Biyomedikal Mikroskoplarla Dokularda Derinlere

Işık-levha floresan mikroskobu ile üç-foton emilimi tekniğinin birleştirilmesi sinir bilimi ve diğer bilimsel araştırmalar için önemli bir gelişme olabilir!

WASHINGTON – Son zamanlarda geliştirilen ışık-levha floresan mikroskobu (light-sheet florescence microscopy) tekniği ile 3 boyutlu doku görüntüleri elde edilebilmektedir. Kullanılan floresan etiketleme tekniği ile canlı hayvan embriyoları dâhil olmak üzere birçok alanda çalışmalar devam etmektedir. Araştırmacılar, 3-foton emilimi olarak bilinen ‘optik fenomen’ kullanılarak ışık-levha floresan mikroskobunda görüntüleme derinliğini arttırdıklarını açıkladılar.

Araştırmacılar, OSA (The Optical Society of America) ‘opticsletter’ dergisinde yayınlanan yazılarında, 3 foton emilimi ve ışık-levha floresan mikroskobunu birleştirerek, doku derinliklerinde görüntü elde edildiğini açıkladı. Kanıt olarak, 450 mikron çapında spheroid olarak bilinen hücrelerin net görüntülerini sundular.

Araştırma ekibi lideri, İngiltere St. Andrews Üniversitesi’nden Kishan Dholakia : ‘ Bu çalışma bilim insanlarının biyolojik süreçler hakkında daha iyi veriler elde etmelerine yardımcı olabilecek. Ayrıca derinlemesine daha iyi görüntüleme ihtiyacının karşılanması açısından da oldukça önemlidir. Bu uygulama özellikle sinir-bilim ve biyoloji alanlarında yapılan çalışmalarda ve ilaç keşifleri için çoklu örneklerin otomatik olarak görüntülenmesinde kullanılabilir. Floresan etiketlerin görüntülenmesi için gereken ışık, hastalık süreçlerini incelemek için kullanılan beyin dokusu veya hayvan embriyoları gibi hassas biyolojik numunelere zarar verebilir ve hatta ölümcül olabilir. Işık-levha floresan mikroskobu, bir örneği ince bir ışık tabakasıyla aydınlatır ve numunenin diğer kısımları gereksiz ışığa maruz kalmaz. Böylece daha az optik hasarla hızlı ve yüksek çözünürlüklü görüntüleme gerçekleşir.

Makalenin başyazarı AdriàEscobet-Montalbán : ‘3-foton, ışık-levha floresan mikroskobunun fare gibi kemirgenlerin beyinlerinin görüntülenmesinde etkili bir kullanım alanı olmasını bekliyoruz. Bu çalışma sayesinde hücre içi geniş alanlı görüntülemeler de yapılabilecek. ’

Derin Görüntüleme

Araştırmacılar, yeni geliştirilen bu mikroskop ile daha önce kullanılmış olan 2-foton emilimi yöntemini karşılaştırmayı amaçlıyor. Çoklu foton emilimlerinde, floresan etiketi geleneksel floresan üretmek için kullanılan bir fotondan ziyade, iki veya üç fotonun emiliminden veya uyarılmasından sonra ışık verir. Çoklu foton emilimi, odak dışı ışığı azaltır. Böylece numuneye zarar verebilecek ışığı en aza indirir, çünkü doku tarafından daha az saçılan, daha uzun dalga boyları kullanarak uyarılmış ışığı küçük bir hacme hapseder. Çalışmalarda floresan üretmek için iki foton yerine üç foton kullanıldığında daha verimli sonuçlar alındığı gözlemlenmiştir.

Geliştirdikleri yeni teknikle araştırmacılar, ışık-levha floresan mikroskobu için standart bir optik kurulum için geleneksel, 2-foton uyarımı yapan, darbeli bir lazer kullandılar. Bu lazerin verimli bir üç-foton uyarımı oluşturmak için çok uygun olmadığını fakat iki ve üç foton uyarılmalarını karşılaştırmak için ideal olduğunu gözlemlediler.

Araştırmacılar, 2 ve 3 foton uyarımı tekniğini kullanarak, insan embriyonik böbrek hücrelerinin sferoidlerini görüntülemeyi başarmıştır. Sferoidin yüzeyinin yanında, her iki görüntüleme yönteminin de benzer şekilde gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, sferoidin uzak tarafında, üç foton, ışık-levha floresan mikroskobu için görüntü kalitesi ve kontrastı korunurken, iki foton görüntüsünün kalitesinin önemli ölçüde azaldığı gözlemlenmiştir.

Tekniği Optimize Etmek

Derinlemesine görüntüleme yapmak ve görüş alanını daha da geliştirmek için, araştırmacılar, lazerin ışık şiddeti profilini ‘Gaussian lazer ışını’ ile değil, eş merkezli halkalarla çevrelenmiş merkezi parlak bir merkeze sahip olan bir ‘Bessel ışını’ ile değiştirmeyi denediler.

Makale yazarlarından Federico Gasparoli : ‘Bessel ışınları 2-foton ışık levhası modunda kullanılabilir, ancak eş merkezli halkalarından dolayı ‘potansiyel yapay olgulara’ da neden olabilir. İlk kez, bu problemlerin 3-foton ışık-levhası floresan mikroskobu ile bastırıldığını ve ışının daha da derinleştiğini böylece bu yaklaşımı daha da ilgi çekici hale getirdiğini sayısal ve deneysel olarak gösteriyoruz ’.

Araştırmacılar, 3-foton emilimi için özel olarak tasarlanmış, daha uzun dalga boylarında lazer sistemleri kullanarak, tekniği geliştirmeyi planlıyor. Böylece artan derinlikte görüntülemeyi sağlamayı amaçlıyorlar. Aynı zamanda, örneklerin derinliklerinde floresan etiketlerden yayılan ışığı tespit etmek için yollar geliştirmek için çalışılıyor.

Daha Fazla Bilgi İçin:

Optical manipulation group

Makale İçin:

A. Escobet-Montalbán, F. M.Gasparoli, J. Nylk, P. Liu, Z. Yang, K. Dholakia. “Three-photon light-sheetfluorescence microscopy,” Opt. Lett., 43, 21, 5484-5487 (2018).

DOI:

10.1364/OL.43.005484.

KAYNAK:

OSA

Kapak fotoğraf:

News Engin Umich