REFLECTIVE MATRIX MICROSCOPE: RMM
- gazigenmet
- 20 Oca 2021
- 3 dakikada okunur
Bilim Adamları Sağlam Kafatasının İçini Görebilen Yeni Bir Tür Mikroskop İcat Ettiler
İçimizde neler olup bittiğini görmek modern tıbbın birçok yönü için yararlıdır. Ancak beyinlerimiz gibi canlı dokuları gözlemlemek için et ve kemik gibi engelleri dilimlemeden bunu yapmak zor bir şeydir. Bu mikroskop, nesne görüntüsünü yapılandırmak için donanım ve yazılım tabanlı, uyarlanabilen optiklerin bir kombinasyonunu kullanıyor. OCM* ve iki fotonlu mikroskoplar gibi kan dökülmesi gerekmeden kullanılan mikroskobik teknikler canlı hücrelerin in vivo** görüntülenmesinde yaygın olarak kullanılıyor. Işık biyolojik dokular gibi yoğun ve bulanık malzemelerden geçtiğinde iki tür ışık üretilir: balistik fotonlar ve çoklu dağınık fotonlar.
Balistik fotonlar, nesnenin içinde herhangi bir sapmaya uğramaksızın düz bir şekilde hareket eder ve bu nedenle nesne görüntüsünü yapılandırmak için kullanılır. Öte yandan; ışık, malzemeden geçerken üretilen çoklu dağınık fotonlar, yapılandırılmış görüntüde benek gürültüsü olarak görünür. Işık, artan mesafelerde yayılırken çoklu dağınık fotonlar ve balistik fotonlar arasındaki mesafe -dolayısıyla görüntüdeki belirsizlik- şiddetle artar. Çoklu dağınık fotonların oluşturduğu gürültüye ek olarak balistik fotonun optik sapması da görüntü yapılandırma sürecinde kontrast azalmasına ve görüntü bulanıklığına neden olur.
Özellikle kemik doku çok sayıda karmaşık iç yapılara sahiptir ve bu yapılar şiddetli ışık saçılmasına ve kompleks optik sapmalara neden olur. Sağlam bir kafatasından fare beyninin görüntülenmesi söz konusu olduğunda sinir sisteminin ince yapılarını, güçlü benek gürültüsü ve görüntü bozulması nedeniyle görüntülemek zordur. Bu da model organizma olarak farelerin kullanıldığı nörobilim araştırmalarında problem teşkil eder. Şu anda kullanılan sınırlı görüntüleme tekniklerinden dolayı beyin dokularının altındaki nöral ağların mikroskobik olarak incelemesinin yapılabilmesi için kafatası çıkarılmak veya inceltilmek zorunda. Bu nedenle, daha derin canlı dokuların görüntülemelerini başarmak için başka çözümler önerildi. Mesela, son yıllarda 3 fotonlu mikroskop, fare kafatasının altındaki nöronları görüntülemeyi başardı. Ancak üç fotonlu mikroskoplar canlı dokuya zarar verebilecek kızılötesi aralıkta bir uyarma bölgesi oluşturduğundan düşük bir tekrarlama oranına sahipler. Ayrıca aşırı uyarma gücüne sahipler. Bu da ışıkla ağartmanın iki foton yaklaşımına kıyasla daha kapsamlı olduğu anlamına gelmektedir. Güney Kore, Seul’daki IBS (Temel Bilimler Enstitüsü) bünyesinde bulunan Prof. CHOI Wonshik liderliğindeki bir ekip, derin dokulardaki optik görüntülemede çığır açtı. Bir fare kafatasının içini açmadan beyin dokularındaki sinir ağlarının mikroskobik bir haritasını çıkarabilen yeni bir optik mikroskop geliştirdi. Bu yeni mikroskop “Reflection Matrix Microscope” olarak isimlendirildi. Bu mikroskop hem donanım hem de asıl olarak astronomideki optik sapmaları düzeltmek için kullanılan bir teknoloji olan bilgisayarlı uyarlamalı optik (AO) gücünü birleştiriyor. Geleneksel mikroskoplar, yalnızca aydınlatmanın odak noktasını ölçerken ve odak dışı tüm ışığı atarken RMM (Reflection Matrix Microscope), odak dışındakiler de dahil olmak üzere saçılan bütün fotonları kaydediyor. Sonrasında; saçılmış fotonlar, CLASS (closed-loop accumulation of single scattering) denen yeni bir AO algoritması kullanılarak bilgisayarda düzeltiliyor.
