• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nowatorski mikroskop daje wysokiej rozdzielczości obrazy 3D nietkniętych komórek

    24.11.2010. 16:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy z Niemiec i USA dokonali rzeczy na pozór niewykonalnej - opracowali nowoczesny mikroskop, który zapewnia na poczekaniu trójwymiarowy (3D) obraz nietkniętych komórek bez konieczności chemicznego utrwalania, cięcia czy nawet barwienia ich na potrzeby badania. Nowe urządzenie, zaprezentowane w czasopiśmie Nature Methods, może wypełnić lukę w bieżących technologiach i okazać się użyteczne w naukach medycznych i biologii strukturalnej.

    Naukowcy z Instytutu Materii Miękkiej i Materiałów Funkcjonalnych przy Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) w Niemczech oraz amerykańskiego Narodowego Instytutu Onkologicznego zbadali całe, szybko zamrożone komórki w ich naturalnym środowisku.

    Jak informują naukowcy, wysokiej rozdzielczości obrazy 3D całej komórki są dostarczane jednoetapowo. To nowe urządzenie ma na przykład taką przewagę nad mikroskopem elektronowym, że generuje obrazy 3D komórek, które są nietknięte. Ponadto jest szybsze od mikroskopu elektronowego, za którego pomocą uzyskanie obrazu 3D zaledwie jednej komórki może zabrać całe tygodnie. Nowy mikroskop bije na głowę również mikroskop fluorescencyjny, który umożliwia naukowcom obserwowanie jedynie oznakowanych struktur po ich uprzednim zabarwieniu.

    Naukowcy twierdzą, że dzięki wykorzystaniu naturalnego kontrastu między materiałem organicznym a wodą zespołowi udało się stworzyć obraz wszystkich struktur komórki. Zrekonstruowali komórki gruczolakoraka myszy w trójwymiarze. Byli w stanie zaobserwować nawet najdrobniejsze szczegóły komórek, w tym ultramikroskopowe otworki w błonie jądrowej, podwójną błonę jądra komórkowego, wgłobienia wewnętrznej błony mitochondrialnej, kanały w błonie jądrowej i inkluzje w organellach komórkowych, jak np. lizosomy.

    Promienie rentgenowskie obrazują ultrastrukturę komórek z dokładnością do 30 nanometrów (10 nanometrów odpowiada około 1 dziesięciotysięcznej grubości ludzkiego włosa). Ultrastruktura to szczegółowa struktura materiału biologicznego, która pozostaje niewidoczna pod mikroskopem optycznym.

    Zespół wykorzystał światło częściowo koherentne do oświetlenia drobnych struktur hydratowanego obiektu w stanie zamrożenia i uzyskania wysokiej rozdzielczości 3D. Do wygenerowania światła wykorzystano źródło promieniowania synchrotronowego HZB, zwane BESSY II. Naukowcy wyjaśniają, że częściowa koherencja cechuje dwie fale, których względna faza poddawana jest losowym fluktuacjom, niewystarczającym do powstawania całkowicie niekoherentnej fali. Dzięki przyjęciu tego podejścia i zastosowaniu wysokiej rozdzielczości soczewek, udała się wizualizacja ultrastruktur komórek w niespotykanym dotychczas kontraście.

    "Opracowaliśmy mikroskop transmisyjny miękkich promieni rentgenowskich, który wykorzystuje udoskonalone techniki nanowytwarzania, umożliwiające wyprodukowanie obiektywów rentgenowskich o wyższej rozdzielczości z węższymi strefami zewnętrznymi" - czytamy w artykule.

    "Połączyliśmy ów obiektyw wyższej rozdzielczości z częściowo koherentnym oświetleniem materiału zamiast obiektywu niższej rozdzielczości i quasi-niekoherentnym oświetleniem, jakie wykorzystywano w poprzednich projektach. Podczas gdy częściowa koherencja obniża maksymalną, możliwą rozdzielczość w porównaniu do niekoherencji, to zapewnia znacznie wyższy kontrast przy średnich do wysokich częstotliwościach przestrzennych. W ten sposób, połączenie częściowej koherencji z obiektywem o lepszej rozdzielczości powinno zapewnić lepszy kontrast drobnych cech." '

    Zdaniem naukowców te ostatnie osiągnięcia zapewnią medycynie wgląd w procesy wewnątrzkomórkowe, a konkretnie w to, w jaki sposób wirusy lub nanocząstki przenikają do komórek lub jąder. Poza tym, z ogólnego punktu widzenia, zapewnią one nowe narzędzie biologii strukturalnej do pogłębiania wiedzy na temat struktury komórki.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Rozdzielczość kątowa opisuje zdolność rozdzielczą dowolnego przyrządu, który tworzy obraz, takiego jak np. teleskop optyczny, radioteleskop, mikroskop, obiektyw kamery czy oko ludzkie. Dokładniej mówiąc jest to zdolność takiego przyrządu do rozróżniania kątowej separacji punktów oglądanego obiektu. Samo określenie rozdzielczość oznacza w nauce precyzję, z którą instrument mierzy i zapisuje dane o badanej próbce. Video Skaler to urządzenie służące konwertowaniu sygnału video z określonej wielkości lub rozdzielczości do innej (wyższej, niższej): zazwyczaj jest określane jako "upscaling" lub "upconverting" sygnału video z niskiej rozdzielczości(np. standardowej rozdzielczości) do wyższej (np. HD - wysokiej). Mikroskop konfokalny – nowoczesna odmiana mikroskopu fluorescencyjnego, w którym źródłem światła jest laser. Mikroskop ten umożliwia dokonywanie tzw. przekrojów optycznych preparatu, analizuje bowiem światło pochodzące z jednej jego płaszczyzny, eliminując światło docierające z warstw położonych wyżej lub niżej. Różnica między zwykłymi mikroskopami nawet fluorescencyjnymi polega na tym, że dzięki mikroskopowi konfokalnemu otrzymujemy obraz o lepszej rozdzielczości i kontraście. Dzięki tej metodzie możliwa jest analiza przekrojów optycznych w czasie ciągłym położonych na powierzchni lub w głębi preparatu. Umożliwia to konstrukcję trójwymiarowych obrazów badanych obiektów.

