במחקר זה, החוקר פיתח גישה הדמיה חדשה המשלבת שתי טכניקות חזקות לפיתרון בעיה זו. ראשית, משתמשים בסוג מיוחד של מיקרוסקופ הנקרא מיקרוסקופ דו-פוטון, שיכול להסתכל עמוק ברקמות חיות עם נזק מינימלי. כדי לשפר את היציבות של הרקמה במהלך ההדמיה, הם עיצבו מחזיק מודפס בתלת מימד בהתאמה אישית שמשתמש בעדינות ביניקה כדי להחזיק את הרקמה במקום. ייצוב מבוסס יניקה זה עוזר לשמור על הרקמה עדיין במוקד המצלמה, וזה חיוני כשמנסים לתפוס תמונות ברזולוציה גבוהה של מבנים נעים זעירים.
בשלב הבא, התמונות משופרות עוד יותר באמצעות אלגוריתמי מחשב מתקדמים. אלה כללו טכניקות להפחתת "רעש" (כתמים מטושטשים לא רצויים בתמונות), מתאימים לתזוזות זעירות או נסחפות בתמונה ומשפרים את חדות התמונה בשיטה הנקראת תנודות רדיאליות-רזולוציה סופר (SRRF). יחד, שיפורים אלה הכפילו את הרזולוציה, מה שמאפשר לחוקרים לראות בבירור פרטים קטנים מ -250 ננומטרים, הרבה מעבר למה שמיקרוסקופ טיפוסי יכול לעשות.
כדי להדגים את כוחה של גישה זו, הם השתמשו בעכבר שהשתנה גנטית בשם מודל Mito-Dendra2, שם מיטוכונדריה זוהר ירוק מתחת למיקרוסקופ. עם המודל הזה הצוות הצליח לצפות, בזמן אמת, כיצד מיטוכונדריה מתפצלת, למזג, להזיז ולהגיב למצבים בריאותיים שונים. לדוגמה, נצפה כיצד מיטוכונדריה מתנהגת במודל של מחלת כבד הנגרמת על ידי אלכוהול, וכיצד תרכובת טבעית הנקראת ברברין יכולה לעזור להחזיר את בריאות המיטוכונדריה במהלך ההחלמה. כמעט בלתי אפשרי להשיג תובנות אלה מבלי להיות מסוגלות לראות את המיטוכונדריה ישירות בתוך חיה חיה.
עבודה זו חשובה מכיוון שהיא מאפשרת למדענים ללמוד את אבני הבניין הקטנות ביותר של החיים בסביבתם הטבעית ביותר, בתוך רקמות חיים ומתפקדות. השילוב של ייצוב גופני עדין, מיקרוסקופיה עוצמתית ועיבוד תמונה מתקדם מציע תקן חדש להדמיה תוך -ויטלית בתוך אורגניזמים חיים. זה פותח את הדלת לתגליות חדשות כיצד תאים מגיבים ללחץ, כיצד מתפתחים מחלות וכיצד טיפולים פועלים ברמת האורגן. בקיצור, פריצת דרך זו מספקת לחוקרים כלי חשוב לחקור את העולם הנסתר בתוך רקמות חיות, מה שמקל על הבנת החיים ברמה התאית ולפתח דרכים טובות יותר לאבחון וטיפול במחלות.
קבוצת המחקר של פרופ 'ג'ון קי קים מהמרכז הרפואי אסאן, בית החולים הגדול ביותר בקוריאה ואוניברסיטת אולסן, המכללה לרפואה, מציגה טכנולוגיה פורצת דרך המספקת הדמיה של רזולוציה סופר בתוך התאים של בעלי חיים חיים. העבודה שנמצאת בצומת הנדסה, רפואה ואופטיקה, העבודה שנערכה במעבדה לאופטיקה זו בתוך מחלקת הנדסה ביו -רפואית והמרכז הרפואי הקשור ממלא תפקיד חיוני בעיצוב עתיד הבריאות והגילוי המדעית. סביבה בינתחומית זו מפגישה פיזיקאים, מהנדסים, ביולוגים וקלינאים כדי להתמודד עם כמה מהאתגרים הדוחקים ביותר במחלות המודרניות באבחון רפואי מוקדם יותר, ומתייחסים אליהם באופן מדויק יותר, ולהבין את הביולוגיה האנושית ברמה העמוקה יותר.
