Časosběrná mikroskopie - Time-lapse microscopy

Časosběrný mikroskop
Konfokální mikroskop Olympus FluoView FV1000 - NCMIR.jpg
Časosběrný mikroskop. Transparentní inkubátor buněk je nezbytný k udržení buněk naživu během pozorování.
Ostatní jména(Time-lapse) microcinematograph, (Time-lapse) video mikroskop, Time-lapse cinemicrograph
PoužitíPozorování pomalých mikroskopických procesů
VynálezceJean Comandon a další současníci
Související zbožíČasosběrné fotografování, Živé zobrazení buněk

Časosběrná mikroskopie je časosběrné fotografování aplikován na mikroskopie Sekvence obrazů mikroskopu jsou zaznamenávány a poté prohlíženy vyšší rychlostí, aby se získal zrychlený pohled na mikroskopický proces.

Před zavedením videorekordér v 60. letech byly pořízeny časosběrné mikroskopické záznamy fotografický film Během tohoto období byla časosběrná mikroskopie označována jako mikrocinematografieS rostoucím využitím videorekordérů, termín časosběrná video mikroskopie byl postupně přijat video stále více klesá, což odráží, že a digitální fotoaparát se používá k záznamu jednotlivých obrazových snímků namísto videorekordéru.

Aplikace

Časosběrný film dělení rakovinné buňky, vytvořené pomocí a mikroskop s fázovým kontrastem.
Buněčné dělení po dobu 42 hodin. Časosběrný film byl vytvořen pomocí a fázový mikroskop.
Jean Comandon, průkopník mikrocinematografie, nahrál tento časosběrný film v c. 1910, s použitím ultramikroskop. Film ukazuje živou spirálu syfilis bakterie pohybující se mezi červenými krvinkami žáby. Všimněte si pohybu tam a zpět, charakterizujícího formu způsobující onemocnění.

K pozorování jakéhokoli mikroskopického objektu v čase lze použít časosběrnou mikroskopii. Jeho hlavní použití je však uvnitř buněčná biologie uměle pozorovat kultivované buňky. V závislosti na buněčné kultuře lze použít různé mikroskopické techniky ke zlepšení charakteristik buněk, protože většina buněk je průhledná.[1]

Pro další zlepšení pozorování proto buňky tradičně byly obarvený před pozorováním. Bohužel proces barvení buňky zabíjí. Vývoj méně destruktivních metod barvení a metod pro pozorování nepoškozených buněk vedl k tomu, že buněční biologové stále více pozorovali živé buňky. Toto je známé jako zobrazení živých buněk. Bylo vyvinuto několik nástrojů k identifikaci a analýze jednotlivých buněk během zobrazování živých buněk.[2][3][4]

Časosběrná mikroskopie je metoda, která rozšiřuje zobrazování živých buněk z jediného pozorování v čase na pozorování buněčné dynamiky po dlouhou dobu.[5][6] Časosběrná mikroskopie se primárně používá ve výzkumu, ale klinicky se používá v IVF kliniky, protože studie prokázaly, že zvyšuje míru těhotenství, snižuje míru potratů a předpovídá aneuploidie[7][8]

Moderní přístupy dále rozšiřují časosběrná mikroskopická pozorování nad rámec vytváření filmů buněčné dynamiky. Buňky byly tradičně pozorovány v mikroskopu a měřeny v cytometr Tato hranice je stále více rozmazaná jako cytometrické techniky jsou integrovány se zobrazovacími technikami pro monitorování a měření dynamických aktivit buněk a subcelulární struktur.[5]

Dějiny

Jeden z mikrocinematografů používaných v Mareyově institutu na konci 19. století.

