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国际民航组织光片显微镜原型有望更好地观察细胞动力学

02 Oct 2019

MAFIn项目将开发一个适合附加到现有LSM平台的模块。

欧盟支持的为期一年的项目 国际民航组织位于巴塞罗那的一个光子学研究所,旨在开发一种模块化的光片显微镜原型,能够以高分辨率和高速观察快速的细胞动力学。

光片荧光显微镜(LSFM)是一种技术,其中垂直于观察方向的激光源照亮通常为几百纳米或几微米厚的样品薄片。这减少了对样品造成光毒损害的可能性,并消除了离焦激发。

MAFIn项目来自光片荧光显微镜中的像差校正和快速体积成像模块,于2019年9月开始,总预算为100,000欧元。它得到了欧盟FET创新发射台计划的支持,该计划旨在进一步发展现有或最近完成的研究 欧盟场效应管项目.

在这种情况下,新工作来自 中脑,另一个由ICFO参与的欧盟支持计划。中微子,由 埃迪克·拉菲洛夫(Edik Rafailov) 英国阿斯顿光子技术研究所的研究旨在开发适用于支持干细胞衍生新快三app官网元网络的纳米级3D聚合物支架,这是迈向医学研究可定制的3D新快三app官网元网络的一步。

国际民航组织致力于一种光片显微镜技术,该技术适于使用遗传编码的钙指示剂在三个维度上观察和记录这些新快三app官网元培养物,而这项工作现在将在MAFIn中继续进行。

“ LSFM消除了对测量信号的任何散焦影响,并最大限度地减少了光剂量,” ICFO超分辨率光学显微镜和纳米显微镜(前哨 )实验室。 “使用常规成像技术以3D形式快速记录新快三app官网元活动可能会导致信噪比降低,因为在快速情况下,荧光光子预算较低。”

将LSFM应用于MESO-BRAIN开发的新型3D支架提出了一些具体挑战,包括在凝胶环境中对新快三app官网元活动平面成像时,需要以所需的快速记录速度保持可接受的信噪比。

一个特别的障碍来自以下事实:在项目的实验配置中,光片的入射平面与支架成45度角,这可能会给光片引入像差和变形。 ICFO通过设计一个特殊的腔室来控制支架的环境,从而解决了这个问题,支架在支架内以45度定向,从而使光片对目标具有垂直入射角。

另一个问题是需要进行体积成像,通常是通过在光片上移动样品,或者在样品保持静态的同时移动显微镜的激发臂和采集臂来实现的。这种方法可以将成像速度限制为每秒几个体积,但是MESO-BRAIN的目标是达到每秒数十个体积。

“我们的解决方案是基于电子可调镜头的使用,这是一种可以非常快速地驱动的静态元件,” Loza评论道。 “通过使驱动电压与光片的运动同步,可以达到快速的体积成像速度。在我们的案例中,我们已经证明了体积成像的速度快于每秒20体积。”

在这些条件下,LSFM系统被证明能够在10-20分钟的记录时间内记录MESO-BRAIN支架上新快三app官网元的钙动力学,以根据新快三app官网元计算连接图。

从中脑到MAFIn

MAFIn的研究工作现在旨在进一步发展这些进步,并朝着能够连接到现有LSFM平台的商业模块发展。

Loza说:“ MAFIn处理一种称为波形编码(WFC)的技术,在该技术中,我们在LSFM平台的检测臂中引入了相位掩模,以扩展景深。” “相位掩模不可避免地会扭曲所获得的图像,因此在获取图像后需要进行反卷积操作。尽管这不会影响成像速度,但是在开始实验之前需要进行仔细的校准。”

MAFIn的一个目标是提供一种具有优化解卷积策略的简便校准程序,以便可以以简单明了的方式执行带WFC的LSFM。为此,ICFO将与英国LSFM供应商合作,以其系统测试MAFIn模块,最终目标是使原型即插即用模块适用于现有LSM平台。

“我们的目标应用是新快三app官网元活性和钙动力学,但带WFC的LSFM将是一种通用技术,可用于研究和监测具有高图像分辨率的生物样品中的任何3D动力学,” Loza评论道。

“我们坚信这很重要,因为目前正在平面内进行任何快速生物动力学的研究,而生物结构本质上是3D对象。一些可以利用这一进展的目标应用是小动物大脑中的钙动力学。动物,例如斑马鱼,或用于 秀丽隐杆线虫;光遗传学在胚胎发育过程中跟踪细胞;以及3D的单粒子跟踪。”

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