Algoritma, şiddetli optik sapmaları düzeltmek için saçılan tüm ışığı kullanıyor. En çok kullanılan geleneksel AO mikroskop sistemlerine kıyasla RMM, herhangi bir floresan etiketleme olmadan ve hedef yapılara bağlı olmaksızın çalışıyor. Ayrıca, geleneksel AO sistemlerinden 10 kat daha fazla ışık sapmasını düzeltebiliyorlar.
RMM, halihazırda zaten yaygın olarak kullanılan iki fotonlu mikroskoplarla birlikte kullanılabilmesi açısından büyük bir avantaja sahip. Ekip iki fotonlu mikroskobun çıkardığı uyarma ışığının yol açtığı sapmayı gidermek için donanım temelli bir AO geliştirdi. Fare kafatasının arkasındaki bir nöronun omurgasının iki fotonlu floresanını alarak yeni mikroskobun yapabileceklerini sergilediler. Normalde geleneksel iki fotonlu mikroskop, beyin dokusunu kafatasından tamamen çıkarmadan omurganın hassas yapısını çözemez. Bu çok önemli bir başarı çünkü bu artık fare beynini en doğal halinde araştırmanın mümkün olduğu anlamına geliyor.
Araştırma profesörü YOON Seokchan ve çalışmayı yürüten yüksek lisans öğrencisi LEE Hojun, “Dalga dağılmasını düzelterek ışık enerjisini canlı dokunun içindeki istenen bölgeye odaklayabiliriz. Bizim mikroskobumuz canlı dokunun derinliklerinde başka hiçbir yolla çözülemeyen ince iç yapıları araştırmamızı sağlıyor. Bu, hastalığın erken teşhisinde bize büyük ölçüde yardımcı olacak ve nörobilim çalışmalarını hızlandıracaktır.” dedi. Araştırmacılar, mikroskobun boyutlarını en aza indirmek ve görüntüleme hızını arttırmak için çalışmalarına başladılar. Amaç, kliniklerde kullanılmak üzere yüksek görüntüleme derinliğine sahip etkisiz RMM geliştirilmesi. Yardımcı direktör CHOI Wonshik, “RMM, geleneksel mikroskopların sınırlamalarının ötesine geçen yeni nesil bir teknoloji. Bu, optik bir mikroskobun keşfedebileceği uygulamaların kapsamını genişletmemize olanak sağlayacaktır.” dedi.
Bu yeni teknolojinin içimizde gizli olan neleri açığa çıkaracağını görmek için sabırsızlanıyoruz.
*OCM(Optical Coherence Microscope): Son yıllarda özellikle retina hastalıklarında önemli bir tanısal görüntüleme teknolojisi olarak öne çıkmaktadır. Bu teknoloji, retinada zor fark edilen patolojileri yüksek çözünürlüklü görüntülerle gösterebilmektedir.
**In Vivo görüntüleme: In Vivo(Latince: canlının içinde), ölü bir organizmayı veya organizma parçasını ya da canlı bir organizmayı veya organizmanın bütününün varlığını belirtmek için kullanılan bir sözdür. Araştırma veya tanı işlemleri için canlı organizmaların içini açmaya gerek duymadan görüntüleme yöntemine denir.
Yazan: Ahmet Güllük
Kaynakça:
Yorumlar