Interaksi Sel Nano Diteroka Melalui Platform Imajing Sotilt3d

---

Sekumpulan penyelidik di Rice University yang diketuai oleh Anna-Karin Gustavsson telah membangunkan platform pengimejan inovatif yang berpotensi untuk meningkatkan pemahaman kita tentang struktur sel pada skala nano. Platform ini, yang dikenali sebagai soTILT3D, menggunakan cahaya condong dan fungsi penyebaran titik 3D (PSF) untuk pengimejan super-resolusi, membolehkan pengimejan 3D yang pantas dan tepat bagi pelbagai struktur sel sementara persekitaran ekstraselular dapat dikawal dan disesuaikan dengan mudah. Penelitian ini baru sahaja diterbitkan dalam Nature Communications.
Meneliti sel pada skala nano memberikan pandangan tentang mekanisme rumit yang mempengaruhi tingkah laku sel, membolehkan penyelidik mengungkapkan butiran penting untuk memahami kesihatan dan penyakit. Ini termasuk memahami bagaimana interaksi molekul menyumbang kepada fungsi sel, yang penting untuk terapi yang lebih tepat dan memahami pengembangan penyakit.
Walaupun mikroskopi fluoresen konvensional sangat berguna, ia mempunyai batasan kerana pembiasan cahaya, yang menyukarkan untuk membezakan ciri-ciri yang lebih kecil daripada beberapa ratus nanometer. Teknik mikroskopi super-resolusi juga mempunyai kelemahan seperti latar belakang fluoresens yang tinggi dan kelajuan pengimejan yang perlahan, terutamanya untuk sampel tebal atau agregat sel yang kompleks. Tambahan pula, teknik ini biasanya tidak dapat mengawal persekitaran sampel dengan tepat.
Platform soTILT3D mengatasi cabaran-cabaran ini secara langsung. Dengan menggabungkan cahaya condong, sistem mikrofluida yang dinano-cetak dan alat pengiraan canggih, soTILT3D memperbaiki ketepatan dan kelajuan pengimejan, membolehkan visualisasi jelas bagaimana struktur sel yang berbeza berinteraksi pada skala nano, bahkan dalam sampel yang sukar.
Inovasi Platform soTILT3D menggunakan cahaya lembaran condong untuk menerangi lapisan nipis sampel, yang meningkatkan kontras dengan mengurangkan fluoresens latar belakang dari kawasan di luar fokus, terutama dalam sampel biologi tebal seperti sel mamalia.
“Cahaya lembaran dibentuk menggunakan lensa objektif yang sama dengan yang digunakan untuk pengimejan, yang sepenuhnya boleh dihalakan, diubahsuai untuk menghilangkan artefak bayangan yang lazim dalam mikroskopi cahaya lembaran dan diletakkan pada sudut untuk membolehkan pengimejan sehingga ke penutup gelas,” kata Gustavsson, profesor kimia di Rice dan penulis utama kajian ini. “Ini membolehkan kami mengimejan keseluruhan sampel dari atas ke bawah dengan ketepatan yang lebih baik.”
Sistem mikrofluida yang direka khusus ini turut dilengkapi dengan cermin mikrometal yang boleh disesuaikan, membolehkan kawalan tepat terhadap persekitaran ekstraselular dan pertukaran larutan yang cepat, sangat sesuai untuk pengimejan pelbagai sasaran secara berturutan tanpa pergeseran warna sambil membolehkan pantulan cahaya dari lembaran ke dalam sampel.
“Reka bentuk dan geometri cip mikrofluida dan penyisip nanoprint dengan cermin mikrometal boleh disesuaikan dengan mudah untuk pelbagai sampel dan skala panjang, memberikan fleksibiliti dalam pelbagai penyetempatan eksperimen,” kata Nahima Saliba, penulis bersama pertama kertas tersebut bersama pelajar pascasiswazah Gabriella Gagliano, yang juga merupakan anggota Institut Smalley-Curl dan Program Pascasiswazah Fizik Terapan di Rice.
