Mikroskop adalah pekerja keras di laboratorium untuk penelitian biomedis dan mendiagnosis penyakit dari sampel jaringan seperti biopsi tumor. Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh para insinyur Universitas Washington telah mengembangkan mikroskop yang menggabungkan mikroskop lembaran cahaya berdaya tinggi dan rendah dengan desain bagian atas terbuka yang memungkinkan pencitraan cepat dari berbagai jenis sampel (1).
Penelitian ini dipimpin oleh Dr. Adam Glaser saat bekerja di laboratorium peneliti utama Jonathan Liu, profesor teknik mesin, laboratorium kedokteran dan patologi, dan bioteknologi di Universitas Washington, dengan kolaborator di seluruh negeri dan internasional. Glaser sekarang menjadi Ilmuwan Senior di Allen Institute for Neural Dynamics di Seattle, Washington.
Gambar mikroskop lembaran cahaya bagian atas terbuka dari seluruh otak tikus untuk menyorot pembuluh darah besar (hijau), dan pembuluh darah kecil (oranye dan merah muda). Kredit: Adam K. Glaser, Universitas Washington, Seattle.
Laboratorium Dr. Liu berfokus pada peningkatan kegunaan teknologi mikroskop dalam aplikasi klinis dan laboratorium penelitian. Mikroskop baru mereka disebut mikroskop hybrid open-top light-sheet (OTLS), yang merupakan kombinasi dari beberapa mikroskop berbeda dengan tujuan mengurangi waktu pemindaian dan sumber daya komputer yang diperlukan untuk menganalisis sampel jaringan secara efisien dan akurat satu.
Mikroskop ini unik karena memiliki bagian atas terbuka. Kebanyakan mikroskop memiliki lensa yang melayang di atas spesimen menghadap ke bawah, yang sangat membatasi ukuran spesimen yang dapat ditempatkan pada platform tepat di bawah lensa. Dalam konfigurasi atas terbuka, lensa menghadap ke bawah, “melihat ke atas” melalui platform kaca, yang membuat platform terbuka sepenuhnya sehingga potongan besar jaringan atau sampel yang ditempatkan di lubang pelat kultur dapat dengan mudah terlihat platform dan gambar
Hal baru lainnya adalah bahwa alih-alih memiliki satu tujuan seperti yang ditemukan di sebagian besar mikroskop, mikroskop hibrida memiliki tiga tujuan. Satu yang mengirimkan selembar cahaya ke dalam sampel untuk menerangi pewarna fluoresen di dalam sampel, dan dua lagi yang menangkap gambar fluoresen yang dihasilkan oleh lembaran cahaya yang menerangi. Dua tujuan pengambilan gambar memungkinkan peneliti melihat sampel secara intuitif pada daya tinggi dan rendah. Ketika beberapa spesimen perlu dilihat – peneliti atau teknisi memutuskan apakah akan memeriksa area tertentu lebih dekat – kemampuan untuk melihat dengan cepat pada daya rendah dan tinggi menyederhanakan proses yang sebelumnya sulit.
Prostat manusia sebelum dibersihkan (kiri) dan setelah proses pembersihan (kanan). Larutan pembersih yang diinfuskan menciptakan keseragaman di berbagai lokasi dalam jaringan, sehingga mengurangi hamburan cahaya untuk menghasilkan gambar yang cukup jelas bila dilihat melalui mikroskop. Kredit: Adam K. Glaser, Universitas Washington, Seattle.
“Tim telah berhati-hati dalam merancang sistem mikroskop yang secara signifikan meningkatkan efisiensi pencitraan pada multiskala,” kata Afroz Anderson, direktur Program Pencitraan dan Spektroskopi Optik di Institut Pencitraan Biomedis Nasional, serta beberapa laboratorium penelitian dan patologi dapat diakses oleh. dan Bioengineering, yang ikut mendanai proyek tersebut. “Sistem ini sebagian besar dibangun dari komponen siap pakai, yang memungkinkan laboratorium lain untuk membangun dan mengintegrasikannya ke dalam alur kerja mereka sendiri.”
Tim peneliti mendemonstrasikan kegunaan mikroskop dengan menggambarkan struktur di seluruh otak tikus, yang dikenal sebagai agen pembersih. Tanpa tahap pembersihan, gambar akan terdistorsi karena cahaya tersebar secara berbeda melalui berbagai bagian jaringan. Bahan pembersih menambahkan keseragaman pada jaringan, sehingga mengurangi penyebaran cahaya dan menghasilkan gambar yang lebih jelas.
Dalam satu contoh, mikroskop digunakan untuk memperoleh gambar fluoresen 3D dari sel saraf atau akson di seluruh otak tikus. Sistem hibrida mampu memindai seluruh otak secara instan dengan resolusi rendah untuk mengidentifikasi neuron target, yang kemudian dicitrakan dengan lensa resolusi lebih tinggi. Area milimeter kubik otak dicitrakan dengan kekuatan tinggi untuk mengungkap inti neuron individu dalam waktu kurang dari satu jam – sebuah proses yang membutuhkan 180.000 orang menggunakan mikroskop konvensional serta data pencitraan berukuran terabyte – Itu akan memakan waktu beberapa minggu dari itu. Kumpulan data Gigabyte dihasilkan oleh sistem hybrid.
