измерение характерных параметров эритроцитов мыши для

Публикация
Принял участие в Научно-технической конференция – семинар
« Фотоника и информационная оптика - 2011»
Организатор конференции-семинара
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Место проведения конференции-семинара
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 115409, Москва,
Каширское шоссе, 31
Моя научная работа была опубликована в Научной сессии НИЯУ МИФИ–2011.
Научно-техническаяконференция-семинар по фотонике и информационной
оптике: сборник научных трудов стр 36. Ниже я демонстрирую тезис данной работы.
А.О.Таганов, А.В. Кретушев, Т.В. Вышенская, М.А.Стенина1, Л.И. Кривов1, В.П.
Тычинский
Московский государственный институт радиотехники, электроники и
автоматики (технический университет)
1
Российский государственный медицинский университет им. Н. И. Пирогова
ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭРИТРОЦИТОВ МЫШИ ДЛЯ
ДИАГНОСТИКИ ИХ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОМ
КОГЕРЕНТНОЙ ФАЗОВОЙ МИКРОСКОПИИ
Рассматривается проблема определения функционального состояния отдельной клетки и
анализ происходящих в ней процессов с использованием интерференционной микроскопии.
Предложены алгоритмы и разработано программное обеспечение для определения
параметров фазового изображения клеток. Обсуждается возможность использования этих
параметров для диагностики морфофункционального состояния отдельных клеток крови на
примере эритроцитов мыши.
Проблема определения функционального состояния живой клетки и понимание
происходящих в ней метаболических процессов является актуальной задачей биофизики и
фундаментальной
медицины.
Для
решения
этой
проблемы
необходимы
высокочувствительные методы прижизненной микроскопии [1-3]. Мы предлагаем новый
подход, основанный на анализе количественных фазовых изображений, полученных с
помощью методов современной интерференционной (фазовой) микроскопии [4-6].
Измерения были проведены на когерентном фазовом микроскопе «Эйрискан»,
разработанном в МИРЭА. Непосредственно измеряемой величиной в КФМ «Эйрискан»
является оптическая разность хода (ОРХ), зависящая от геометрических размеров объекта и
показателя преломления его структур. Ряд характерных параметров определялся по фазовому
изображению и фазовому профилю отдельной клетки (Рис.1).
Рис.1. Фазовое изображение и профиль фазовой высоты эритроцита нормальной мыши (а), эритроцита
мыши-мутанта по гену дистрофина (б).
Для анализа морфофункционального состояния было разработано оригинальное
программное обеспечение, позволяющее определять следующие параметры клетки:
1. максимальную фазовую толщину Δh[нм],
2. фазовую толщину в центре Δhcenter[нм],
3. внешний диаметр dext[мкм],
4. внутренний диаметр dint[мкм],
5. площадь проекции на плоскость изображения Sery [мкм2],
6. фазовую площадь Sphase [мкм2],
7. фазовый объём Vphase [мкм3].
В качестве объекта измерений были выбраны эритроциты мыши. Нами был проведён
сравнительный анализ эритроцитов нормальной мыши и мыши - мутанта
по гену
дистрофина. В Таблице 1 приведены средние значения перечисленных выше параметров.
Полученные результаты могут лечь в основу диагностики заболеваний и биоскрининг
лекарственных препаратов на клеточном уровне.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Параметры
Δh, нм
Норма
Мутант
170±30
140±20
dext,
мкм
7±0,9
5±1,8
Таблица 1.
dint,
Sery,
мкм
мкм2
2±0,7
72±14
1±0,1
69±27
Sphase,мкм2 Vphase,мкм3
0,48±0,16
0,38±0,1
3,0±1
2,4±1
Список литературы
S. Mueller, G. Nebe-von-Caron, Functional single-cell analyses; flow cytometry and cell sorting of
microbial populations and communities, FEMS Microbial Rev 34:554-587, 2010
S.W. Hell, Far-field optical nanoscopy, PNAS 105, 14271, 2008
G.Shtengel, et al., Interferometric fluorescent super-resolution microscopy resolves 3D cellular
ultrastructures, PNAS 106(3): 3125-3110, 2009
G.Popescu, Quantitative phase imaging of nanoscale cell structure and dynamics, In: Methods in cell
biology, Ed. Bhanu, v.90 Charter 5, Elsevier Inc.2008
Левин Г.Г., Булыгин Ф.В., Вишняков Г.Н. Когерентные осцилляции состояния молекул белка в
живых клетках // Цитология. – 2005. – Т.47. - №4. – С.348-356.
V.P. Tychinsky, A.N. Tikhonov “Interference Microscopy in Cell Biophysics. Principles and
methodological aspects of Coherent Phase Microscopy”, Cell Biochemistry and Biophysics,
58(3):107-116, 2010