Разработанные за последнее время микроэлектромеханические системы для изучения различных характеристик отдельных клеток дали возможность ответить на многие важные вопросы клеточной биологии. Тем не менее, комплексной и простой в использовании методики неинвазивного специального сканирования (по типу МРТ) отдельных клеток различных размеров не существовало. Новая технология, называющаяся интерференционная градиентная световая микроскопия Gradient Light Interference Microscopy (GLIM™) позволяет получить детальное объемное изображение с высоким разрешением оптически толстых образцов (тканей, сфероидов/органоидов, эмбрионов, моделей животных). Технология GLIM™ является методом количественно-фазовой визуализация (QPI), который позволяет получить высококонтрастное изображение в многослойных образцах с толщиной более 100 микрон с высокой оптической плотностью. Метод используется при исследованиях:
- 3D морфология бычьих эмбрионов
- проведение анализов на модельных системах (3D сфероид/органоид) с субклеточным разрешением
- процессы, протекающие в клетках: рост, пролиферация
- цитотоксичность, жизнеспособность, иммуноклеточное взаимодействие, старение, апоптоз
- морфология мозговой ткани (острая или фиксированная)
- 3D структуры и микроскопические модели животных: нематод, эмбрионы рыб, насекомых, млекопитающих
- группы растительных клеток с единой функцией, строением и происхождением
3D-Оптическая визуализация в режиме реального времени клеток при помощи технологии SLIM™, GLIM™ (видео презентация).
3D-Оптическая визуализация в режиме реального времени сфероидов, образованных клетками лимфомы, при помощи технологии GLIM™ (видео презентация).
3D-Оптическая визуализация в режиме реального времени Данио-рерио при помощи технологии GLIM™ (видео презентация).
Компания Phi Optics, Inc. разработала метод градиентно-световой интерференционной микроскопии Gradient Light Interference Microscopy (GLIM™) являющейся сочетанием фазово-контрастной микроскопии и голографии, что позволяет получать данные отдельных клеток и проводить 3D-реконструкцию объекта с микронной точностью.
Метод GLIM — Gradient Light Interference Microscopy (интерференционная микроскопия на базе пространственного модулятора света). Основная идея заключается в комбинации метода фазового контраста Цернике и голографии Габора.
Освещение образца по типу ДИК микроскопии использует два одинаковых по мощности кросс-поляризованных пучка, смещенных в поперечном направлении поляризационной конденсаторной призмой Волластона на расстояние, меньшее дифракционного пятна. После прохождения через образец и вторую призму Волластона результирующие пучки попадают в модуль GLIM™, минуя анализатор.
Модуль GLIM™, как и SLIM™, представляет собой 4f оптическую систему, образованную двумя фурье-объективами (Fourier lens L1 и L2). Активная ось SLM выровнена вдоль опорного направления поляризации луча и задерживает его фазу кратно π/2 радиантам, в то время как другое поле остается не модифицированным. Точно контролируя фазовый сдвиг между двумя лучами, можно получить четыре изображения интенсивностей с одинаковым некогерентным фоном, но различными когерентными вкладами на плоскость камеры. Вычитание двух пар изображений (синусоидального и косинусоидального) друг от друга сохраняет когерентный компонент, сохраняя при этом многократное рассеяние. Модуль GLIM™ (интерференционной приставки) к фазово-контрастному микроскопу Цернике. имеет сходство с SLIM™, пространственный жидкокристаллический модулятор света в данном случае работает в проходящем излучении и по иному принципу, который заключается во вращении жидких кристаллов. (ссылка на описание SLIM™).
Наиболее важным аспектом технологии GLIM™ является то, что каждый луч раздваивается, входя в микроскоп. Один из полученных лучей направляется сквозь наблюдаемую частицу, другой — мимо неё по той же или дополнительной оптической ветви микроскопа. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Два световых пучка всегда одинаковы по мощности, но при этом имеют одинаковую степень ослабления (обладают одинаковым фоновым шумом) из-за многократного рассеяния в образце, так что они мешают высокой контрастности объекта, независимо от толщины образца.
Модульные устройство позволяют легко накладывать и ко-регистрировать пиксели с помощью флуоресцентных каналов микроскопа, что дает возможность проводить контрольные и ко-локализационные эксперименты на основе флуоресцентных меток. Таким образом, каналы SLIM™ и GLIM™ дополняют существующие флуоресцентные возможности микроскопа, предлагая неограниченное количество комбинаций трехмерного сканирования и получения изображений по времени.
Новый метод трехмерного сканирования образца по технологии GLIM™ может решить самую актуальную проблему микроскопической диагностики в экстракорпоральном оплодотворении – отобрать наиболее жизнеспособные эмбрионы, повышая шансы на успешную беременность пациенток с бесплодием. В ходе осмотра врач сможет получить трехмерную модель плода всего за несколько минут.
Популярные способы диагностики плода основаны на применении химических маркеров, которые могут обнаружить любые генетические мутации и заболевания. Однако эти маркеры токсичны для живых тканей.
Главным отличием нового метода диагностики является его неинвазивность — отсутствие необходимости делать прокол через кожный покров и вводить токсичные для организма маркеры.
Краткая видео презентация по технологии GLIM™ Phi Optics, Inc. (США)
