Таймлапс-микроскопия — это покадровая фотография, применяемая в микроскопии . Последовательность изображений микроскопа записывается, а затем просматривается с большей скоростью, чтобы получить ускоренное представление о микроскопическом процессе.
До появления видеомагнитофонов в 1960-х годах записи покадровой микроскопии делались на фотопленке . В этот период покадровая микроскопия называлась микрокинематографией . С ростом использования видеорегистраторов постепенно стал применяться термин покадровая видеомикроскопия . Сегодня от термина «видео» все чаще отказываются, поскольку для записи отдельных кадров изображения используется цифровая фотокамера , а не видеомагнитофон.
Приложения
Покадровую микроскопию можно использовать для наблюдения за любым микроскопическим объектом во времени. Однако его основное применение — в клеточной биологии для наблюдения за искусственно культивируемыми клетками . В зависимости от культуры клеток можно применять различные методы микроскопии для улучшения характеристик клеток, поскольку большинство клеток прозрачны. [1]
Поэтому для дальнейшего улучшения наблюдения клетки традиционно окрашивали перед наблюдением. К сожалению, процесс окрашивания убивает клетки. Развитие менее разрушительных методов окрашивания и методов наблюдения за неокрашенными клетками привело к тому, что клеточные биологи все чаще наблюдают за живыми клетками. Это известно как визуализация живых клеток . Было разработано несколько инструментов для идентификации и анализа отдельных клеток во время визуализации живых клеток. [2] [3] [4]
Покадровая микроскопия — это метод, который расширяет возможности визуализации живых клеток от единичного наблюдения во времени до наблюдения клеточной динамики в течение длительных периодов времени. [5] [6] Покадровая микроскопия в основном используется в научных исследованиях, но также применяется и в клиниках ЭКО , поскольку исследования доказали, что она увеличивает частоту наступления беременности, снижает частоту абортов и прогнозирует анеуплоидию [7] [8]
Современные подходы еще больше расширяют возможности покадровой микроскопии за пределы создания фильмов о клеточной динамике. Традиционно клетки наблюдают в микроскоп и измеряют с помощью цитометра . Эта граница все больше размывается по мере того, как цитометрические методы интегрируются с методами визуализации для мониторинга и измерения динамической активности клеток и субклеточных структур. [5]
История
Один из микрокинематографов, использовавшихся в Институте Марея в конце XIX века.
«Сырные клещи» Мартина Дункана 1903 года — один из первых микрокинематографических фильмов. [9] Однако раннее развитие научной микрокинематографии произошло в Париже. Первый зарегистрированный микроскоп для замедленной съемки был собран в конце 1890-х годов в Институте Маре ,основанном пионером хронофотографии Этьеном -Жюлем Маре . [10] [11] [12] Однако именно Жан Командон внес первый значительный научный вклад примерно в 1910 году. [13] [14]
Командон был дипломированным микробиологом, специализировавшимся на исследованиях сифилиса . Вдохновленный микрокинематографической работой Виктора Анри о броуновском движении , [15] [16] [17] он использовал недавно изобретенный ультрамикроскоп для изучения движения бактерий сифилиса . [18]
В то время ультрамикроскоп был единственным микроскопом, в котором можно было увидеть тонкие спиралевидные бактерии. Используя огромную кинокамеру, прикрепленную к хрупкому микроскопу, он наглядно продемонстрировал, что движение болезнетворных бактерий однозначно отличается от движения неболезненных форм. Фильмы Командона сыграли важную роль в обучении врачей различать эти две формы. [19] [20]
Во время Второй мировой войны компания Carl Zeiss AG выпустила на рынок первый фазово-контрастный микроскоп . С помощью этого нового микроскопа впервые можно было наблюдать детали клеток без использования смертельных красителей. [1]
Проведя некоторые из первых покадровых экспериментов с куриными фибробластами и фазово-контрастным микроскопом, Майкл Аберкромби описал основу нашего нынешнего понимания миграции клеток в 1953 году . [23] [24]
С широким внедрением цифровых камер в начале этого столетия покадровая микроскопия стала значительно более доступной, и в настоящее время она переживает непредвиденный рост научных публикаций. [5]
^ ab «Фазово-контрастный микроскоп». Нобель Медиа АБ.
^ Стилианиду, Стелла; Бреннан, Коннор; Ниссен, Сайлас Б.; Кувада, Натан Дж.; Виггинс, Пол А. (29 августа 2016 г.). «SuperSegger: надежная сегментация изображений, анализ и отслеживание происхождения бактериальных клеток» (PDF) . Молекулярная микробиология . 102 (4): 690–700. дои : 10.1111/mmi.13486. PMID 27569113. S2CID 10684951.
^ Янг, Джонатан В.; Локк, Джеймс CW; Алтынок, Альфан; Розенфельд, Ницан; Бакарян, Тигран; Суэйн, Питер С.; Мьёлснесс, Эрик; Еловиц, Майкл Б. (15 декабря 2011 г.). «Измерение динамики экспрессии генов в отдельных клетках у бактерий с помощью флуоресцентной покадровой микроскопии». Протоколы природы . 7 (1): 80–88. дои : 10.1038/nprot.2011.432. ПМК 4161363 . ПМИД 22179594.
