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精子の動きを3Dではっきりと見るデバイスを開発

September, 20, 2017, Los Angels--研究者は、光学顕微鏡が発明されて以来、精子細胞を観察することができるようになっている。しかし、独特の遊泳運動を3Dで捉えることは、驚くほど難しい。健全な精子、また欠陥のある精子の重要な物理的属性の説明に役立つので、その情報は有益である。
 UCLAの研究チームは、前例のない正確さで、詳細に3Dで精子の頭部と尾部の動きを精密追跡することを可能にした。デバイスは、ホログラフィと画像再構築アルゴリズムを用いており、研究成果はLight: Science and Applicationsに発表されている。
 研究室と臨床設定のほとんどの従来の顕微鏡は、非常に小さな試料容量で精子の運動を2D観察できるだけであり、精子の運動の細部、精子頭部のスピン、尾部、鞭毛の素早い動きを捉えることはできない。それが3Dで見れるようになる。
「われわれのホログラフィック顕微鏡はレンズを使わないので、標準光学顕微鏡のものより約100倍大きなサンプルボリュームで精子を撮像することができる」と研究の筆頭著者、Mustafa Dalogluは話している。
 システムがデータを生成、それは3Dグラフにプロットされ、研究者は精子の頭部スピンと鞭毛のビートパターンを見ることができる。
 コンピュータイメージングプラットフォームは、安価なコンポーネント、画像センサチップと2個のLEDでできている。画像センサチップは、1個当たりわずか数ドルで、モバイルフォーンカメラに使用されているようなものだ。LEDは、サンプルの照射に使われる。
 利用するには、精子サンプルを、イメージセンサの上、観察チャンバに置く。2つのLEDが容器の外側にあり、動く精子細胞の影がイメージセンサ上に落ちるように、LEDは相互にわずかに傾斜している。
 「2つのLEDの位置により、各個精子が異なる角度から2つの別の影を生成する。それぞれがホログラフィック情報を含んでおり、それを使ってアルゴリズムにより精子のデジタル3D画像を再構築する」と論文の共著者、Wei Luoは説明している。
 同システムは、精子運動について既存モデルや理論の検証のために役立つ3Dデータを提供できるだけでなく、マイクロロボットへの新たな洞察にもつながる。
 「精子頭部のスピンや鞭毛のビーティングパターンを理解することは、精子が動き、環境を感知する仕方を真似る、一段と進んだマイクロスケールのロボットの設計に役立つ」とOzcanは話している。