Selain itu, soTILT3D juga menggunakan alat pengiraan seperti pembelajaran mendalam untuk menganalisis konsentrasi fluorofor yang lebih tinggi bagi meningkatkan kelajuan pengimejan dan algoritma untuk pembetulan drift secara masa nyata, membolehkan pengimejan stabil dan tepat dalam jangka masa yang panjang.
“Reka bentuk PSF platform ini membolehkan pengimejan 3D bagi molekul tunggal, sementara pembelajaran mendalam menangani keadaan pemancar padat yang sering bermasalah dengan algoritma konvensional, yang secara signifikan meningkatkan kelajuan pengambilan gambar.”
Nahima Saliba, Rice University
Peranti mikrofluida soTILT3D juga menyokong pengimejan Exchange-PAINT automatik, membolehkan pelbagai sasaran ditvisualisasikan secara berturutan tanpa pergeseran warna yang biasa terdapat dalam pendekatan multicolor ketika mengimejan pada kedalaman skala nano.
Keputusan yang Mencolok Platform soTILT3D menunjukkan peningkatan yang ketara dalam ketepatan dan kelajuan pengimejan. Cahaya lembaran condong meningkatkan nisbah isyarat ke latar belakang dalam pengimejan sel sehingga enam kali ganda berbanding dengan metode epi-illumination tradisional, meningkatkan kontras dan membolehkan pemetaan tepat pada skala nano.
“Tahap detail ini membuka pandangan baru tentang aspek seni bina sel 3D yang biasanya sukar dilihat dengan pendekatan konvensional,” kata Gagliano.
Dari segi kelajuan, soTILT3D memberikan peningkatan sepuluh kali ganda apabila digabungkan dengan kepadatan pemancar tinggi dan analisis pembelajaran mendalam, membolehkan penyelidik menangkap gambar terperinci bagi struktur kompleks seperti lamina nukleus, mitokondria dan protein membran sel dalam masa yang lebih singkat. Selain itu, platform ini juga menyokong pengimejan multitarget 3D dengan ketepatan yang tinggi, menangkap taburan pelbagai protein dalam seluruh sel dan mengukur jarak pada skala nano antara mereka. Penyelidik kini boleh memvisualisasikan susunan spatial protein yang berdekatan seperti protein lamina nukleus lamin B1 dan lamin A/C serta protein yang berkaitan dengan lamina dengan ketepatan yang luar biasa, menawarkan pandangan baru tentang organisasi protein dan peranannya dalam mengatur fungsi sel.
Penggunaan yang Luas dalam Biologi dan Perubatan Platform soTILT3D membuka peluang baru untuk penyelidik dalam pelbagai bidang. Kemampuannya untuk mengimejan sampel kompleks, termasuk agregat sel stem, memperluaskan aplikasi ini bukan sahaja terhad kepada sel individu. Sistem mikrofluida yang biokompatibel pula menjadikannya sesuai untuk pengimejan sel hidup, memungkinkan saintis untuk mengkaji respons sel terhadap rangsangan berbeza secara nyata dengan kerosakan foto yang minimum. Ciri pertukaran larutan yang terkawal dengan tepat juga menjadikan soTILT3D alat ideal untuk menguji bagaimana rawatan ubat memberi kesan kepada sel secara masa nyata.
“Dengan soTILT3D, kami berhasrat untuk mencipta alat pengimejan yang fleksibel yang dapat mengatasi had mikroskopi super-resolusi tradisional,” kata Gustavsson. “Kami berharap kemajuan ini akan meningkatkan kajian dalam biologi, biofisika, dan biomedicine, di mana interaksi yang rumit pada skala nano adalah kunci untuk memahami fungsi sel dalam kesihatan dan patogenesis.”
Sumber:
Rujukan jurnal:
Saliba, N., et al. (2024) Whole-cell multi-target single-molecule super-resolution imaging in 3D with microfluidics and a single-objective tilted light sheet. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-024-54609-z.


Source link
The post Interaksi Sel Nano Diteroka Melalui Platform Imajing SoTILT3D appeared first on Edisi Viral Plus.

---