Badania zespołu prof. Małgorzaty Kujawińskiej z Politechniki Warszawskiej pozwoliły na opracowanie modeli cyfrowych oraz rzeczywistych fantomów komórek biologicznych i hodowli komórkowych. Staną się one podstawą kontroli metrologicznej wyników pomiarów uzyskanych w autorskich i komercyjnych systemach ilościowego trójwymiarowego obrazowania mikrostruktur biologicznych realizowanych metodą tomografii holograficznej. Ważną zaletą tych technologii obrazowania jest brak konieczności barwienia (jak w histopatologii) lub znakowania (jak np. w mikroskopie fluorescencyjnym) obserwowanych struktur.
W opracowanym przez zespół prof. Kujawińskiej tomografie holograficznym wiązka laserowa przechodząca przez próbkę biologiczną jest porównywana optycznie z identyczną wiązką, która biegnie bez zakłóceń. Ponieważ różne substancje inaczej wpływają na światło, z porównania tego można wywnioskować jakie struktury biologiczne znalazły się na drodze promienia. W układach tomografii holograficznej możemy zobrazować obiekty przezroczyste o wymiarze nawet poniżej 200 nanometrów.
- Zaczęliśmy zajmować się tak zwanymi ilościowymi pomiarami fazowymi już dość dawno – wspomina prof. Kujawińska. – Najpierw realizowałam projekt w ramach programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Tam prowadziłam pierwsze prace w zakresie tomografii holograficznej mikroobiektów technicznych i biologicznych. Uzyskaliśmy na tyle obiecujące wyniki, że udało się uzyskać kolejny projekt w ramach programu TEAM-TECH. W ramach niego zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy systemy, które, mam nadzieję, będą komercjalizowane. Już dziś są gotowe dwa prototypy: tomografu holograficznego do badań wolnozmiennych zjawisk na poziomie komórkowym oraz systemu, w którym można obserwować procesy dynamiczne - dodaje.
W urządzeniu opracowanym przez zespół z Politechniki Warszawskiej komórka lub wycinek tkanki prześwietlany jest z wielu kierunków. Na podstawie zebranych danych niezwykle precyzyjnie rekonstruowana jest w trzech wymiarach struktura wewnętrzna komórki, pozwalając na ocenę jej „zdrowia”.
- W tej chwili na rynku są dwa takie systemy oferowane przez szwajcarską firmę NanoLive i koreańską firmę Tomocube – relacjonuje prof. Kujawińska. – Pojawiły się one na rynku równolegle z naszymi badaniami. Nasz system daje jednakże poprawniejsze odwzorowanie trójwymiarowe - zaznacza.
Niestety, różne systemy tomograficzne i ich algorytmy nie prowadzą do tych samych wyników. Utrudnia to, a czasem uniemożliwia porównywanie wyników uzyskiwanych w różnych zespołach badawczych i pracowniach diagnostycznych. Problemem jest brak norm i standardowych wzorców kalibracyjnych.
- Lekarze chcą mieć dokładną informację ilościową – dodaje prof. Kujawińska. – Do tej pory mikroskop był narzędziem analizy jakościowej. Większość prac histopatologicznych bazowała na obserwacji obrazu: zliczało się komórki, niekiedy śledziło ich ruch. W tej chwili diagnostyka może bazować na pomiarach materii wewnątrzkomórkowej, jej rozkładu i zmian. Kluczowa jest jednak wiarygodność i precyzja odwzorowania - podkreśla.
Na całym świecie trwają badania nad opracowaniem sposobów weryfikacji zmierzonych wielkości. Niestety nie wiadomo jakie są prawdziwe właściwości optyczne komórki, ponieważ brak jest innych narzędzi do ich pomiaru. Dlatego zespół z Politechniki Warszawskiej opracował szereg modeli komórek o precyzyjnie znanych parametrach i charakterystyce odzwierciedlającej typowe struktury biologiczne. Oprócz imitacji organelli komórkowych w postaci stopniowych i skokowych zmian współczynnika załamania światła, badacze wbudowali w fantom trójwymiarowe wzorce zdolności rozdzielczej. Dzięki temu można sprawdzić jakie są rzeczywiste parametry instrumentów w całej objętości pomiarowej. Opracowane zostały modele numeryczne, a następnie wykorzystując metodę dwufotonowej fotolitografii laserowej wytworzone zostały fizyczne modele komórki i hodowli komórkowych.
Źródło: Centrum Zarządzania Innowacjami i Transferem Technologii - Politechnika Warszawska. Na zdjęciu prof. dr hab. inż. Małgorzata Kujawińska – współtwórczyni fantomu komórki 3D, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska
