High Spatial resolution FTIR imaging of biomedical tissue samples using a novel method of magnification enhancement

Význam tématu

Fourierova transformace v infračervené oblasti s obrazováním (FTIR) poskytuje unikátní kombinaci spektrálních a prostorových informací v mikronovém měřítku. V biomedicínském výzkumu je klíčová pro analýzu buněčných struktur a metabolitů v tkáních. Zvyšování prostorového rozlišení FTIR imagingu otevírá nové možnosti detailního mapování biochemických změn, například při studiu neurodegenerativních onemocnění.

Cíle a přehled studie

Autoři představili novou metodu softwarově řízené úpravy zvětšení při použití stávajících objektivů na FTIR mikroskopech Agilent. Cílem bylo dosáhnout efektivního pixelového rozlišení kolem 1 µm/pixel bez nutnosti výměny objektivu, přičemž se zachová pracovní vzdálenost ~21 mm. Výkon nového režimu byl porovnán se standardní termální konfigurací FTIR a se synchrotronovou technikou IRENI.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byl použit FTIR spektrometr Agilent Cary 670 spojený s mikroskopem Cary 620 vybaveným MCT FPA detektorem. Ve standardním režimu (termální Globar) bylo dosaženo rozlišení 5,5 µm/pixel. Nový režim využívá automatizované 5× zvětšení, které zlepšuje rozlišení na 1,1 µm/pixel, přičemž objektiv zůstává 15×, NA 0,62 a pracovní vzdálenost 21 mm. Pro srovnání byly použity údaje z multi-beam synchrotronového zdroje IRENI na ne-Agilent zařízení. Parametry jako spektrální rozlišení 4 cm−1 a počet skenů byly sjednoceny.

Hlavní výsledky a diskuse

Nová metoda přinesla pětinásobné zlepšení prostorového rozlišení oproti standardnímu režimu a obdobnou kvalitu spekter jako IRENI, zejména ve „fingerprint“ oblasti pod 1800 cm−1. Při měření kryosekce mozku 3×Tg modelu Alzheimerovy myši bylo možné detailněji vizualizovat amyloidové plaky, depozita kreatinu a lipidové struktury. FTIR snímky z nového režimu ukázaly čistší a intenzivnější CH pásy oproti standardnímu nastavení. Synchrotronová metoda vykazovala artefakty v nízkých vlnových číslech, které u termálního zdroje Agilent chyběly.

Přínosy a praktické využití metody

Díky zachování pracovního prostoru bez výměny objektivu lze analyzovat širokou škálu vzorků různých tvarů a velikostí. Zvýšené rozlišení a lepší spektrální čistota významně zvyšují informační hodnotu snímků při studiu biomedicínských tkání. Doba pořízení obrazu se zkrátila z 40–72 minut (synchrotron) na přibližně 6 minut.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj softwarových algoritmů pro zpracování FTIR dat, integrace s chemometrickou analýzou a 3D zobrazování. Technologie by mohla být rozšířena do dalších oborů, jako je farmacie nebo materiálové vědy, a doplněna živými měřeními dynamických procesů.

Závěr

Navržená metoda automatizovaného zvýšení zvětšení pomocí termálního zdroje Agilent nabízí vysoké prostorové a spektrální rozlišení s vynikajícím poměrem rychlosti a kvality. Systém předčil tradiční FTIR konfiguraci a dosáhl srovnatelných výsledků se synchrotronovou technikou IRENI bez jejích omezení.

Reference

• Nasse J M et al. Nature Methods, 2011, 8(5): 413–418
• Liao C, Rak M et al. NeuroImage, 2012, 138: 399–397