Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät uusia menetelmiä nopeaan volumetriseen mikroskopiaan yhdistämällä optiikan ja fotoniikan, kolmiulotteisen kuvantamisen ja solubiofysiikan osaamisen.

Elävien solujen tarkasteluun on jo tarjolla 3d-mikroskooppeja, mutta ne ovat hyvin hitaita ja niillä saatavat kuvat heikkolaatuisia.

Toistaiseksi ei ole kyetty 3d-kuvantamaan sekunneissa tapahtuvaa solutason dynamiikkaa, kuten vaikkapa hermosolujen toimintaa tai seeprakalan sydämen sykettä.

Tilanteen pyrkii muuttamaan Tampereen yliopiston huhtikuussa 2023 käynnistämä High-speed 3D microscopy -hanke, jota rahoittaa Jane ja Aatos Erkon säätiön ja Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön yhteinen Future Makers -ohjelma.

Hankkeen toteuttavat professori Humeyra Caglayanin johtama metaplasmoniikan tutkimusryhmä, professori Atanas Gotchevin ja tohtori Erdem Sahinin vetämä 3D Media -ryhmä sekä tohtori Teemu Ihalaisen solubiofysiikan ryhmä.

Lisäksi projektiin osallistuu mikroskooppivalmistaja Grundium Oy.

Metaoptiikka ja koneoppiminen edistävät valoon perustuvaa biokuvantamista

”Tutkimusryhmämme hyödyntää kehittyviä litteitä optisia elementtejä eli metaoptiikkaa”, kertoo hanketta johtava Humeyra Caglayan.

Yhdessä nykyaikaisten koneoppimisen algoritmien kanssa metaoptiikka voi mahdollistaa laskennallisessa kuvantamisjärjestelmässä poikkeavia optisia toiminnallisuuksia resoluutioilla, jotka alittavat aallonpituuden.

Metaoptiikka ja neuraalisen kuvankäsittelyn komponentit puolestaan mahdollistavat uudenlaisen teknologian, joka ohittaa 3d-mikroskopian perinteiset rajoitukset. Teknologialla saadaan aikaan 3d-kuvia, joiden pienimmätkin yksityiskohdat erottuvat selkeästi sekä tilassa että ajassa.

”Voimme hyödyntää volumetristä 3d-kuvantamista siten, että kuvien ottamiseen tarvittava aika ja valoannos voidaan pitää mahdollisimman pieninä”, Caglayan sanoo.

Teknologia voi hänen mukaansa edistää merkittävästi valoon perustuvaa kuvantamista biotieteissä ja biolääketieteessä.

”Esimerkkinä voisi mainita syöpäsolujen vuorovaikutuksen havainnoinnin 3d-soluviljelmissä.”

Tamperelaishanke jatkuu vuoden 2025 loppuun.

(Kuva USA:n kansallinen syöpäinstituutti/Unsplash) Mikroskooppikuvassa osteosarkooma eli luusyöpäsolu. Nopealla 3d-mikroskopialla voidaan seurata myös esimerkiksi solujen aktiivisuutta.

Tilaa Kemiamedian uutiskirje!

Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tärkeimmät tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista.

Arvomme uusien uutiskirjetilaajien kesken palkintoja.

Lue lisää ja tee tilaus täällä.

P.S. Oletko kemian seurojen jäsen? Jos haluat uutiskirjeemme myös vuonna 2023, käy uusimassa tilauksesi täällä.