WIZUALIZACJA 3D KOMÓREK ZA POMOCĄ ULTRADŹWIĘKÓW BEZ ICH USZKADZANIA

Naukowcy z Japonii i Tajlandii wykorzystali pikosekundowe ultradźwięki do badania pojedynczych komórek w skali nano. Metoda obrazowania pozwala uzyskać rozdzielczość przestrzenną 150 nanometrów, co daje naukowcom możliwość tworzenia wirtualnych plasterków komórek i tkanek bez ich uszkadzania.

Prace przeprowadzone przez zespół naukowców stanowią dowód koncepcji wykorzystania mechanicznych i termicznych właściwości metali i półprzewodników. Tkanki biologiczne są idealne do tego typu badań, ponieważ są wrażliwe na prędkość dźwięku, gęstość i impedancję.

Naukowcy wybrali dwa rodzaje tkanek biologicznych: komórki śródbłonka aorty bydlęcej i mysie adipocyty (komórki tłuszczowe). Decyzja o wykorzystaniu tych dwóch typów komórek nie jest przypadkowa, ponieważ komórki śródbłonka odgrywają kluczową rolę w fizjologii komórek krwi, a komórki tłuszczowe mają inną geometrię i dlatego tworzą kontrast.

Badanie przeprowadzono poprzez umieszczenie komórki w roztworze na szafirowym podłożu pokrytym tytanem, a następnie zeskanowanie punktu generowania dźwięku o wysokiej częstotliwości generowanego przez wiązkę skupionych ultradźwiękowych impulsów laserowych na folii tytanowej. W ten sposób, skupiając kolejną wiązkę impulsów laserowych na tym samym punkcie, aby uchwycić zmiany w odbiciach optycznych spowodowane dźwiękiem, zespół był w stanie zebrać dane niezbędne do budowy obrazu.

"Skanując dwie wiązki jednocześnie, byliśmy w stanie stworzyć akustyczny obraz komórki, który reprezentuje jej pojedynczy wycinek", wyjaśnia współautor profesor Oliver B. Wright (Department of Applied Physics, Faculty of Engineering, University of Hokkaido).  –   – Możemy wizualizować pojedynczy wycinek komórki na określonej głębokości  poprzez  zmianę  obliczeń  czasu  pomiędzy  dwoma  wiązkami impulsów laserowych.

Wyniki prac wykazały, że wizualizacja 3D komórek i organelli jest możliwa bez uszkadzania samej komórki, ale wszystko jest jeszcze w fazie rozwoju.na dzień dzisiejszy metoda ta zajmuje zbyt dużo czasu, aby mogła być stosowana w praktyce.

Chociaż w tym eksperymencie naukowcom nie udało się rozróżnić zawartości komórki, są przekonani, że wraz z udoskonaleniem techniki stanie się to możliwe. Naukowcy mają już kilka pomysłów, jak rozwiązać te ograniczenia, w tym:użycie ultrafioletowego lasera impulsowego zamiast lasera na podczerwień, który ogranicza rozdzielczość przestrzenną, a także użycie zielonego diamentu, co znacznie poprawi jakość obrazu i moc lasera, umożliwiając lepsze przewodzenie ciepła z badanego obszaru.te permutacje mogą stać się drogą do obrazowania in vivo, zapewniając możliwość badania właściwości mechanicznych komórek i organelli.metoda ta pomoże nam również lepiej zrozumieć procesy takie jak mitoza, apoptoza, adhezja i ruchliwość.

"Obecnie metody wizualizacji komórek stanowią połączenie parametrów optycznych i elastycznych komórki, które są trudne do rozróżnienia" - wyjaśnia Wright."Ale odkryliśmy, jak je rozróżnić, co pozwoli nam dokładniej mierzyć właściwości mechaniczne komórki. W niedalekiej przyszłości przetestujemy tę metodę w terenie, a także przetestujemy ją na organizmach jednokomórkowych, a nawet bakteriach".