В прошлом было сделано много открытий, потому что стали доступны более совершенные и точные методы измерения, позволяющие получать данные о ранее неизученных явлениях. Например, микроскопия с высоким разрешением начала кардинально менять наши взгляды на функции и динамику клеток. Исследователи из кластера передового опыта ImmunoSensation2 Боннского университета, университетской больницы и исследовательского центра Caesar разработали метод, который позволяет использовать многофокусные изображения для реконструкции движения быстрых биологических процессов в 3D.
Многие биологические процессы происходят в масштабе от нанометров до миллиметров и за миллисекунды. Общепринятые методы, такие как конфокальная микроскопия, подходят для точных 3D-записей, но не имеют временного или пространственного разрешения для разрешения быстрых 3D-процессов и требуют маркированных образцов. Для многих исследований в области биологии получение изображений с высокой частотой кадров важно для записи и понимания принципов, которые управляют клеточными функциями или быстрым поведением животных. Задачу, с которой сталкиваются ученые, можно сравнить с захватывающим теннисным матчем: иногда невозможно точно следить за быстро движущимся мячом или мяч не обнаруживается до того, как он уже находится за пределами игровой площадки.
С помощью предыдущих методов исследователи не могли отследить снимок, потому что изображение было размытым или интересующий объект просто больше не находился в поле зрения после того, как был сделан снимок. Стандартные методы мультифокальной визуализации позволяют получать трехмерные изображения с высокой скоростью, но ограничены компромиссом между высоким разрешением и большим полем обзора, и для них часто требуются яркие флуоресцентные метки.
Впервые описанный здесь способ позволяет использовать мультифокальное изображение как с большим полем обзора, так и с высоким пространственно-временным разрешением. В этом исследовании ученые быстро и точно отслеживают движение немеченых сферических и нитевидных структур.
Как очень ярко описано в исследовании, новый метод теперь позволяет по-новому взглянуть на динамику биения жгутиков и ее связь с плаванием сперматозоидов. Эта связь стала возможной, потому что исследователи смогли точно записать биение жгутиков свободно плавающих сперматозоидов в 3D в течение длительного периода времени и одновременно проследить траектории отдельных сперматозоидов. Кроме того, ученые определили трехмерный поток жидкости вокруг бьющейся спермы. Такие открытия не только открывают дверь для понимания причин бесплодия, но также могут быть использованы в так называемой «бионике», то есть для передачи принципов, существующих в природе, на технические приложения.
Исследователи из кластера передового опыта ImmunoSensation2 уже могут использовать новый метод - и не только для наблюдения за сперматозоидами. Этот метод также можно использовать для определения трехмерных карт кровотока, которые возникают в результате биения подвижных ресничек. Подвижные реснички бьются аналогично хвосту спермы и транспортной жидкости. Цилиальный поток играет важную роль в желудочке головного мозга или в дыхательных путях, где он служит для транспортировки слизи из легких в горло - это также то, как патогены транспортируются и защищаются.
Концепция мультифокального изображения, представленная в этом исследовании, является рентабельной, легко реализуемой и не зависит от маркировки объектов. Исследователи утверждают, что их новый метод может найти применение и в других областях, и они видят много других потенциальных возможностей. Приложения.
