Uusi kuvantamismenetelmä mahdollistaa elävien solujen pitkäaikaisen seurannan ilman värjäystä
Tutkijat ovat kehittäneet uuden linssittömän kvantitatiivinen faasikuvantamismenetelmän (SF-PULSE), joka yhdistää tekoälypohjaisen neuroverkon ja fysiikkaan perustuvan kuvarekonstruktion.
Kompaktissa laitteistossa käytettävää menetelmää voi hyödyntää suoraan soluviljelyinkubaattorissa. Näin soluja voidaan seurata jatkuvasti tuntien tai jopa päivien ajan ilman, että niitä pitää värjätä tai poistaa inkubaattorista kuvantamisen takia.
Kvantitatiivinen faasikuvantaminen on menetelmä, joka mahdollistaa elävien, läpinäkyvien solujen tarkastelun ilman värjäystä. Menetelmä ei tuota pelkästään kuvia soluista, vaan myös tarkkaa mittaustietoa esimerkiksi niiden kasvusta, koosta ja biomassan muutoksista.
Uudella menetelmällä haluttiin ratkaista kaksi kvalitatiivisen faasikuvantamisen keskeistä ongelmaa. Perinteiset kvantitatiivisen faasikuvantamisen menetelmät vaativat yleensä suuria ja monimutkaisia mikroskooppijärjestelmiä, jotka eivät sovellu helposti esimerkiksi soluviljelyinkubaattorin sisällä tapahtuvaan pitkäkestoiseen seurantaan. Lisäksi linssittömissä järjestelmissä faasitiedon palauttaminen on vaikea laskennallinen ongelma, joka on aiemmin vaatinut useita kuvia tai ylimääräisiä optisia ratkaisuja.
– Kehittämämme SF-PULSE-menetelmä pystyy rekonstruoimaan solujen kvantitatiivisen faasitiedon yhdestä ainoasta mittauskuvasta ilman monimutkaisia optisia lisäratkaisuja. Menetelmä vähensi laskennan virheitä, paransi rekonstruktion vakautta ja mahdollisti yksittäisten solujen tarkan seurannan pitkien aikojen kuluessa, sanoo tutkimusartikkelin ensimmäinen kirjoittaja Igor Shevkunov Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.
Tulos on tärkeä, koska se mahdollistaa pitkäaikaisen, häiriöttömän ja merkitsemättömän soluseurannan suurille solumäärille. Menetelmä tuottaa kvantitatiivista tietoa yksittäisten solujen käyttäytymisestä, mikä on usein paljon informatiivisempaa kuin pelkkä solupopulaation keskimääräinen tarkastelu.
– Tärkeää on, että tutkijat voivat seurata paitsi sitä, miten solupopulaatio muuttuu, myös sitä, miten yksittäiset solut kasvavat, liikkuvat, jakautuvat sekä kerryttävät tai menettävät biomassaansa ajan kuluessa. Se on usein informatiivisempaa kuin pelkkä solupopulaation keskimääräinen tarkastelu, kertoo yliopistonlehtori ja Molecular Signaling -ryhmän johtaja Meenakshisundaram Kandhavelu Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnasta.
SF-PULSE voi mahdollistaa uudenlaisia biologisia kokeita sen sijaan, että se tarjoaisi vain yhden uuden kuvantamismenetelmän lisää. Menetelmä voi hyödyttää esimerkiksi lääkevasteiden tutkimusta, toksisuustestausta tai solukuoleman mekanismien selvittämistä.
Koska laitteisto on kompakti, linssitön ja kykenee seuraamaan samanaikaisesti satoja tai jopa tuhansia soluja laajalla näkökentällä, sitä voidaan tulevaisuudessa hyödyntää myös automatisoidussa biologisessa analytiikassa sekä uusien biolääketieteellisten mittalaitteiden kehittämisessä.
Tutkimus Single-frame lensless phase retrieval using learned sensor plane initialization julkaisiin Applied Physics Letters -tiedejulkaisussa 21.9.2026.
