Молочная железа, мозг саламандры и опухоли в полном объеме: новая оптическая система нарушает старые правила микроскопии и снижает затраты на исследования.
Исследователи из Колумбийского университета разработали новую оптическую технологию HySIL (гибридная твердо-жидкостная оптика), позволяющую получать высококачественные трехмерные изображения крупных биологических образцов, одновременно сохраняя невысокие затраты на оборудование и лабораторные работы. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
Современная биология и медицина все больше зависят от качественной 3D-визуализации тканей — от мозга до опухолевых биопсий. Однако исследователям долгое время приходилось выбирать между дорогостоящими высокоточными объективами и более бюджетными системами с заметно худшим качеством изображения.
Новая разработка команды профессора Раджу Томера решает эту проблему. Основой HySIL является комбинация специальной изогнутой твердой линзы и тщательно подобранной иммерсионной жидкости. Эти элементы функционируют как единая оптическая система, позволяя недорогим объективам получать изображения качества, ранее доступного только значительно более дорогим установкам.
От мозга саламандры до опухолей человека
Для демонстрации возможностей технологии ученые разработали модульную систему SCOPE, которую можно устанавливать на существующие световые микроскопы. Также создана версия Super-SCOPE с еще более высоким разрешением.
В ходе испытаний технология применялась для изучения:
- Цельного мозга мыши, саламандры и слепой пещерной рыбки;
- Органоидов человеческого мозга, выращенных в лабораторных условиях;
- Нетронутых образцов раковых опухолей человека.
Такой подход позволил анализировать ткани не в виде традиционных тонких срезов на стекле, а в полном объеме.
Особенно впечатляющими стали изображения ткани молочной железы человека (фото выше). Ученые смогли изучить трехмерную структуру продуцирующих долек, которая почти недоступна для стандартной микроскопии.
Авторы подчеркивают, что HySIL является универсальной платформой и может использоваться не только в светолистовой микроскопии, но и в конфокальных, двухфотонных и других системах трехмерной визуализации.
Почему это важно для медицины и ИИ
По мнению исследователей, упрощение и удешевление 3D-визуализации способны ускорить развитие алгоритмов искусственного интеллекта для диагностики заболеваний. Чем больше объемных данных о тканях получают ученые и врачи, тем более эффективно можно обучать нейросети распознавать признаки болезней, оценивать прогноз и подбирать лечение.
Участница экспериментов, врач-патологоанатом, дополнительно отметила, что трехмерный анализ позволяет видеть всю архитектуру ткани, а не только отдельный срез, как это происходит в традиционной патанатомии.
Мы разрушили давний компромисс между производительностью микроскопии и ее доступностью.
Фото: hi-tech.mail.ru