    Super rozdzielczość (ang. superresolution, super-resolution) - technologia polegająca na zwiększeniu rozdzielczości obrazu z wykorzystaniem różnych technik m.in. składanie obrazów o większej rozdzielczości z obrazów o niższej rozdzielczości np. z paru zdjęć o wielkości 2 Mpx uzyskanie zdjęcia o rozdzielczości 4 Mpx. Mikroskopia konfokalna – odmiana mikroskopii świetlnej charakteryzująca się powiększonym kontrastem i rozdzielczością. Używana do uzyskania wysokiej jakości obrazów oraz rekonstrukcji obrazów w trzech wymiarach.

    Tomografia Optyczna z użyciem światła częściowo spójnego (ang. Optical Coherence Tomography - OCT) jest metodą diagnostyczną pozwalającą na uzyskanie wysokiej rozdzielczości podpowierzchniowych obrazów materiałów przepuszczających światło. QXGA (ang. Quad eXtended Graphics Array) - jeden ze standardów rozdzielczości ekranu. Rozdzielczość ekranu w tym standardzie wynosi 2048x1536 piksele. Standard ten jest ulepszoną wersją standardu UXGA (1600x1200 pikseli). Nie zaprezentowano dotychczas standardów o wyższej rozdzielczości dla ekranów o proporcjach 4:3. Istnieją standardy o wyższej rozdzielczości dla innych proporcji wymiarów ekranu np. WQXGA.

    4K – wysokiej jakości standard rozdzielczości filmów cyfrowych oraz grafiki komputerowej. Nazwa pochodzi od 4 tysięcy pikseli umieszczonych w pozycji horyzontalnej. 4K jest jakościowo dwukrotnie lepsza od powszechnie używanej jakości Full High-Definition. Obecnie wyróżniamy kilka różnych rozdzielczości kwalifikowanych z 4K: Definicja intuicyjna:
    Automat komórkowy to system składający się z pojedynczych komórek, znajdujących się obok siebie. Ich układ przypomina szachownicę lub planszę do gry. Każda z komórek może przyjąć jeden ze stanów, przy czym liczba stanów jest skończona, ale dowolnie duża. Stan komórki zmieniany jest synchronicznie zgodnie z regułami mówiącymi, w jaki sposób nowy stan komórki zależy od jej obecnego stanu i stanu jej sąsiadów.

    Rozdzielczość tonalna rejestracji − rozdzielczość tonalna świadczy o zdolności układu rejestracji do reprodukcji zmian intensywności w rejestrowanym obrazie, a więc do wierności odwzorowania walorów obrazu. W przypadku rejestracji przy pomocy materiałów halogenosrebrowych trudno jest mówić o tym parametrze ze względu na bezstopniowość reprodukcji tonalnej tej metody rejestracji (a więc charakterze reprodukcji naturalnym dla widzenia człowieka). Rozdzielczość tonalna będzie natomiast kluczowa dla systemów cyfrowej rejestracji obrazu, gdzie sygnał intensywnościowy jest kwantowany.

    Mikroskop elektronowy — mikroskop wykorzystujący do obrazowania wiązkę elektronów. Mikroskop elektronowy pozwala badać strukturę materii na poziomie atomowym. Im większa energia elektronów tym krótsza ich fala i większa rozdzielczość mikroskopu.

    Antyaliasing (ang. anti-aliasing) – zespół technik w informatyce służących zmniejszeniu liczby błędów zniekształceniowych aliasing lub schodkowania obrazu, powstających przy reprezentacji obrazu lub sygnału o wysokiej rozdzielczości w rozdzielczości mniejszej. Pluripotencja (pluripotencjalność) jest zdolnością pojedynczej komórki do zróżnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych poza komórkami trofoblastu, które w późniejszych stadiach rozwoju tworzą łożysko. Z pluripotencjalnych komórek macierzystych pochodzących z najwcześniejszego stadium zarodka – 5-dniowej blastocysty biorą początek komórki wszystkich tkanek i narządów. Zaledwie 30-35 tych komórek, z których składa się węzeł zarodkowy blastocysty "gromadzi" instrukcje dla 100 bilionów (10) komórek tworzących ludzki organizm.

    Dodano: 24.11.2010. 16:49  


    Najnowsze