22:00 
Команда под руководством Раджу Томера, профессора биологических наук Колумбийского университета, создала новую конструкцию микроскопов и линз для микроскопов, которая может вывести 3D-визуализацию тканей за пределы современных систем, одновременно радикально сокращая затраты и сложность. Подробности конструкции были опубликованы сегодня в журнале Nature Biotechnology.
Современная биология и медицина все больше зависят от трехмерных изображений высокого разрешения неповрежденных тканей, таких как мозг и биопсии рака. Изображения позволяют исследователям картировать нейронные цепи, характеризовать болезни и обучать модели искусственного интеллекта следующего поколения для диагностики, а также для других целей. Но прогресс в получении изображений этих тканей в больших масштабах был затруднен из-за линз, которые улавливают свет от образцов. Исследователям пришлось пойти на компромисс: линзы с «масляной иммерсией», которые касаются образца через каплю масла, обеспечивают максимально четкое изображение; но они дороги, могут видеть максимум на несколько миллиметров в глубину и требуют специальной подготовки проб. Более дешевые линзы, которые работают на расстоянии в воздухе, могут проникать в образец на расстояние до нескольких сантиметров, но при использовании с химическими веществами, которые делают ткани прозрачными для трехмерного просмотра, они создают размытое изображение.
Решение команды Tomer под названием HySIL (гибридная твердотельно-жидкостная оптика) решает обе проблемы. Он сочетает в себе простую изогнутую сплошную линзу с точно подобранной иммерсионной жидкостью, поэтому они функционируют как единая непрерывная оптическая система. Конструкция позволяет недорогим воздушным линзам получать изображения с высоким разрешением тканей сантиметрового масштаба и практически любым распространенным методом подготовки проб без каких-либо аппаратных изменений.
Чтобы продемонстрировать концепцию, команда создала модульное устройство под названием SCOPE, которое можно добавлять непосредственно к существующим световым микроскопам. Они также разработали экспериментальный вариант с еще более высоким разрешением, получивший название Super-SCOPE.
Мы сломали давний компромисс в микроскопии между производительностью и доступностью. Сделав иммерсионную жидкость активным оптическим компонентом, а не пассивным наполнителем, мы получаем разрешение самых дорогих лабораторных систем при стоимости и занимаемой площади оборудования, которое подходит где угодно, от учебных лабораторий до клиник в условиях ограниченных ресурсов».
Раджу Томер, профессор биологических наук Колумбийского университета
Эти технологии были также добавлены в компактный проекторный световой микроскоп (pLSM), разработанный группой Томера в 2024, который теперь доступен на коммерческой основе под названием SLICE.
Работая с сетью научных сотрудников в области наук о жизни, авторы статьи продемонстрировали pLSM-SCOPE на цельном мозге мышей, саламандр и пещерных рыб для картирования нейронных цепей; выращенные в лаборатории миниатюрные ткани головного мозга человека, используемые для изучения развития и заболеваний; а также биопсию неповрежденных раковых клеток человека для 3D-патологий следующего поколения. могут быть прикреплены к другим типам микроскопов, включая конфокальные, двухфотонные и другие методы трехмерной визуализации.
"Сделав трехмерную визуализацию намного проще в масштабировании, эта работа может помочь в создании нового поколения моделей искусственного интеллекта для обнаружения, классификации и прогнозирования заболеваний", - сказал Томер. "Ни одна из этих демонстраций не была бы возможна без наших замечательных сотрудников в области нейробиологии, биологии развития и патологии, а также нашего отраслевого партнера. MBF Bioscience».
Джек Глейзер, соучредитель и генеральный директор MBF Bioscience, был соавтором статьи. «Новая оптическая концепция меняет область только в том случае, если лаборатории без специализированных знаний в области оптики действительно могут использовать ее изо дня в день», — сказал Глейзер. «Что дает нам HySIL, так это редкое сочетание более низкой стоимости и более высокой производительности в одном и том же приборе. Разработка надежной, хорошо поддерживаемой системы световых листов делает ее тем, на что могут положиться рабочие лаборатории в нейробиологии, исследованиях рака, биологии развития и патологии».
На протяжении десятилетий большая часть анализа тканей основывалась на тонких двумерных срезах ткани, помещенных на предметные стекла. Но многие важные биологические особенности и особенности заболеваний лучше видны в трех измерениях, что позволяет эта новая технология.
Ханина Хибшуш, профессор патологии и клеточной биологии из Медицинского центра Ирвинга Колумбийского университета.
"Изучение 3D-изображений тканей позволяет увидеть всю архитектуру ткани, а не только поперечное сечение, которым традиционно ограничивалась патология", - сказал Хибшуш. "Такие инструменты, как pLSM-SCOPE, которые делают этот вид визуализации доступным и доступным, будут становиться все более важными, поскольку искусственный интеллект помогает нам анализировать все большие объемы данных о тканях для диагностики и прогноза".
исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения Колумбийского университета, который подал заявки на патенты, относящиеся к каждой из технологий, описанных в статье.
