Urmărirea precisă a mişcării: mii de celule o dată

Cercetătorii au dezvoltat un nou mod de a observa şi de a urmări un număr mare de obiecte în mişcare rapidă sub un microscop, captând căi precise de mişcare în trei dimensiuni.

În cadrul studiului - raportat online pe 17 septembrie 2012, în Proceedings of National Academy of Science - cercetătorii au urmărit un număr fără precedent de 24.000 de celule care se deplasau rapid peste câmpuri vizuale largi şi prin eşantioane cu volum mare, înregistrând calea de deplasare a fiecărei celule timp de 20 de secunde.

"Putem urmări foarte precis mişcarea lucrurilor mici, mai mult decât o mie în acelaşi timp în paralel", susţine cercetătorul principal şi câştigătorul Fundaţiei Naţionale de Ştiinţă CAREER, Aydogan Ozcan, profesor de inginerie electrică şi bioinginerie la UCLA. "Am reuşit să obţinem o precizie submicron pentru un volum mare, permiţându-ne să înţelegem statistic, cum se mută în moduri diferite mii de obiecte."

Cel mai recent studiu este o extensie a mai multor ani de cercetare sprijinită de FSN şi efectuată de Ozcan şi colegii săi, în scopul dezvoltării unor tehnici de microscopie holografică fără lentile cu aplicaţii pe teren, în detectarea bolilor cu transmitere prin sânge şi în alte zone ale telemedicinei.

Pentru lucrările recente, Ozcan şi colegii săi au folosit raze de lumină roşie şi albastră pentru a crea informaţia holografică care, atunci când a fost prelucrată cu ajutorul unui software sofisticat, dezvăluia exact căile obiectelor care se mişcau sub un microscop. Cercetătorii au urmărit mai multe seturi ce cuprindeau peste 1.500 de gameţi umani de sex masculin pe un câmp vizual relativ larg (mai mult de 17 milimetri pătraţi) şi pe un eşantion cu volum mare (până la 17 milimetri cubi) în câteva secunde.

Tehnica, împreună cu un nou algoritm de software dezvoltat de echipă pentru prelucrarea datelor observaţionale, a relevat căi statistice necunoscute anterior pentru celule. Cercetătorii au descoperit că gameţii umani de sex masculin călătoreau printr-o serie de învârtiri şi răsuciri, de-a lungul unui traseu în continuă schimbare care urma ocazional o spirală strânsă - o spirală care, în 90 la sută din cazuri, se învârte în sensul acelor de ceasornic (spre dreapta).

Pentru că doar patru - cinci la sută din celulele dintr-un eşantion au călătorit de-a lungul traseului elicoidal în acelaşi timp, cercetătorii nu au putut observa comportamentul rar fără noua tehnică de microscopie care analiza o rată mare de transfer.

"Acest ultim studiu este o extindere a unei activităţi noi şi creative", susţine Leon Esterowitz, ofiţerul responsabil cu program biofonic al FSN, care a sprijinit eforturile lui Ozcan. "Tehnica holografică ar putea accelera dezvoltarea de noi droguri şi s-ar putea dovedi valoroasă pentru monitorizarea tratamentelor farmaceutice ale bolilor microbiene periculoase."

Lucrarea PNAS raportează observaţiile a 24.000 de celule pe durata experimentelor. Un număr atât de mare de observaţii furnizează un set semnificativ de date statistice şi o metodologie utilă pentru studierea mai multor subiecte, de la impactul produselor farmaceutice şi altor substanţe asupra unui număr mare de celule – în timp real – până la tratamente de fertilitate şi dezvoltarea de medicamente.

Aceeaşi abordare poate permite oamenilor de ştiinţă să studieze microorganismele monocelulare care se deplasează rapid. Multe dintre protozoarele periculoase găsite în apa insalubră de băut şi în apele din mediul rural au fost observate numai în eşantioane mici, deplasându-se printr-o anumită zonă şi fiind bidimensionale. Noul obiectiv al tehnicii de imagistică holografică fără lentile ar putea dezvălui elemente necunoscute ale comportamentului protozoarelor şi ar putea permite testarea în timp real a noilor tratamente medicamentoase pentru combaterea unora dintre formele cele mai mortale ale acestor microbi.