Покадровая микроскопия

Покадровый микроскоп
	Микроскоп замедленной съемки. Прозрачный клеточный инкубатор необходим для поддержания жизни клеток во время наблюдения.
Другие имена	(Таймлапс) микрокинофильм, (таймлапс) видеомикроскоп, таймлапс-микрокинограф
Использование	Наблюдение медленных микроскопических процессов
изобретатель	Жан Командон и другие современники
Похожие товары	Покадровая фотография , визуализация живых клеток

Таймлапс-микроскопия — это покадровая фотография, применяемая в микроскопии . Последовательность изображений микроскопа записывается, а затем просматривается с большей скоростью, чтобы получить ускоренное представление о микроскопическом процессе.

До появления видеомагнитофонов в 1960-х годах записи покадровой микроскопии делались на фотопленке . В этот период покадровая микроскопия называлась микрокинематографией . С ростом использования видеорегистраторов термин покадровая видеомикроскопия постепенно стал применяться . Сегодня от термина «видео» все чаще отказываются, поскольку для записи отдельных кадров изображения используется цифровая фотокамера , а не видеомагнитофон.

Приложения

Покадровый фильм о делящихся раковых клетках , созданный с помощью фазово-контрастного микроскопа .

Деление клеток более 42 часов. Покадровый фильм был создан с помощью фазового микроскопа .

Жан Командон , пионер микрокинематографии, записал этот замедленный фильм в формате c. 1910 год, с помощью ультрамикроскопа . В фильме показаны живые спиралевидные бактерии сифилиса , перемещающиеся среди эритроцитов лягушки. Обратите внимание на возвратно-поступательное движение, характеризующее болезнетворную форму.

Покадровую микроскопию можно использовать для наблюдения за любым микроскопическим объектом во времени. Однако его основное применение — в клеточной биологии для наблюдения за искусственно культивируемыми клетками . В зависимости от культуры клеток можно применять различные методы микроскопии для улучшения характеристик клеток, поскольку большинство клеток прозрачны. ^[1]

Поэтому для дальнейшего улучшения наблюдения клетки традиционно окрашивали перед наблюдением. К сожалению, процесс окрашивания убивает клетки. Развитие менее разрушительных методов окрашивания и методов наблюдения за неокрашенными клетками привело к тому, что клеточные биологи все чаще наблюдают за живыми клетками. Это известно как визуализация живых клеток . Было разработано несколько инструментов для идентификации и анализа отдельных клеток во время визуализации живых клеток. ^[2]^[3]^[4]

Покадровая микроскопия — это метод, который расширяет возможности визуализации живых клеток от одного наблюдения во времени до наблюдения клеточной динамики в течение длительных периодов времени. ^[5]^[6] Покадровая микроскопия в основном используется в исследованиях, но также применяется и в клиниках ЭКО , поскольку исследования доказали, что она увеличивает частоту наступления беременности, снижает частоту абортов и прогнозирует анеуплоидию. ^[7]^[8]

Современные подходы расширяют возможности покадровой микроскопии за пределы создания фильмов о клеточной динамике.Традиционно клетки наблюдают в микроскоп и измеряют с помощью цитометра . Эта граница все больше размывается по мере того, как цитометрические методы интегрируются с методами визуализации для мониторинга и измерения динамической активности клеток и субклеточных структур. ^[5]

История

«Сырные клещи» Мартина Дункана 1903 года — один из первых микрокинематографических фильмов. ^[9] Однако раннее развитие научной микрокинематографии произошло в Париже. Первый зарегистрированный микроскоп для замедленной съемки был собран в конце 1890-х годов в Институте Маре, основанном пионером хронофотографии Этьеном -Жюлем Маре . ^[10]^[11]^[12] Однако около 1910 года именно Жан Командон внес первый значительный научный вклад. ^[13]^[14]

