3-D rekonstrukce živé buňky s využitím nové technologie Kredit: Dr. Renata Rychtáriková
Nahlédnout dovnitř živé buňky pomocí mikroskopu je velmi obtížný úkol. Velikost a tvar buňky omezují rozsah metod, které biologové mohou k pozorování materiálů použít, a dokonce i to, co můžou zjistit. Nový algoritmus může výzkumníkům poskytnout lepší pohled do nitra živé buňky. Metoda našla využití od výzkumu rakoviny až po oplodnění in vitro.
„Žijeme v nano-éře.“ říká Dr. Renata Rychtáriková, hlavní autor článku a výzkumník na Jihočeské univerzitě v Českých Budějovicích, a podotýká, že objekty nanorozměrů jsou obtížně pozorovatelné. „Většina objektů nanosvěta uniká v současné době pozorování a informace o nich je jen nepřímá.“
Současné metody studia vzorků, jako skenovací elektronová mikroskopie, ukazují jen co se děje na povrchu. Vzorky pro metody jako je transmisní elektronová mikroskopie musí mít tloušťku mezi 10 a 200 nm, zatímco typická savčí buňka má tloušťku 3-5 μm.
Aby se s tímto omezením vypořádali, Rychtáriková se svými kolegy vyvinuli metodu, jak využít mikroskopii v procházejícím světle k hlubšímu náhledu do objektů. Jejich algoritmus využívá několik obrázků k vytvoření trojrozměrné mapy buňky. Publikovali své výsledky v časopisu Ultramicroscopy.
Algoritmus pracuje s obrázky pořízenými na velmi málo odlišných pozicích. Hledá objekty, které nejvíce mění procházející světlo a hledá i objekty, které se pohybují. Tím zvýrazňuje detailní buněčné struktury účinněji než všechny dosavadní metody. Výsledkem je virtuální 3D model buňky.
„Výzkum byl inspirován potřebami biologie savčí buňky, která je základem pro léčení rakoviny, náhradu orgánů, implantologii, neurologii, embryologii a oplodnění in-vitro.“ vysvětluje Rychtáriková. „Medicínská komunita se o výsledky zajímala od počátku našeho vývoje.“ dodává. Ale výzkum přitahuje i zájemce z jiných oborů.
„Po biolozích přišli materiáloví vědci z oblasti nanotisku.“ říká Rychtáriková. Hlavními důvody, proč algoritmus vědce zajímá, je to, že využívá běžného mikroskopu a že je možno pracovat s tlustšími vzorky. „Zájem z oblasti aplikací daleko překračuje naše časové možnosti.“ dodává.
Článek byl vydavatelstvím Elsevier vybrán mezi 30 nejlepších článků tohoto roku z oblasti fyziky.
Detaily článku:
Rychtáriková, R., Náhlík, T., Shi, K., Malakhova, D., Macháček, P., Smaha, R., Urban, J., Štys, D. 2017. Super-resolved 3-D imaging of live cells’ organelles from bright-field photon transmission micrographs. Ultramicroscopy 179: 1-14. (IF 2015 = 2.874)
Popis obrázku: a) Celkový pohled na algoritmus, b) postup oddělení buňky od pozadí, c) postup trojrozměrné rekonstrukce obrazu.