Dalam percobaan lain, tim mencitrakan otak tikus yang mengandung koloni tumor metastatik yang dibentuk oleh dua jenis garis sel kanker payudara manusia. Desain mikroskop hibrida dengan bagian atas terbuka memungkinkan tim peneliti memindai enam pelat kultur jaringan dengan seluruh otak tikus di setiap lubang. Perangkat enam otak dapat dipindai dengan cepat dengan objektif berdaya rendah untuk mengidentifikasi area yang mengandung koloni metastasis. Tujuan berkekuatan tinggi digunakan untuk menggambarkan dan menganalisis rincian struktural koloni tumor individu.
Gambar mikroskop lembaran cahaya bagian atas terbuka dari otak tengah seluruh otak tikus yang utuh, menunjukkan proyeksi serabut saraf aksonal yang padat. Kredit: Adam K. Glaser, Universitas Washington, Seattle.
Gambar detail berkekuatan tinggi memungkinkan para peneliti untuk melihat bahwa dua garis sel kanker payudara membentuk berbagai jenis koloni sel kanker – tumbuh menjadi massa padat dengan pembuluh darah yang terbentuk dengan jelas yang memberi makan sel kanker, sementara garis sel kanker lainnya menyebar lebih luas. Koloni tanpa hubungan yang jelas dengan pembuluh darah di otak.
Studi metastasis otak dilakukan untuk mereplikasi penelitian yang sebelumnya diterbitkan oleh tim peneliti lain, yang memerlukan transfer sampel secara manual antara dua sistem mikroskop yang berbeda dan penyelesaian pencitraan yang sulit selama beberapa minggu. Sebaliknya, sistem hibrida memungkinkan seluruh eksperimen pencitraan diselesaikan dalam waktu sekitar dua hari – tiga hingga empat jam untuk pencitraan setiap otak dengan daya rendah dan kurang dari satu jam untuk menggambarkan koloni metastasis individu.
“Dedikasi Adam dan rekan-rekan kami lainnya benar-benar menghasilkan sistem pencitraan yang menjanjikan peningkatan signifikan dalam penelitian dan diagnosis penyakit,” jelas Liu. “Dalam percobaan baru-baru ini yang bertujuan untuk mendiagnosis kanker prostat, mikroskop lembaran cahaya terbuka mampu memperoleh gambar 3D rinci dari seluruh biopsi prostat dari pasien. Gambar 3D terperinci dari sampel telah mengungkapkan perbedaan struktural antara sampel kanker prostat yang tumbuh lambat dan agresif, yang kami yakini dapat memandu keputusan pengobatan yang lebih baik bagi banyak pria dengan kanker prostat (2).
Pekerjaan ini didanai oleh berbagai sumber (lihat makalah yang diterbitkan untuk daftar lengkap), termasuk hibah Institut Nasional Pencitraan Biomedis dan Bioteknologi R01EB031002, hibah Institut Kanker Nasional K99CA240681, dan Program Penelitian Kanker Prostat Departemen Pertahanan.
-Thomas Johnson, Ph.D. ditulis oleh.
1. Mikroskop lembaran cahaya atas terbuka hibrida untuk pencitraan jaringan bening multi-skala serbaguna., Glaser AK, Uskup KW, Barner LA, Susaki EA, Kubota SI, Gao G, Serafin RB, Balram P, Turschak E, Nickovich PR, Lai H, Lucas LAG, Yi Y, Nichols EK, Huang H, Rader NP, Wilson JJ , Shivakumar R, Shamskhou E, Stoltzfus CR, Wei J, Ueda HR, Svoboda K, Liu JTC. Metode BERSIH. 2022 Mei;19(5):613-619. doi:10.1038/s41592-022-01468-5. ePUB 2022 11 Mei. PMID: 35545715
2. Stratifikasi risiko kanker prostat melalui patologi 3D nondestruktif dengan analisis kelenjar yang dibantu pembelajaran mendalam. Xie W, Rader NP, Koyuncu C, Liao P, Hawley S, Huang H, Mao C, Postupana N, Kang S, Serafin R, Gao G, Han Q, Uskup KW, Barner LA, Fu P, Wright JL, Keene CD , Vaughn JC, Janowski A, Glaser AK, Madabhushi A, True LD, Liu JTC. Res Kanker. 2022 15 Januari;82(2):334-345. doi:10.1158/0008-5472.can-21-2843. ePUB 2021 1 Des. PMID: 34853071
Dilansir dari dan telah tayang di: https://agenbrilink.net/berita/mikroskop-hibrida-menyederhanakan-pencitraan-untuk-penelitian-dan-kedokteran/20407/