Otkrića u intravitalnom snimanju
Zamislite desetine miliona loptica za stoni tenis kako se okreću, odbijaju, pa čak i sudaraju jedna sa drugom u ogromnoj fiskulturnoj sali. Skoro je nemoguće ispratiti svaki pokret ljudskim okom.
Sličan izazov je nekada pratio snimanje međućelijskih ponašanja velikih razmera, ali kineski naučnik Vu Điamin i njegove kolege, pod vođstvom profesora Dai Ćionghaija, rešili su problem tako što su osmislili seriju računarskih mezoskalnih fluorescentnih mikroskopa.
U laboratoriji na Univerzitetu Tsinghua, nalazi se jedini mikroskop na svetu koji može da realizuje 3D snimanje subćelijske dinamike u celom mozgu kod miševa, piše Sinhua.
U aprilu 2021. godine, naučnici su upotrebili uređaj za postizanje prvog 3D intravitalnog snimanja ( tehnika koja se koristi za vizualizaciju i proučavanje bioloških procesa koji se odvijaju unutar živih organizama, u stvarnom vremenu) subćelijske dinamike na skali od milisekundi, kod miševa tokom više od šest sati.
Tridesetogodišnji Vu, 30, jedan od njegovih programera, docent je na Odseku za automatizaciju na Univerzitetu Tsinghua i nedavno je učestvovao u razvoju mezoskalne fluorescentne mikroskopije putem računarskih metoda snimanja.
Ovi uređaji su omogućili naučnicima da proučavaju međućelijska ponašanja velikih razmera kod sisara u različitim fiziološkim ili patološkim stanjima, a relevantni rezultati su objavljeni u časopisima, uključujući Nature i Cell.
"U prošlosti je većina istraživanja o životnim naukama bila ograničena unutar vitro opservacije, a intravitalno snimanje se često suočavalo sa ogromnim izazovima kao što su heterogenost tkiva, rasejanje, fototoksičnost i 3D pokreti izazvani disanjem", rekao je Vu.
"U nauci o mozgu, na primer, mozak je sposoban da donosi kognitivne odluke dok jedan neuron u mozgu nema tu funkciju. Kako neuroni međusobno komuniciraju? Zašto je ova funkcija grupnog ponašanja moguća?", dodao je
"Znali smo mnogo o strukturi pojedinačnih neurona. Međutim, ako nismo u mogućnosti da posmatramo međućelijsko ponašanje velikih razmera, ne možemo proučavati nove funkcije neuronskih mreža sa milionima neurona iz sistematske perspektive", ukazao je Vu.
Takođe je primetio da je intravitalno snimanje podložno različitim smetnjama, kao što su vibracije koje stvara disanje životinja i koje predstavljaju značajne izazove za 3D snimanje velike brzine.
Tradicionalni optički instrumenti su dizajnirani za ljudske oči, ali Vu je koristio tehnologiju informacionih nauka da dizajnira "oči" za digitalne senzore u mikroskopiji. On je crpeo inspiraciju iz finih vibracionih struktura složenih očiju kod insekata i razbio složene probleme stvaranja slika na niz paralelnih malih problema, menjajući koncept tradicionalnog optičkog dizajna.
Tehnologija digitalne adaptivne optike koju su predložili Vu i ostali. može da snimi informacije svakog svetlosnog zraka sa neviđenom tačnošću, a zatim reorganizuje i kontroliše njihovo širenje u digitalnom svetu.
Tehnologija prevazilazi dugogodišnji izazov optičke aberacije u fizičkom svetu da povrati visoku prostornu rezoluciju u komplikovanim dinamičkim okruženjima, čime se ostvaruje 3D slika visoke rezolucije velike brzine in vivo u širokom vidnom polju.
Istraživači sa Univerziteta Tsinghua su koristili ovaj instrument da realizuju 3D neuronske slike u celom mozgu pri ponašanju miševa u budnom stanju u subćelijskoj rezoluciji i snimanje subćelijske dinamike migrazoma tokom metastaza tumora kod sisara, od kojih su oba bez presedana u svetu.
Vu je primetio da tehnologija omogućava kliničarima da procene da li se tumor uklanja jasno i brzo u realnom vremenu, a takođe može pomoći naučnicima da uoče proces širokog spektra metastaza tumora i prouče njegov mehanizam.
Dai, akademik Kineske akademije inženjeringa, rekao je da Vuov rad otvara vrata razumevanju složenih životnih aktivnosti pod različitim fiziološkim i patološkim uslovima iz sistematske perspektive, i da se očekuje da će otkriti nove mehanizme neuronskih kola, metastaza tumora i odgovora imunološkog sistema.
Vu i njegove kolege sada rade na razvoju platforme sledeće generacije - računarskih mezoskopskih platformi i odgovarajućih platformi za analizu podataka, sa ciljem da shvate i razumeju više fenomena na širi, jasniji i brži način, koristeći novu paradigmu za visoko propusna biološka otkrića.
U međuvremenu, istraživački tim je primenio digitalnu adaptivnu optičku tehnologiju u drugim oblastima, uključujući zemaljske teleskope, slike mobilnog telefona i 3D percepciju automatske vožnje.
Vu je rekao da je pojava informacionih nauka donela značajne promene u optici i da je neophodno stalno istraživati nova polja u interdisciplinarnoj eri.
"Vodila me je radoznalost u istraživačkom radu i očekivanje da ću uraditi nešto jedinstveno", dodao je.