Sýroví roztoči Martina Duncana z roku 1903 je jedním z prvních mikrocinematografických filmů.[9] K ranému vývoji vědecké mikrocinematografie však došlo v Paříži. První hlášený časosběrný mikroskop byl sestaven koncem 90. let 20. století v institutu Marey, založeném průkopníkem chronofotografie, Étienne-Jules Marey.[10][11][12] Bylo to však Jean Comandon kdo učinil první významné vědecké příspěvky kolem roku 1910.[13][14]

Comandon byl vyškolený mikrobiolog se specializací na syfilis výzkum. Inspirován Victor Henri mikrocinematická práce na Brownův pohyb,[15][16][17] použil nově vynalezený ultramikroskop studovat pohyby bakterie syfilis.[18]V té době byl ultramikroskop jediným mikroskopem, ve kterém byly viditelné tenké spirálovité bakterie. Pomocí enormní filmové kamery přišroubované k křehkému mikroskopu vizuálně demonstroval, že vývoj bakterií způsobujících onemocnění se jednoznačně liší od nemoci Forma Comandona se osvědčila při výuce lékařů, jak rozlišovat tyto dvě formy.[19][20]

Rozsáhlá průkopnická práce společnosti Comandon inspirovala ostatní k přijetí mikrocinematografie. Heniz Rosenberger buduje mikrocinematograf v polovině 20. let 20. století. Alexis Carrel, použili zařízení k dalšímu vývoji Carrel's techniky kultivace buněk.[21] Podobné práce provedl Warren Lewis.[22]

Během druhé světové války vydal Carl Zeiss AG první mikroskop s fázovým kontrastem S tímto novým mikroskopem bylo možné poprvé pozorovat buněčné detaily bez použití smrtících skvrn.[1]Vytvořením některých prvních časosběrných experimentů s kuřetem fibroblasty a mikroskop s fázovým kontrastem,Michael Abercrombie popsal základ našeho současného chápání migrace buněk v roce 1953.[23][24]

Díky širokému zavedení digitální fotoaparát na začátku tohoto století byla časosběrná mikroskopie dramaticky zpřístupněna a v současné době zažívá nezastoupený nárůst vědeckých publikací.[5]

