Imaging of Live Cells in Water Using an Agilent 620 FTIR Microscope and an Agilent Cary 670 FTIR System Equipped with Standard Thermal Source

Význam tématu

FTIR chemické zobrazování živých buněk v prostředí vody umožňuje neinvazivní sledování buněčných procesů s mikroskopickým rozlišením a současnou chemickou identifikací makromolekulárních komponent. Tato metoda odstraňuje nutnost použít drahé a omezeně dostupné synchrotronní zdroje infračerveného záření a otevírá cestu k běžnému laboratornímu využití ve výzkumu života, farmakologii či kvalitativní a kvantitativní analýze biologických vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo demonstrovat možnost reálného času FTIR zobrazování živých mikroskopických řasových buněk Micrasteris hardyi v kapalném vodném prostředí pomocí kompaktního benchtop FTIR systému vybaveného standardním tepelným zdrojem. Autoři prezentují konfiguraci přístrojů, metodiku měření a ukazují spektrální i obrazová data dokumentující chemickou složku buněčných struktur.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byla použita soustava Agilent Cary 670 FTIR spektrometru spojená s Agilent Cary 620 FTIR zobrazovacím mikroskopem. Optická soustava využívá dvojici 15× objektivů s numerickou aperturou 0,62 a pracovní vzdáleností 21 mm. Snímání probíhá v transmisním režimu s výslednou velikostí pixelu ~1,1 µm. Detekční pole tvoří FPA detektor 64 × 64 elementů, spektrální rozlišení bylo nastaveno na 8 cm⁻¹ s akumulací 256 skenů na dílek. Pro rozšíření zobrazované oblasti byl složen 3 × 3 dlaždicový obraz o rozměru 210 × 210 µm za dobu přibližně 1 hodiny. Vzorek tvoří buňky umístěné v kapalném transmisním buněčném systému sestávajícím ze dvou CaF₂ oken oddělených 7 µm tlustým teflonovým distančním rámečkem.

Hlavní výsledky a diskuse

Spektrální data ukazují jasně přiřaditelné absorpční pásy typické pro proteiny (1650–1600 cm⁻¹), lipidy (esterový karbonyl ~1713 cm⁻¹), C–H skupiny (~2928 cm⁻¹) i sacharidy (~1180–1000 cm⁻¹). Matematickou eliminací signálu vodného pozadí bylo zachováno spektrum vnitřních komponent buňky. Chemoobrazovací mapy přiřazují intenzitu signálu jednotlivým makrosložkám:

• lipidy: domény inkluzí odpovídající těžším akumulacím tuku
• proteiny: distribuce proteinových struktur ve světelném poli buněk
• C–H signál: celkový uhlovodíkový profil membrán a cytoplazmy

Kompozitní RGB mapy spojují všechny tři kanály pro celkovou vizualizaci morfologie. V oblasti sacharidů bylo možné rozlišit živé buňky od tzv. ghost cells, kde došlo k vypuzení vnitřních složek.

Přínosy a praktické využití metody

Tato benchtop FTIR zobrazovací technologie přináší následující výhody:

• Možnost sledovat živé buňky ve vodném prostředí bez jejich dehydratace
• Reálný čas a vysoká prostorová rozlišitelnost vhodná pro studium dynamických procesů (dělení, stresové reakce)
• Eliminace nákladů a časových omezení spojených s použitím synchrotronního zdroje
• Neznačková analýza, zachování přirozené chemie buněčných struktur

Budoucí trendy a možnosti využití

V následujících letech se očekává:

• Rozšíření detekčního pole FPA (např. 128 × 128) pro rychlejší a rozsáhlejší skenovací oblasti
• Zvýšení rychlosti akvizice a automatizace skládání dlaždicových obrazů
• Integrace FTIR zobrazování s dalšími mikroskopickými a spektroskopickými technikami pro multimodální analýzu
• Využití v předklinickém screeningu účinků léků a toxikologických studiích

Závěr

Studie popisuje vůbec první realizaci chemického FTIR zobrazování živých buněk v akválním prostředí pomocí benchtop přístrojového řešení s tepelným zdrojem. Kombinace optimalizovaného vysokopropustného spektrometru Agilent Cary 670 a vysoce numericky otevřeného zobrazovacího mikroskopu Cary 620 umožňuje detailní, neinvazivní a nákladově efektivní sledování biologických procesů v reálném čase. Tím se otevírá nové uplatnění infračervené mikroskopie v biomedicínském výzkumu a průmyslové analýze.