Командон был дипломированным микробиологом, специализировавшимся на сифилиса исследованиях .Вдохновленный Виктора Анри микрокинематографической работой о броуновском движении , ^[15]^[16]^[17] он использовал недавно изобретенный ультрамикроскоп для изучения движения бактерий сифилиса . ^[18]В то время ультрамикроскоп был единственным микроскопом, в котором можно было увидеть тонкие спиралевидные бактерии.Используя огромную кинокамеру, прикрепленную к хрупкому микроскопу, он наглядно продемонстрировал, чтодвижение болезнетворных бактерий однозначно отличается от неболезнетворной формы.Фильмы Командона сыграли важную роль в обучении врачей различать эти две формы. ^[19]^[20]

Обширная новаторская работа Командона вдохновила других на освоение микрокинематографии. Хениц Розенбергер строит микрокинематограф в середине 1920-х годов. В сотрудничестве с Алексисом Каррелом они использовали устройство для дальнейшей разработки методов культивирования клеток Каррела . ^[21] Аналогичную работу провел Уоррен Льюис. ^[22]

первый фазово-контрастный микроскоп Во время Второй мировой войны компания Carl Zeiss AG выпустила на рынок .С помощью этого нового микроскопа впервые можно было наблюдать детали клеток без использования смертельных красителей. ^[1]Проведя одни из первых покадровых экспериментов с куриными фибробластами и фазово-контрастным микроскопом, Майкл Аберкромби описал основу нашего нынешнего понимания миграции клеток в 1953 году. ^[23]^[24]

С широким внедрением цифровых камер в начале этого столетия покадровая микроскопия стала значительно более доступной, и в настоящее время ее объем в научных публикациях не представлен. ^[5]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Фазово-контрастный микроскоп» . Нобель Медиа АБ.
^ Стилианиду, Стелла; Бреннан, Коннор; Ниссен, Сайлас Б.; Кувада, Натан Дж.; Виггинс, Пол А. (29 августа 2016 г.). «SuperSegger: надежная сегментация изображений, анализ и отслеживание происхождения бактериальных клеток» (PDF) . Молекулярная микробиология . 102 (4): 690–700. дои : 10.1111/mmi.13486 . ПМИД 27569113 . S2CID 10684951 .
^ Янг, Джонатан В.; Локк, Джеймс CW; Алтынок, Альфан; Розенфельд, Ницан; Бакарян, Тигран; Суэйн, Питер С.; Мьёлснесс, Эрик; Еловиц, Майкл Б. (15 декабря 2011 г.). «Измерение динамики экспрессии генов в отдельных клетках у бактерий с помощью флуоресцентной покадровой микроскопии» . Протоколы природы . 7 (1): 80–88. дои : 10.1038/nprot.2011.432 . ПМК 4161363 . ПМИД 22179594 .
^ Меруан, Амин; Рей-Вильямисар, Николас; Лу, Янбинь; Ляди, Иван; Ромен, Габриэль; Лу, Дженнифер; Сингх, Харджит; Купер, Лоуренс Дж. Н.; Варадараджан, Навин; Ройсам, Бадринатх (01 октября 2015 г.). «Автоматическое профилирование индивидуальных межклеточных взаимодействий с помощью высокопроизводительной покадровой микроскопии в сетках нанолунок (TIMING)» . Биоинформатика . 31 (19): 3189–3197. doi : 10.1093/биоинформатика/btv355 . ISSN 1367-4803 . ПМК 4693004 . ПМИД 26059718 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Коуту, ДЛ; Шредер, Т. (2013). «Изучение клеточных процессов с помощью долгосрочных изображений в реальном времени – исторические проблемы и текущие решения» . Журнал клеточной науки . 126 (Часть 17): 3805–15. дои : 10.1242/jcs.118349 . ПМИД 23943879 .
^ Ландекер, Х. (2009). «Видеть вещи: от микрокинематографии к визуализации живых клеток». Природные методы . 6 (10): 707–709. дои : 10.1038/nmeth1009-707 . ПМИД 19953685 . S2CID 6521488 .
^ Месегер, М.; Рубио, И.; Круз, М.; Базиль, Н.; Маркос, Дж.; Рекена, А. (2012). «Инкубация и отбор эмбрионов в системе покадрового мониторинга улучшает исход беременности по сравнению со стандартным инкубатором: ретроспективное когортное исследование» . Фертильность и бесплодие . 98 (6): 1481–1489.e10. doi : 10.1016/j.fertnstert.2012.08.016 . ПМИД 22975113 .
^ Кэмпбелл, А.; Фишель, С.; Боуман, Н.; Даффи, С.; Седлер, М.; Хикман, КФЛ (2013). «Моделирование классификации риска анеуплоидии у эмбрионов человека с использованием неинвазивной морфокинетики» . Репродуктивная биомедицина онлайн . 26 (5): 477–485. дои : 10.1016/j.rbmo.2013.02.006 . ПМИД 23518033 .
^ Рорер, Финло. «Сырные клещи и другие чудеса» . Журнал BBC News . Проверено 24 апреля 2011 г.
^ Талбот, Фредерик А. (1913). Практическая кинематография и ее приложения . В. Хайнеманн. ОЛ 7220960М .
^ «Кино на службе науки» . Национальный аудиовизуальный институт . Проверено 9 января 2013 г.
^ Ландекер, Ханна (2006). «Микрокинематография и история науки и кино». Исида . 97 : 121–132. дои : 10.1086/501105 . S2CID 144554305 .
^ «Жан Командон (1877–1970)» . Институт Пастера. Архивировано из оригинала 5 декабря 2014 г.
^ «МИКРОБЫ В ДЕЙСТВИИ; их движущиеся изображения — большая помощь в медицинских исследованиях» . Нью-Йорк Таймс . 31 октября 1909 года.
^ Бигг, Шарлотта (2011). «Глава 6: Визуальная история кривых броуновского движения Жана Перрена» (PDF) . В Дастоне, Лоррейн; Лунбек, Элизабет (ред.). Истории научных наблюдений . Издательство Чикагского университета. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Бигг, Шарлотта (2008). «Очевидные атомы: визуальность в исследовании броуновского движения Жана Перрена» (PDF) . Исследования по истории и философии науки . Часть A. 39 (3): 312–322. дои : 10.1016/j.shpsa.2008.06.003 . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Анри, Виктор (1908). «Киноисследования броуновских движений». Еженедельные отчеты сессий Академии наук (146): 1024–1026.
^ Ландекер, Ханна (2005). «Клеточные особенности: микрокинематография и теория кино». Критический запрос . 31 (4): 903–937. дои : 10.1086/444519 . S2CID 162894152 .
^ Бэйли, HW (1910). «Демонстрация с помощью ультрамикроскопа живых бледных трепонем и различных спирохет» . Труды Королевского медицинского общества . 3 (Секта Клин): 3–6. дои : 10.1177/003591571000300202 . ЧВК 1961544 . ПМИД 19974144 .
^ Ру, П.; Мюнтер, С.; Фришкнехт, Ф.; Гербомель, П.; Шорте, СЛ (2004). «Фокусирование внимания на инфекции в четырех измерениях» . Клеточная микробиология . 6 (4): 333–343. дои : 10.1111/j.1462-5822.2004.00374.x . ПМИД 15009025 . S2CID 12228598 .
^ Розенбергер, Хайнц (1929). «Микрокинематография в медицинских исследованиях». Джей Дент Рес . 9 (3): 343–352. дои : 10.1177/00220345290090030501 . S2CID 71952151 .
^ «Документы Уоррена Х. (Уоррена Хармона) Льюиса, около 1913–1964 годов» . Американское философское общество . Проверено 24 апреля 2011 г.
^ Ойос-Флайт, Моника. «Веха 2: Природные вехи в цитоскелете» . Издательская группа «Природа».
^ Аберкромби, М.; Хейсман, Дж. Э. (1953). «Наблюдения за социальным поведением клеток в культуре тканей. I. Скорость движения фибробластов сердца кур в зависимости от их взаимных контактов». Экспериментальные исследования клеток . 5 (1): 111–131. дои : 10.1016/0014-4827(53)90098-6 . ПМИД 13083622 .

Внешние ссылки

Введение в методы визуализации живых клеток , Университет штата Флорида.