Viz také

Reference

  1. ^ A b "Mikroskop s fázovým kontrastem". Nobel Media AB.
  2. ^ Stylianidou, Stella; Brennan, Connor; Nissen, Silas B .; Kuwada, Nathan J .; Wiggins, Paul A. (29. srpna 2016). „SuperSegger: robustní segmentace obrazu, analýza a sledování linie bakteriálních buněk“ (PDF). Molekulární mikrobiologie. 102 (4): 690–700. doi:10,1111 / mmi.13486. PMID  27569113. S2CID  10684951.
  3. ^ Young, Jonathan W .; Locke, James C. W .; Altinok, Alphan; Rosenfeld, Nitzan; Bacarian, Tigran; Swain, Peter S .; Mjolsness, Eric; Elowitz, Michael B. (15. prosince 2011). „Měření dynamiky exprese jednobuněčných genů v bakteriích pomocí fluorescenční časosběrné mikroskopie“. Přírodní protokoly. 7 (1): 80–88. doi:10.1038 / nprot.2011.432. PMC  4161363. PMID  22179594.
  4. ^ Merouan, amin; Rey-Villamizar, Nicolas; Lu, Yanbin; Liadi, Ivan; Romain, Gabrielle; Lu, Jennifer; Singh, Harjeet; Cooper, Laurence J. N .; Varadarajan, Navin; Roysam, Badrinath (01.10.2015). „Automatizované profilování jednotlivých interakcí buňka-buňka z vysoce výkonné časosběrné mikroskopie v mřížkách nanočástic (TIMING)“. Bioinformatika. 31 (19): 3189–3197. doi:10.1093 / bioinformatika / btv355. ISSN  1367-4803. PMC  4693004. PMID  26059718.
  5. ^ A b C Coutu, D. L .; Schroeder, T. (2013). „Zkoumání buněčných procesů dlouhodobým živým zobrazováním - historické problémy a současná řešení“. Journal of Cell Science. 126 (Pt 17): 3805–15. doi:10.1242 / jcs.118349. PMID  23943879.
  6. ^ Landecker, H. (2009). „Vidět věci: Od mikrocinematografie po zobrazování živých buněk“. Přírodní metody. 6 (10): 707–709. doi:10.1038 / nmeth1009-707. PMID  19953685. S2CID  6521488.
  7. ^ Meseguer, M .; Rubio, I .; Cruz, M .; Basile, N .; Marcos, J .; Requena, A. (2012). „Inkubace a výběr embryí v časosběrném monitorovacím systému zlepšuje výsledek těhotenství ve srovnání se standardním inkubátorem: retrospektivní kohortní studie“. Plodnost a sterilita. 98 (6): 1481–1489.e10. doi:10.1016 / j.fertnstert.2012.08.016. PMID  22975113.
  8. ^ Campbell, A .; Fishel, S .; Bowman, N .; Duffy, S .; Sedler, M .; Hickman, C. F. L. (2013). „Modelování rizikové klasifikace aneuploidie v lidských embryích pomocí neinvazivní morfokinetiky“. Reprodukční biomedicína online. 26 (5): 477–485. doi:10.1016 / j.rbmo.2013.02.006. PMID  23518033.
  9. ^ Rohrer, Finlo. "Sýrové roztoče a jiné divy". BBC News Magazine. Citováno 2011-04-24.
  10. ^ Talbot, Frederick A. (1913). Praktická kinematografie a její aplikace. W. Heinemann. OL  7220960M.
  11. ^ „Le cinéma au service de la science“. Institut národní de l'audiovisuel. Citováno 2013-01-09.
  12. ^ Landecker, Hannah (2006). „Mikrokinematografie a dějiny vědy a filmu“. Isis. 97: 121–132. doi:10.1086/501105.
  13. ^ „Jean Comandon (1877-1970)“. Institut Pasteur. Archivovány od originál dne 2014-12-05.
  14. ^ "MIKROBY ZACHYCENY V AKCI .; Pohyblivé obrázky z nich jsou velkou pomocí v lékařském výzkumu". The New York Times. 31. října 1909.
  15. ^ Bigg, Charlotte (2011). „Kapitola 6: Vizuální historie Brownových pohybových křivek Jean Perrin“ (PDF). V Dastonu v Lorraine; Lunbeck, Elizabeth (eds.). Dějiny vědeckého pozorování. University of Chicago Press.[trvalý mrtvý odkaz ]
  16. ^ Bigg, Charlotte (2008). „Evidentní atomy: vizualita v Brownově pohybovém výzkumu Jean Perrinové“ (PDF). Studium historie a filozofie vědy Část A. 39 (3): 312–322. doi:10.1016 / j.shpsa.2008.06.003.[trvalý mrtvý odkaz ]
  17. ^ Henri, Victor (1908). "Étude cinématographique des mouvements browniens". Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences (146): 1024–1026.
  18. ^ Landecker, Hannah (2005). "Buněčné rysy: Mikrocinematografie a filmová teorie". Kritický dotaz. 31 (4): 903–937. doi:10.1086/444519.
  19. ^ Bayly, H. W. (1910). „Demonstrace živého Treponema pallidum a různých spirochét ultra-mikroskopem“. Sborník Královské lékařské společnosti. 3 (Clin Sect): 3–6. doi:10.1177/003591571000300202. PMC  1961544. PMID  19974144.
  20. ^ Roux, P .; Münter, S .; Frischknecht, F .; Herbomel, P .; Shorte, S.L. (2004). "Zaměření světla na infekci ve čtyřech rozměrech". Buněčná mikrobiologie. 6 (4): 333–343. doi:10.1111 / j.1462-5822.2004.00374.x. PMID  15009025. S2CID  12228598.
  21. ^ Rosenberger, Heinz (1929). „Mikrokinematografie v lékařském výzkumu“. J Dent Res. 9 (3): 343–352. doi:10.1177/00220345290090030501. S2CID  71952151.
  22. ^ „Warren H. (Warren Harmon) Lewis papers, ca. 1913-1964“. Americká filozofická společnost. Citováno 2011-04-24.
  23. ^ Hoyos-Flight, Monica. „Milník 2: Milníky přírody v cytoskeletu“. Nature Publishing Group.
  24. ^ Abercrombie, M .; Heaysman, J. E. (1953). „Pozorování sociálního chování buněk v tkáňové kultuře. I. Rychlost pohybu fibroblastů kuřecího srdce ve vztahu k jejich vzájemným kontaktům“. Experimentální výzkum buněk. 5 (1): 111–131. doi:10.1016/0014-4827(53)90098-6. PMID  13083622.

externí odkazy

Historické časosběrné mikroskopické filmy