Мікроскопія площинного освітлення — швидка та делікатна 3D-візуалізація

Мікроскопічні системи площинного освітлення(Light Sheet Fluorescence Microscopy, LSFM) — це флуоресцентні платформи, у яких зразок освітлюється не повністю,а лише тонким світловим шаром,перпендикулярним до напряму спостереження.

Такий підхід дозволяє вибірково збуджувати тільки ту площину,яка реєструється, суттєво зменшуючи фотопошкодження, фототоксичність і фоновий сигнал.

На відміну від широкопольної мікроскопії, де освітлюється весь зразок, або конфокальної мікроскопії, де використовується точкове сканування,light sheet метод застосовує площину світла для швидкого оптичного секціонування.

Це забезпечує поєднання високої швидкості, контрасту та делікатного впливу на живі об’єкти.

Принцип роботи

Метод базується на формуванні тонкого світлового шару, який освітлює лише один зріз зразка. Флуоресценція з цієї площини реєструється об’єктивом, розташованим під кутом 90° до освітлення.

Основні особливості:

• освітлення тонкою площиною світла;
• перпендикулярна детекція сигналу;
• збудження лише досліджуваного шару;
• формування 3D-зображення через серію зрізів.

Такий підхід дозволяє отримувати серії оптичних зрізів із подальшою реконструкцією об’ємної структури.

Основні переваги

• мінімальне фотопошкодження та фототоксичність;
• висока швидкість отримання зображень;
• ефективне оптичне секціонування;
• високий контраст;
• можливість довготривалих досліджень живих зразків;
• зручність 3D- та 4D-візуалізації.

Оскільки освітлюється лише поточна площина, енергія не витрачається на весь об’єм зразка — це критично важливо для живих систем.

3D- та 4D-візуалізація

• 3D — побудова об’єму з серії оптичних зрізів;
• 4D — дослідження змін структури з часом.

Метод особливо ефективний для вивчення ембріогенезу, клітинної динаміки та морфогенезу.

Типи зразків

• живі клітини;
• клітинні культури;
• тканини та органоїди;
• ембріони;
• цілі органи (після clearing);
• модельні організми.

Метод підходить як для прозорих,так і для підготовлених великих біологічних зразків.

Конструктивні особливості

Типова система включає:

• лазерне джерело світла;
• оптику для формування світлового шару;
• окремий детекційний об’єктив;
• високочутливу камеру;
• середовище для розміщення зразка;
• ПЗ для реконструкції та аналізу.

У сучасних системах використовуються Bessel- та Airy-подібні пучки,
багатостороннє освітлення та інші методи для підвищення якості зображення.

Роздільна здатність і швидкість

Light Sheet мікроскопія поєднує високу швидкість із хорошою роздільною здатністю:

• швидке сканування великих об’ємів;
• реєстрація швидких процесів;
• зниження навантаження на зразок;
• ефективна робота з великими 3D-даними.

У багатьох задачах метод працює
у десятки або сотні разів швидше
за точкові сканувальні системи.

Основні області застосування

• Біологія розвитку: ембріогенез;
• Клітинна біологія: динаміка органел;
• Нейробіологія: активність нервових структур;
• Органоїди: просторовий аналіз розвитку;
• Біомедицина: дослідження великих зразків;
• Функціональна біологія: процеси в реальному часі.

Переваги систем

• селективне освітлення площини;
• низька фототоксичність;
• висока швидкість 3D-сканування;
• високий контраст;
• ефективність для товстих зразків;
• підходить для довготривалих досліджень;
• масштабованість від клітини до організму.

Рішення ZEISS

Системи ZEISS забезпечують масштабовану 3D-візуалізацію —від клітин до цілих організмів:

• Lightsheet 7 — універсальна система для тканин, органоїдів і живих моделей;
• Lattice Lightsheet 7 — високошвидкісна платформа для делікатної та точної візуалізації живих клітин.

Мікроскопія площинного освітлення відкриває нові можливості для швидкого, делікатного та високоточного дослідження живих біологічних систем у 3D та 4D форматах.