Исторические фильмы, снятые с помощью покадровой микроскопии

1903 – «Сырные клещи» Мартина Дункана
1909 – Сифилис спирохета бледная , Жан Командон.
1939 – Нормальные и аномальные лейкоциты в тканевых культурах Уоррена Льюиса.
1943 - с помощью фазово-контрастной покадровой микроскопии продемонстрировал раннюю стадию деления сперматозоидов кузнечика. Курт Мишель, Carl Zeiss AG,

[NobelPhase-1] Jump up to: ^а ^б «Фазово-контрастный микроскоп» . Нобель Медиа АБ.

[2] Стилианиду, Стелла; Бреннан, Коннор; Ниссен, Сайлас Б.; Кувада, Натан Дж.; Виггинс, Пол А. (29 августа 2016 г.). «SuperSegger: надежная сегментация изображений, анализ и отслеживание происхождения бактериальных клеток» (PDF) . Молекулярная микробиология . 102 (4): 690–700. дои : 10.1111/mmi.13486 . ПМИД 27569113 . S2CID 10684951 .

[3] Янг, Джонатан В.; Локк, Джеймс CW; Алтынок, Альфан; Розенфельд, Ницан; Бакарян, Тигран; Суэйн, Питер С.; Мьёлснесс, Эрик; Еловиц, Майкл Б. (15 декабря 2011 г.). «Измерение динамики экспрессии генов в отдельных клетках у бактерий с помощью флуоресцентной покадровой микроскопии» . Протоколы природы . 7 (1): 80–88. дои : 10.1038/nprot.2011.432 . ПМК 4161363 . ПМИД 22179594 .

[4] Меруан, Амин; Рей-Вильямисар, Николас; Лу, Янбинь; Ляди, Иван; Ромен, Габриэль; Лу, Дженнифер; Сингх, Харджит; Купер, Лоуренс Дж. Н.; Варадараджан, Навин; Ройсам, Бадринатх (01 октября 2015 г.). «Автоматическое профилирование индивидуальных межклеточных взаимодействий с помощью высокопроизводительной покадровой микроскопии в сетках нанолунок (TIMING)» . Биоинформатика . 31 (19): 3189–3197. doi : 10.1093/биоинформатика/btv355 . ISSN 1367-4803 . ПМК 4693004 . ПМИД 26059718 .

[Coutu-5] Jump up to: ^а ^б ^с Коуту, ДЛ; Шредер, Т. (2013). «Изучение клеточных процессов с помощью долгосрочных изображений в реальном времени – исторические проблемы и текущие решения» . Журнал клеточной науки . 126 (Часть 17): 3805–15. дои : 10.1242/jcs.118349 . ПМИД 23943879 .

[6] Ландекер, Х. (2009). «Видеть вещи: от микрокинематографии к визуализации живых клеток». Природные методы . 6 (10): 707–709. дои : 10.1038/nmeth1009-707 . ПМИД 19953685 . S2CID 6521488 .

[Meseguer-7] Месегер, М.; Рубио, И.; Круз, М.; Базиль, Н.; Маркос, Дж.; Рекена, А. (2012). «Инкубация и отбор эмбрионов в системе покадрового мониторинга улучшает исход беременности по сравнению со стандартным инкубатором: ретроспективное когортное исследование» . Фертильность и бесплодие . 98 (6): 1481–1489.e10. doi : 10.1016/j.fertnstert.2012.08.016 . ПМИД 22975113 .

[Campbell-8] Кэмпбелл, А.; Фишель, С.; Боуман, Н.; Даффи, С.; Седлер, М.; Хикман, КФЛ (2013). «Моделирование классификации риска анеуплоидии у эмбрионов человека с использованием неинвазивной морфокинетики» . Репродуктивная биомедицина онлайн . 26 (5): 477–485. дои : 10.1016/j.rbmo.2013.02.006 . ПМИД 23518033 .

[9] Рорер, Финло. «Сырные клещи и другие чудеса» . Журнал BBC News . Проверено 24 апреля 2011 г.

[Talbot-10] Талбот, Фредерик А. (1913). Практическая кинематография и ее приложения . В. Хайнеманн. ОЛ 7220960М .