חשיבותה של יצירה זו נעוצה בהתמקדותה בתרגום טכנולוגיות מבוססות אור: כמו מערכות הדמיה מתקדמות, כלי אבחון ומכשירים טיפוליים, לפתרונות קליניים בעולם האמיתי. בבתי חולים ובמרפאות, לרוב רופאים מסתמכים על אינדיקטורים עקיפים למחלות, כמו בדיקות דם או ביופסיות רקמות, שיכולות להיות פולשניות או מוגבלות בפירוט. טכנולוגיות אופטיות מציעות גישה שונה: הן מספקות תובנה בזמן אמת ולא פולשני לגבי גוף האדם, חושפים מבנים ושינויים מולקולריים שאינם נראים לעין בלתי מזוינת.
במעבדה זו, החוקרים מפתחים כלים שיכולים לתאי דימוי בגוף חי, לגלות סימנים מוקדמים של מחלות או להנחות מנתחים במהלך פעולות עם טכניקות הדמיה מבוססות אור. מהנדסים עובדים ביד ביד עם אנשי מקצוע רפואיים, הופכים עקרונות מדעיים למכשירים שהם מעשיים, בטוחים ויעילים לטיפול בחולים.
יתר על כן, נוכחות המעבדה במרכז רפואי מטפחת שיתוף פעולה ותרגום מהיר. המחקר אינו נשאר מוגבל לספסל המעבדה; במקום זאת, הוא נע ביעילות לעבר ניסויים של חולים ושימוש קליני. תפאורה דינאמית זו מבטיחה כי החידושים לא רק מתקדמים מבחינה טכנית אלא גם רלוונטיים מבחינה רפואית. בהקשר הרחב יותר, עבודה זו תורמת למאמץ עולמי להפוך את הרפואה למותאמת יותר, פחות פולשנית ויותר מונעת נתונים ובסופו של דבר לשיפור התוצאות ואיכות החיים לחולים ברחבי העולם.
קבוצת המחקר מתמחה בפיתוח ויישום של מערכות הדמיה ביו-אופטיות מתקדמות, תוך התמקדות בטכנולוגיות מתקדמות המאפשרות הדמיה וניתוח של רקמות ביולוגיות ברמות תאיות ותת-תאיות. עבודתם במיקרוסקופיה in vivo מאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה של רקמות חיות, ומספקת תובנות ביקורתיות על תהליכים ביולוגיים דינמיים בזמן אמת. טכניקה זו חשובה במיוחד בחקר מבני רקמות וזיהוי סמני מחלות, ומציעה פוטנציאל משמעותי לשיפור האבחון והתערבויות טיפוליות.
תחום עיקרי נוסף של המיקוד בקבוצה הוא פיתוח מכשירים רפואיים, בו הם מתכננים ויוצרים כלים חדשניים המשלבים טכנולוגיות אופטיות והדמיה ליישומים קליניים. מאמציהם נועדו לשפר את הדיוק, האמינות והנגישות של מכשירי אבחון, מה שמבטיח שהם עונים על צרכיהם של ספקי הבריאות והמטופלים כאחד. במקביל, הקבוצה מעורבת מאוד בפיתוח בדיקות אופטיות שניתן להשתמש בהן לניתוח רקמות מעמיק ולא פולשני. בדיקות אלה נועדו לקיים אינטראקציה עם רקמות ביולוגיות ברמה המולקולרית, מה שמאפשר הערכות מפורטות בזמן אמת של תהליכים סלולריים.
תחום מפתח במחקר הקבוצה הוא אבחון וטיפול, ובמיוחד מינוף כוחו של ספקטרוסקופיה של ראמן. על ידי שימוש בתכונות הרטט הייחודיות של מולקולות, ספקטרוסקופיה של ראמן מספקת כלי רב עוצמה לזיהוי חתימות כימיות הקשורות למחלות שונות, המאפשר גילוי מוקדם ומעקב מדויק של התגובות הטיפוליות. גישה זו מבטיחה הבטחה רבה לשיפור אבחנת המחלות, במיוחד באונקולוגיה ובתחומים אחרים שבהם התערבות מוקדמת היא קריטית.
באמצעות עבודתם הרב תחומית, קבוצת המחקר מקדמת את גבולות האבחון הרפואי, ומציעה פתרונות חדשים להדמיה in vivo, גילוי מחלות וטיפול בהתאמה אישית.
