Микроскопия светового листа — быстрая и деликатная 3D-визуализация

Системы микроскопии светового листа (Light Sheet Fluorescence Microscopy, LSFM) — это флуоресцентные платформы, в которых образец освещается не полностью, а только тонким слоем света, расположенным перпендикулярно направлению наблюдения.

Такой подход позволяет выборочно возбуждать только регистрируемую плоскость, значительно снижая фотоповреждение, фототоксичность и фоновый сигнал.

В отличие от широкопольной микроскопии, где освещается весь образец, или конфокальной микроскопии, использующей точечное сканирование, метод light sheet применяет световую плоскость для быстрого оптического секционирования.

Это обеспечивает сочетание высокой скорости, контрастности и бережного воздействия на живые объекты.

Принцип работы

Метод основан на формировании тонкого светового слоя, который освещает только один срез образца. Флуоресценция из этой плоскости регистрируется объективом, расположенным под углом 90° к направлению освещения.

Основные особенности:

• освещение тонкой световой плоскостью;
• перпендикулярная детекция сигнала;
• возбуждение только исследуемого слоя;
• формирование 3D-изображения через серию оптических срезов.

Такой подход позволяет получать серии оптических срезов с последующей реконструкцией объемной структуры.

Основные преимущества

• минимальное фотоповреждение и фототоксичность;
• высокая скорость получения изображений;
• эффективное оптическое секционирование;
• высокий контраст;
• возможность длительных исследований живых образцов;
• удобство 3D- и 4D-визуализации.

Поскольку освещается только текущая плоскость, энергия не воздействует на весь объем образца — это критически важно для живых систем.

3D- и 4D-визуализация

• 3D — построение объема из серии оптических срезов;
• 4D — исследование изменений структуры во времени.

Метод особенно эффективен для изучения эмбриогенеза, клеточной динамики и морфогенеза.

Типы образцов

• живые клетки;
• клеточные культуры;
• ткани и органоиды;
• эмбрионы;
• целые органы (после clearing);
• модельные организмы.

Метод подходит как для прозрачных, так и для подготовленных крупных биологических образцов.

Конструктивные особенности

Типичная система включает:

• лазерный источник света;
• оптику для формирования светового листа;
• отдельный детекционный объектив;
• высокочувствительную камеру;
• среду для размещения образца;
• ПО для реконструкции и анализа.

В современных системах используются Bessel- и Airy-подобные пучки, многостороннее освещение и другие методы повышения качества изображения.

Разрешение и скорость

Light Sheet микроскопия сочетает высокую скорость с хорошим разрешением:

• быстрое сканирование больших объемов;
• регистрация быстрых процессов;
• снижение нагрузки на образец;
• эффективная работа с большими 3D-данными.

Во многих задачах метод работает в десятки или сотни раз быстрее, чем точечные сканирующие системы.

Основные области применения

• Биология развития: эмбриогенез;
• Клеточная биология: динамика органелл;
• Нейробиология: активность нервных структур;
• Органоиды: пространственный анализ развития;
• Биомедицина: исследование крупных образцов;
• Функциональная биология: процессы в реальном времени.

Преимущества систем

• селективное освещение плоскости;
• низкая фототоксичность;
• высокая скорость 3D-сканирования;
• высокий контраст;
• эффективность для толстых образцов;
• подходит для длительных исследований;
• масштабируемость от клетки до организма.

Решения ZEISS

Системы ZEISS обеспечивают масштабируемую 3D-визуализацию — от клеток до целых организмов:

• Lightsheet 7 — универсальная система для тканей, органоидов и живых моделей;
• Lattice Lightsheet 7 — высокоскоростная платформа для деликатной и точной визуализации живых клеток.

Микроскопия светового листа открывает новые возможности для быстрого, деликатного и высокоточного исследования живых биологических систем в 3D и 4D форматах.