[11] «Кино на службе науки» . Национальный аудиовизуальный институт . Проверено 9 января 2013 г.

[12] Ландекер, Ханна (2006). «Микрокинематография и история науки и кино». Исида . 97 : 121–132. дои : 10.1086/501105 . S2CID 144554305 .

[13] «Жан Командон (1877–1970)» . Институт Пастера. Архивировано из оригинала 5 декабря 2014 г.

[14] «МИКРОБЫ В ДЕЙСТВИИ; их движущиеся изображения — большая помощь в медицинских исследованиях» . Нью-Йорк Таймс . 31 октября 1909 года.

[15] Бигг, Шарлотта (2011). «Глава 6: Визуальная история кривых броуновского движения Жана Перрена» (PDF) . В Дастоне, Лоррейн; Лунбек, Элизабет (ред.). Истории научных наблюдений . Издательство Чикагского университета. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[16] Бигг, Шарлотта (2008). «Очевидные атомы: визуальность в исследовании броуновского движения Жана Перрена» (PDF) . Исследования по истории и философии науки . Часть A. 39 (3): 312–322. дои : 10.1016/j.shpsa.2008.06.003 . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[17] Анри, Виктор (1908). «Киноисследования броуновских движений». Еженедельные отчеты сессий Академии наук (146): 1024–1026.

[18] Ландекер, Ханна (2005). «Клеточные особенности: микрокинематография и теория кино». Критический запрос . 31 (4): 903–937. дои : 10.1086/444519 . S2CID 162894152 .

[19] Бэйли, HW (1910). «Демонстрация с помощью ультрамикроскопа живых бледных трепонем и различных спирохет» . Труды Королевского медицинского общества . 3 (Секта Клин): 3–6. дои : 10.1177/003591571000300202 . ЧВК 1961544 . ПМИД 19974144 .

[20] Ру, П.; Мюнтер, С.; Фришкнехт, Ф.; Гербомель, П.; Шорте, СЛ (2004). «Фокусирование внимания на инфекции в четырех измерениях» . Клеточная микробиология . 6 (4): 333–343. дои : 10.1111/j.1462-5822.2004.00374.x . ПМИД 15009025 . S2CID 12228598 .

[21] Розенбергер, Хайнц (1929). «Микрокинематография в медицинских исследованиях». Джей Дент Рес . 9 (3): 343–352. дои : 10.1177/00220345290090030501 . S2CID 71952151 .

[22] «Документы Уоррена Х. (Уоррена Хармона) Льюиса, около 1913–1964 годов» . Американское философское общество . Проверено 24 апреля 2011 г.

[23] Ойос-Флайт, Моника. «Веха 2: Природные вехи в цитоскелете» . Издательская группа «Природа».

[24] Аберкромби, М.; Хейсман, Дж. Э. (1953). «Наблюдения за социальным поведением клеток в культуре тканей. I. Скорость движения фибробластов сердца кур в зависимости от их взаимных контактов». Экспериментальные исследования клеток . 5 (1): 111–131. дои : 10.1016/0014-4827(53)90098-6 . ПМИД 13083622 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

v т и Оптическая микроскопия
Микроскоп Оптическая микроскопия
Освещение и контрастные методы	Светлопольная микроскопия освещение по Келеру Темнопольная микроскопия Фазовый контраст Количественная фазово-контрастная микроскопия Дифференциальный интерференционный контраст (ДИК) Дисперсионное окрашивание Визуализация второй гармоники (SHIM) 4Пи микроскоп Структурированное освещение Сарфус Микроскопия интерференционного отражения (IRM/RICM) Рамановский
Флуоресцентные методы	Флуоресцентная микроскопия Конфокальная микроскопия Многофотонная микроскопия ( Двухфотонная , Трехфотонная ) Деконволюция изображения Флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения (TIRF) Световая микроскопия (LSFM/SPIM) Решетчатая светолистовая микроскопия
субдифракция предельные методы	Дифракционный предел Вынужденное сокращение выбросов (STED) Фотоактивируемая локализационная микроскопия (PALM/STORM) Near-field (NSOM/SNOM)
Категория Коммонс