Голографический микроскоп одновременно отслеживает 3D-траектории тысяч микроорганизмов

Инновационная технология безобъективной компьютерной микроскопии предоставляет возможность наблюдать и регистрировать перемещения большого числа движущихся объектов в трех измерениях. В ходе экспериментов, описанных в онлайновом выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 17 сентября, исследователи смогли одновременно отслеживать перемещения 24 тыс. быстродвижущихся клеток в широком поле зрения и объеме образца на протяжении 20 секунд.

Для снятия в реальном времени голографической информации с субмикронной точностью сотрудники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и их коллеги из Нанкинского университета науки и технологий (Китай) использовали разнесенные светодиодные источники частично когерентного красного и синего света, КМОП-сенсор и сложный программный алгоритм. Дополнительное ПО отвечало за статистический анализ движения клеток.

Наблюдая перемещения 1575 мужских гамет в поле зрения площадью свыше 17 мм2 и объеме 7,9 микролитра на протяжении нескольких секунд, ученые смогли выявить неизвестные прежде закономерности их поведения. Оказалось, что траектории движения сперматозоидов, представляющие непрерывную последовательность поворотов, иногда навиваются на плотную спираль, которая в 9 из 10 случаев является правовинтовой (сворачивается по часовой стрелке).

Поскольку спиральное движение демонстрируют всего 4-5% клеток, выявить эту редкую особенность их поведения на общем хаотическом фоне до изобретения новой микроскопической технологии было невозможно.

Такая голографическая методика, по мнению ее авторов, окажется особенно полезной для мониторинга фармацевтического лечения опасных микробных заболеваний, и поможет ускорить разработку новых лекарственных препаратов.