23.07.2019
PL EN
08.06.2019 aktualizacja 08.06.2019

Miliony "pod-wiązek" pozwalają podejrzeć komórki przy pracy

Rekonstrukcja 3D żywej skory ludzkiej uzyskana przez naukowców z IChF PAN; rozmiar 1x1x1 mm. Fot. IChF PAN Rekonstrukcja 3D żywej skory ludzkiej uzyskana przez naukowców z IChF PAN; rozmiar 1x1x1 mm. Fot. IChF PAN

Najdrobniejsze struktury żywego organizmu można zobaczyć niejako „przy pracy”. Naukowcy uzyskali obrazy działających i komunikujących się między sobą komórek w bardzo dobrej ostrości. Nowatorskie metody takiego obrazowania opracował zespół prof. Macieja Wojtkowskiego z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

Najdrobniejsze struktury żywego organizmu można zobaczyć niejako „przy pracy”. Naukowcy uzyskali obrazy działających i komunikujących się między sobą komórek w bardzo dobrej ostrości. Nowatorskie metody takiego obrazowania opracował zespół prof. Macieja Wojtkowskiego z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.Naukowcy wykorzystali do tego bliską podczerwień, czyli zakres fal świetlnych używany niegdyś w telewizyjnych pilotach. Bliska podczerwień to fale, których jeszcze nie pochłania woda, a już nie są tak silnie rozpraszane np. przez skórę, jak światło widzialne. W tkance gęstej, takiej jak skóra czy mózg, docierają na głębokość 1-2 mm.

„Na razie możliwość zobaczenia ostro pojedynczych komórek 1-2 mm pod skórą i to i tak rzecz nieosiągalna. Pomijając oczywiście prace naszej grupy. Zresztą te limity są co parę lat przesuwane. Myślę, że dojdziemy do 3-4 milimetrów; resztę można załatwić odpowiednimi wziernikami. Albo postawić na inne długości fal” - mówi prof. Wojtkowski, cytowany w komunikacie IChF PAN.

Sukces polskiego zespołu to efekt niekonwencjonalnego podejścia do źródła fal, czyli światła. Jak wyjaśnia szef grupy, nawet najbardziej zaawansowane techniki mikroskopowe wykorzystują tylko połowę niesionej przez światło informacji. Tę zawartą w energii, czyli w jasności światła. Polscy badacze uchwycili także tę połowę, którą niesie faza, czyli rozchodzenie się fali światła w czasie i przestrzeni. Nowe metody pozwoliły im pozyskać oba typy informacji oraz sprawdzić, jak elementy wiązki światła się ze sobą "dogadują".

Punktem wyjścia jest spójna wiązka: w jednej fazie, o jednej długości fali i jednakowym natężeniu. Taką wiązkę mogą generować jedynie lasery. Niestety, jak podkreśla prof. Wojtkowski, ta spójność jest też wadą. Przy zetknięciu ze skomplikowaną powierzchnią tkanki wiązka zaczyna się odbijać, a poszczególne informacje – nakładać na siebie. Ostatecznie nie można ich rozszyfrować i widać tylko szum. Dlatego doskonałość wiązki trzeba nieco osłabić. W tym celu badacze dzielą ją na około milion (im więcej, tym lepiej) pod-wiązek i każdą kontrolują oddzielnie, ustawiając dla każdej własną fazę, a potem dynamicznie zmieniają te fazy w czasie, żeby poszczególnie wiązki „nie zdążyły się przyzwyczaić”.

W ocenie prof. Wojtkowskiego nie jest to trudne. Wystarczy wyciągnąć z dowolnego projektora główny element, dzięki któremu widzimy obrazy. Rozdzielczość, jaką ów element posiada, wystarcza do kontrolowania tych milionów wiązek. Wśród masy pojedynczych promieni wyselekcjonować te, które znalazły optymalny kąt przejścia przez badany obiekt. Uzyskane z nich obrazy są najostrzejsze. Pozostaje jeszcze złożyć je w jeden obraz. "Zamazaną" resztę można wyciąć specjalnymi metodami obliczeniowymi podczas obróbki w komputerze. Profesor zaznacza, że nie wystarczą do tego zwykłe programy graficzne, więc badacze muszą sami wymyślić algorytmy.

PAP - Nauka w Polsce

kol/ agt/

Copyright © Fundacja PAP 2019