これまで、より優れた、より正確な測定方法が利用可能になり、これまで知られていなかった現象からデータを取得できるようになり、多くの発見が行われてきました。 たとえば、高解像度の顕微鏡検査は、細胞の機能と動態に対する私たちの見方を劇的に変え始めています。 ボン大学の ImmunoSensation2 Cluster of Excellence、大学病院、研究センター caesar の研究者らは、多焦点画像を使用して高速な生物学的プロセスの動きを 3D で再構築できる方法を開発しました。
多くの生物学的プロセスは、ナノからミリメートルのスケールでミリ秒以内に発生します。 共焦点顕微鏡などの確立された方法は、正確な 3D 記録には適していますが、高速 3D プロセスを解決するための時間的または空間的解像度が不足しており、ラベル付きサンプルが必要です。 生物学の多くの研究では、細胞機能や動物の素早い行動を支配する原理を記録して理解するために、高フレームレートでの画像取得が不可欠です。 科学者たちが直面している課題は、スリリングなテニスの試合を追うことにたとえられます。場合によっては、高速で移動するボールを正確に追うことができない場合や、ボールがすでにアウトバウンドになる前に発見されない場合があります。
以前の方法では、画像がぼやけているか、写真撮影後に対象の物体が単に視野内になくなったため、研究者はショットを追跡することができませんでした。 標準的な多焦点イメージング方法では、高速 3D イメージングが可能ですが、高解像度と広い視野の間の妥協によって制限があり、多くの場合、明るい蛍光標識が必要です。
ここで説明する方法によって、広い視野と高い時空間分解能の両方を備えた多焦点イメージングを初めて使用できるようになります。 この研究では、科学者たちは標識されていない球状および糸状構造の動きを迅速かつ正確に追跡しました。
研究で非常に印象的に説明されているように、新しい方法は鞭毛の鼓動のダイナミクスと精子の遊泳行動との関係についての新たな洞察を提供します。 研究者らが自由遊泳する精子の鞭毛の鼓動を長期間にわたって3Dで正確に記録し、同時に個々の精子の精子の軌跡を追跡することができたため、この関連性が可能となった。 さらに、科学者たちは、鼓動する精子の周囲の 3D 流体の流れを特定しました。 このような発見は、不妊の原因を理解するための扉を開くだけでなく、いわゆる「バイオニクス」、つまり自然界に見られる原理を技術的応用に応用することにも利用できる可能性がある。
ImmunoSensation2 Cluster of Excellence の研究者は、精子を観察するだけでなく、すでにこの新しい方法を使用できます。 この方法は、運動性繊毛の鼓動から生じる 3D フロー マップを決定するためにも使用できます。 運動性繊毛は精子尾と同様の方法で拍動し、液体を輸送します。 繊毛によって駆動される流れは、脳室や気道で重要な役割を果たしており、粘液を肺から喉に輸送する役割を果たします。これは、病原体を外に輸送して排除する方法でもあります。
この研究で報告された多焦点イメージングの概念は、費用対効果が高く、簡単に実装でき、オブジェクトのラベリングに依存しません。 研究者らは、自分たちの新しい手法は他の分野にも応用できると主張しており、他にも多くの可能性があると考えている .
