Skinner nyt lys på cellemembraner med forbedret billeddannelse

Forskning fra Matthew Lews laboratorium ved Washington University i St. Louis tilbyder helt nye måder at se det helt små på.

Forskningen — to artikler af ph.d. studerende ved McKelvey School of Engineering – blev offentliggjort i tidsskrifterne Optica og Nano-bogstaver .

De har udviklet ny hardware og algoritmer, der giver dem mulighed for at visualisere byggestenene i den biologiske verden ud over tre dimensioner på en måde, som indtil nu ikke var mulig. Når alt kommer til alt er celler 3D-objekter og fulde af "ting" - molekyler - der bevæger sig rundt, roterer, drejer og tumler for at drive selve livet.

Ligesom traditionelle mikroskoper er arbejdet med to ph.d. studerende i Lew-laboratoriet, Tingting Wu og Oumeng Zhang, bruger lys til at kigge ind i den mikroskopiske verden - men deres innovationer er alt andet end traditionelle. I øjeblikket, når folk bruger lys til billeddannelse, er de sandsynligvis interesserede i, hvor stærkt lyset er, eller hvilken farve det er. Men lys har andre egenskaber, herunder polarisering.

"Oumengs arbejde fordrejer lysets polarisering," sagde Lew, assisterende professor i Preston M. Green Department of Electrical &Systems Engineering. "På denne måde kan du både se, hvordan ting oversættes (bevæger sig i lige linjer) og roterer på samme tid" - noget traditionel billedbehandling ikke gør.

"Udviklingen af ​​ny teknologi og evnen til at se ting, vi tidligere ikke kunne se, er spændende," sagde Zhang. Denne unikke evne til at spore både rotation og position på samme tid giver ham enestående indsigt i, hvordan biologiske materialer – for eksempel menneskelige celler og patogener – interagerer.

Wus forskning giver også en ny måde at afbilde cellemembraner på og på en måde at se inde i dem. Ved hjælp af fluorescerende sporstofmolekyler kortlægger hun, hvordan sporstofferne interagerer med fedt- og kolesterolmolekyler i membranen og bestemmer, hvordan lipiderne er arrangeret og organiseret.

"Enhver cellemembran, enhver kerne, alt i cellen er en 3D-struktur," sagde hun. "Dette hjælper os med at undersøge det fulde billede af et biologisk system. Dette gør os i stand til, for enhver biologisk prøve, at se ud over tre dimensioner – vi ser 3D-strukturen plus tre dimensioner af molekylær orientering, hvilket giver os 6D-billeder."

Forskerne udviklede computational imaging-teknologi, som synergerer software og hardware sammen, for at kunne se det hidtil usynlige.

"Det er en del af innovationen," sagde Lew. "Traditionelt har biologiske billeddannelseslaboratorier været bundet til, hvad end kommercielle producenter laver. Men hvis vi konstruerer tingene anderledes, kan vi gøre så meget mere." + Udforsk yderligere

Vortex-mikroskop ser mere end nogensinde før