Riceのレンズレスカメラ､生きた組織で細胞レベル3D詳細画像を撮る

April, 25, 2022, Houston--最初にタイガーを撮り､次にライス大学で開発されているレンズレス顕微鏡の最新の反復処理にBio-FlatScopeを取り付ける｡

Jacob Robinsonによると､その特別な利用は風変わりであるが､強引ではない｡同氏はライスのGeorge R. Brown 工学部､電気&コンピュータエンジニア｡最近､生きた動物でBio-FlatScopeをテストした｡

研究チームのFlatScope､レンズレスデバイス(マスクを通して光を直接カメラセンサに方向付ける)は､主に外側世界全体を狙っていた｡生画像は､静的に見えるが､カスタムアルゴリズムが､含まれているデータを使い､カメラが見たものを再構築する｡

その新しいデバイスは､内部を見て､皮膚を透してでも､細胞や体内の血管のようなミクロンスケールの標的をイメージングできる｡Bio-FlatScopeは､レンズ搭載のカメラが見えない画像を捉える｡例えば､走るマウスの蛍光タグづけしたニューロンの動的変化を示す｡

他の顕微鏡に対する1つの利点は､Bio-FlatScopeによって捉えられた光が3D細部を明らかにした後に､再度合焦できること｡レンズなしで､そのスコープの視野は､センサのサイズ(ターゲット近接で)､あるいは､もっと広くて､歪がない｡

ライス大学のニューロエンジニアリング構想､プロジェクトとチームを組んでいるRobinsonによると､小さな､ローコストのBio-FlatScopeは､最終的にガン､敗血症兆候を探し､内視鏡の価値あるツールとなる｡

チームの概念実証研究は､植物､ヒドラ､さらに限定的にではあるが人間を撮像した｡結果は､Nature Biomedical Engineering に発表された｡

そのメカニズムは､高度な位相マスクを統合して､チップに直接落ちる光のパタンを生成する｡元のBio-FlatScopeは､バーコードのようなものに見え､それを透過してカメラセンサに達する光の量を制限する｡しかし､それは生物学的サンプルではうまく機能しない｡

Bio-FlatScope位相マスクは､自然の景観のランダムマップのようで､直線は全くない｡｢われわれは､落書きからスタートして､それが現実的な生物学的設定で機能する仕組みを考えなければならなかった｣(Robinson)｡

｢ランダムであることで､マスクは全方向からの光の収集で非常に多様になる｡次に､われわれは､そのランダムを取込む､つまりパーリンノイズ(Perlin noise)｡さらに､高コントラスト輪郭を得るためにある処理を行う｣と研究者は説明している｡

センサでは､マスクを透過する光が点広がり関数として現れ､これは無駄に見えるぼやけた一組のプロブ｡しかしこれは､実際には回折限界下の対象､小さすぎて多くの顕微鏡では見ることができない対象の細部を取得するためのカギとなる

研究チームは､走る𪘂歯動物の頭蓋にBio-FlatScopeを取付､動物を車輪に乗せた｡データから分かったことは､その動物の脳領域の蛍光タグづけしたニューロン､運動皮質の活動と動作を結びつけ､10µm径の血管を解像していることだった｡

Rebecca Richards-Kortumと研究者､Jennifer Carnsと協力して､チームは､Bio-FlatScopeの潜在的な臨床応用として血管イメージングを確認した｡院生､論文の共同主筆､Jimin Wuは､自身の下唇で､カメラに透過する光が､その内側の血管系の詳細構造を示すことができるかどうかを見た｡

｢Bio-FlatScopeを正しい位置に設置し､そこで維持することは難しい｡それは工学的な問題だった｡しかし､それは､敗血症のような兆候を見るための適切なツールであることを示した｡前敗血症は､脈管構造の密度を変えるからである｡ガンも微小血管系の形態を変える｣｡

｢その位置に顕微鏡を取り付けるのが難しいことは想像できるが､おそらく､小さなクリップを唇に取り付けると､口腔粘膜に敗血症､あるいは腫瘍のようなものを見ることができる｣(Robinson)｡

以前から､チームは､脳組織のような被写体を回避するカメラの可能性を知っている｡｢それは見ているものの形態に一致する｡あるいは､それを折り畳み､ある場所に固定し､それを開いて展開することができる｣(Robinson)｡

(詳細は､https://news.rice.edu)