həm də etiket istifadə etmədən işıqlandırma rejimləri üçün uyğundur. Bu uyumluluq, minimal invaziv texnikalarla işləmək üçün idealdır və embryologiya kimi sahələrdə tətbiq oluna bilər. Tədqiqatçılar prototip quraraq cihazın 25 ayrı-ayrı, bərabər aralıqlı fokus təbəqələrini təhrif və ya üst-üstə düşmədən əldə edə biləcəyini təsdiqləyiblər.

Üstəlik, cihazın real vaxt rejimində 3D görüntüləmə qabiliyyətini C. elegans, D. melanogaster və P. marinus kimi canlı modellər üzərində nümayiş etdiriblər. Sistem standart kommersiya mikroskopunun yan portuna montaj edilir və xüsusi prizma və ya kompleks işıq yolu modifikasiyalarına ehtiyac olmadan sadə şəkildə təkrarlanabilir.

Gələcəkdə tədqiqatçılar sistemin miqyasını genişləndirməyi və tətbiq sahələrini artırmağı planlaşdırırlar. Məsələn, sistemin zəngin görüntü məlumatlarından istifadə edərək hüceyrə vəziyyətlərini tanıyan, dinamik davranışları izləyən və xəstəliklə əlaqəli dəyişiklikləri birbaşa görüntülərdən aşkar edən maşın öyrənmə modelləri hazırlamaq niyyətindədirlər.