操纵细胞与光网络——光学显微镜的新领域

新的光学显微镜系统称为SIFOM(刺激和成像功能光学显微镜)同时可以刺激多个细胞的全息方法和监控细胞活动刺激后使用3 d测量基于荧光全息术。

这个系统有潜在应用的工具重建丢失的神经通路,构建人工神经网络,和食品资源开发。SIFOM的概念和可行性检查11月1日发表在光学信,一个光学和光子学研究领域的顶级期刊上。

到目前为止,许多相衬显微镜等光学显微镜,荧光显微镜、多光子显微镜,super-resolved荧光显微镜已经开发出来。最近的光学技术的突破使科学家们想象的超细结构细胞及其功能甚至在体外和体内。

我们现在可以使用光遗传学中的光操纵细胞活动利用脑细胞或其他相关蛋白质(参见图1)。然而,目前optogenetics-based光刺激用来操纵细胞活动过于简单,使用由领导统一接触或通过视神经纤维,所以只有一个低水平的细胞操作是可能的。

本研究提出了一种新的光学显微镜系统称为SIFOM(图2)。SIFOM由两项子功能:3 d的观察细胞和3 d刺激细胞基于数字全息术。这是第一个显微镜是装备技术,可以同时进行3 d观察和刺激,和它有潜在的应用在生命科学领域的开创性的工具。使用高速scanless摄影,这项技术可以让我们获得多个事件发生在三维空间信息在很短的时间内框架。

作为一个验证实验中,该团队使用肺癌细胞和荧光珠约10微米大小。他们记录荧光全息散焦状态从焦点位置的方向的深度和实现重建细胞和荧光珠(图3)。

图3:3 d肺癌细胞的记录;(a)二维荧光观察,(b)荧光全息图当一个细胞选择性提取,(c)一个全息图在80年搬到深度µm, (d) (c)的重建,(e)提取两个细胞和暴露光刺激后,(f)全息图的时候搬到80,(g)重建(f)。图片来源:神户大学

这项研究是由一个多学科合作研究维克教授领导的研究小组(神户大学、研究生院医学)和教授Osamu Matoba(神户大学,研究生院系统信息)与教授合作Yasuhiro Awatsuji(京都理工学院,电气工程学院和电子)和教授Yoshio Hayasaki(宇都宫大学光学研究中心和教育)。

在验证试验中,他们能够观察到光刺激最多5细胞。刺激细胞的最大数量决定主要是因为没有足够的光功率的刺激。在二维(二维)空间,预计同步光刺激可能超过100细胞,并在未来,团队旨在扩大刺激深度使用双光子激发至几百微米。

为了观察活细胞,是有限度的荧光以避免损坏细胞的力量,所以高灵敏度测量是必需的。团队旨在克服这些问题和准备新的光学显微镜系统实际使用。教授Matoba评论,“我们有一个研究拨款JST波峰格兰特JPMJCR1755数量,日本制造SIFOM然后把它应用到神经科学的进一步发展。我们将与公司合作在商业市场中引入新的光学显微镜”。

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参考:

全,X。库马尔,M。Matoba, O。Awatsuji, Y。Hayasaki, Y。长谷川,S。&后h (2018)。三维生物细胞的刺激和成像功能的光学显微镜。光学字母,43 (21),5447。doi: 10.1364 / ol.43.005447