^ Меруан, Амин; Рей-Вильямисар, Николас; Лу, Янбинь; Ляди, Иван; Ромен, Габриэль; Лу, Дженнифер; Сингх, Харджит; Купер, Лоуренс Дж. Н.; Варадараджан, Навин; Ройсам, Бадринатх (01 октября 2015 г.). «Автоматическое профилирование индивидуальных межклеточных взаимодействий с помощью высокопроизводительной покадровой микроскопии в сетках нанолунок (TIMING)». Биоинформатика . 31 (19): 3189–3197. doi : 10.1093/биоинформатика/btv355. ISSN 1367-4803. ПМК 4693004 . ПМИД 26059718.
^ abc Коуту, DL; Шредер, Т. (2013). «Изучение клеточных процессов с помощью долгосрочных изображений в реальном времени - исторические проблемы и текущие решения». Журнал клеточной науки . 126 (Часть 17): 3805–15. дои : 10.1242/jcs.118349 . ПМИД 23943879.
^ Ландекер, Х. (2009). «Видеть вещи: от микрокинематографии к визуализации живых клеток». Природные методы . 6 (10): 707–709. дои : 10.1038/nmeth1009-707. PMID 19953685. S2CID 6521488.
^ Месегер, М.; Рубио, И.; Круз, М.; Базиль, Н.; Маркос, Дж.; Рекена, А. (2012). «Инкубация и отбор эмбрионов в системе покадрового мониторинга улучшает исход беременности по сравнению со стандартным инкубатором: ретроспективное когортное исследование». Фертильность и бесплодие . 98 (6): 1481–1489.e10. doi : 10.1016/j.fertnstert.2012.08.016 . ПМИД 22975113.
^ Кэмпбелл, А.; Фишель, С.; Боуман, Н.; Даффи, С.; Седлер, М.; Хикман, КФЛ (2013). «Моделирование классификации риска анеуплоидии у эмбрионов человека с использованием неинвазивной морфокинетики». Репродуктивная биомедицина онлайн . 26 (5): 477–485. дои : 10.1016/j.rbmo.2013.02.006 . ПМИД 23518033.
^ Рорер, Финло. «Сырные клещи и другие чудеса». Журнал BBC News . Проверено 24 апреля 2011 г.
^ Талбот, Фредерик А. (1913). Практическая кинематография и ее приложения . В. Хайнеманн. ОЛ 7220960М.
^ "Кино на службе науки" . Национальный институт аудиовизуального искусства . Проверено 9 января 2013 г.
^ Ландекер, Ханна (2006). «Микрокинематография и история науки и кино». Исида . 97 : 121–132. дои : 10.1086/501105. S2CID 144554305.
^ "Жан Командон (1877-1970)" . Институт Пастера. Архивировано из оригинала 5 декабря 2014 г.
^ «МИКРОБЫ В ДЕЙСТВИИ; Их движущиеся изображения - большая помощь в медицинских исследованиях» . Нью-Йорк Таймс . 31 октября 1909 года.
^ Бигг, Шарлотта (2011). «Глава 6: Визуальная история кривых броуновского движения Жана Перрена» (PDF) . В Дастоне, Лоррейн; Лунбек, Элизабет (ред.). Истории научных наблюдений . Издательство Чикагского университета.[ постоянная мертвая ссылка ]
^ Бигг, Шарлотта (2008). «Очевидные атомы: визуальность в исследовании броуновского движения Жана Перрена» (PDF) . Исследования по истории и философии науки. Часть А. 39 (3): 312–322. дои :10.1016/j.shpsa.2008.06.003.[ постоянная мертвая ссылка ]
^ Анри, Виктор (1908). «Кинематографический этюд коричневых движений». Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences (146): 1024–1026.
^ Бэйли, HW (1910). «Демонстрация с помощью ультрамикроскопа живых бледных трепонем и различных спирохет». Труды Королевского медицинского общества . 3 (Секта Клин): 3–6. дои : 10.1177/003591571000300202. ЧВК 1961544 . ПМИД 19974144.
^ Ру, П.; Мюнтер, С.; Фришкнехт, Ф.; Гербомель, П.; Шорте, СЛ (2004). «Фокусирование внимания на инфекции в четырех измерениях». Клеточная микробиология . 6 (4): 333–343. дои : 10.1111/j.1462-5822.2004.00374.x . PMID 15009025. S2CID 12228598.
^ Розенбергер, Хайнц (1929). «Микрокинематография в медицинских исследованиях». Джей Дент Рес . 9 (3): 343–352. дои : 10.1177/00220345290090030501. S2CID 71952151.
^ "Документы Уоррена Х. (Уоррена Хармона) Льюиса, около 1913-1964" . Американское философское общество . Проверено 24 апреля 2011 г.
^ Ойос-Флайт, Моника. «Веха 2: Природные вехи в цитоскелете». Издательская группа «Природа».
^ Аберкромби, М.; Хейсман, Дж. Э. (1953). «Наблюдения за социальным поведением клеток в культуре тканей. I. Скорость движения фибробластов сердца кур в зависимости от их взаимных контактов». Экспериментальные исследования клеток . 5 (1): 111–131. дои : 10.1016/0014-4827(53)90098-6. ПМИД 13083622.
Внешние ссылки
Введение в методы визуализации живых клеток, Университет штата Флорида.
Исторические фильмы, снятые с помощью покадровой микроскопии
1903 – «Сырные клещи» Мартина Дункана
1909 – Сифилис спирохета бледная, Жан Командон.
1939 – Нормальные и аномальные лейкоциты в тканевых культурах Уоррена Льюиса.
1943 - Курт Мишель, Carl Zeiss AG, с помощью фазово-контрастной покадровой микроскопии продемонстрировал раннюю стадию деления сперматозоидов кузнечика.