Ist es möglich, genau zu wissen, wohin man ein Mikroskop richten muss, um den genauen Moment festzuhalten, in dem ein Bakterium oder ein Virus eine Zelle infiziert? Um hochauflösende mikroskopische Bilder von lebendem biologischem Material aufzunehmen, müssen Sie genau wissen, wohin Sie das Mikroskop richten müssen. Forscher der Universität Lund in Schweden haben jetzt eine Softwarelösung für smarte, datengetriebene Mikroskopie entwickelt, die dies möglich macht. Die Forschung ist veröffentlicht in Cell Reports-Methoden.
Eine Herausforderung bei der Erstellung von Bildern von lebendem biologischem Material wie Zellen besteht darin, das Mikroskop auszurichten, um die spezifische Interaktion zu erfassen, an der Sie interessiert sind – beispielsweise den Moment der Infektion. Es ist schwierig zu wissen, ob Sie am richtigen Ort sind, und der Erfolg erfordert oft viele Versuche, die Monate dauern können. Forscher der Universität Lund beschlossen, eine Lösung zu finden, die sie intelligente Mikroskopie nennen.
„Zunächst wird ein grober Scan der zu fotografierenden Probe mit niedriger Auflösung durchgeführt, der Datenpunkte über die Probe und einen schnellen Überblick liefert. Von uns entwickelte Algorithmen berechnen dann genau, wo das motorisierte Mikroskop hineinzoomen muss, um das zu erfassen, was wir erfassen.“ interessiert sind – oder etwas, das Sie in der untersuchten Probe möglicherweise nicht erwartet haben“, sagt Pontus Nordenfelt, Forscher für Infektionsmedizin an der Universität Lund.
Das Verfahren beinhaltet eine Softwareaktualisierung des gewöhnlichen Mikroskops und hat viele Anwendungen. Ein Bereich, in dem Forscher glauben, dass die Lösung Auswirkungen haben wird, ist für diejenigen, die die Zellmigration untersuchen, zum Beispiel, wie sich Krebszellen im Körper bewegen. Ein Bild mit niedriger Auflösung erfasst schnell Datenpunkte auf den sich bewegenden Krebszellen. Diese Informationen werden dann verwendet, um die Koordinaten zu berechnen, wo das Mikroskop in hoher Auflösung filmen soll. Das Ergebnis ist ein hochauflösender Film der Zellen, die zum Beispiel in der Krebsforschung von größtem Interesse sind.
Ein weiteres hochaktuelles Einsatzgebiet der Methode sind Untersuchungen des Immunsystems. Hier ist es möglich, entweder Zellen oder Mikroben (z. B. Bakterien, Pilze oder andere Mikroorganismen), die sich anders verhalten, zu finden und das Mikroskop automatisch auszurichten, um sie in hoher Auflösung zu filmen. Forscher sind dann in der Lage, Patientenproben zu analysieren und Anomalien zu finden oder wirksame Behandlungen zu finden. So wurde eine frühe Variante des Verfahrens genutzt, um neutralisierende Antikörper gegen SARS-CoV-2 zu finden.
Forscher schlagen vor, dass die Methode neben dieser Zeitersparnis auch bedeutet, dass die richtigen Dinge auf eine Weise erfasst werden, die reproduzierbar ist. Das Verfahren kann verwendet werden, um ein Bild derselben einzelnen Zelle in einer Probe aufzunehmen, jedoch mit unterschiedlichen Arten von Mikroskopen.
„Normalerweise entscheidet der Mensch, welche Interaktion erfasst werden soll und was ausreichend gute Daten sind. Fakt ist aber, dass wir das nicht so gut können. Mit smarter Mikroskopie kann man aus den Daten genau das ableiten, was es ist.“ möchten Sie sammeln, wodurch das Potenzial für menschliche Fehler aus dem Sammelprozess selbst entfernt wird“, sagt Oscar André, Doktorand an der Universität Lund und Erstautor des Artikels.
Forscher haben ihre Methode an verschiedenen Szenarien getestet und nun mit Cytely (.io) ein Unternehmen gegründet, um das Konzept weiterzuentwickeln und mehr Menschen Zugang zu der Technologie zu verschaffen.
Mehr Informationen:
Oscar André et al, Datengesteuerte Mikroskopie ermöglicht die automatisierte kontextspezifische Erfassung von High-Fidelity-Bilddaten, Cell Reports-Methoden (2023). DOI: 10.1016/j.crmeth.2023.100419