Исследователи из Университета Билефельда (нем. Universität Bielefeld) недавно усовершенствовали технологию микроскопии структурированного освещения со сверхвысоким разрешением (SR-SIM, Super-Resolution Structured Illumination Microscopy). Они модифицировали стандартное программное обеспечение, используемое для работы с такими микроскопами, повысив скорость визуализации. Этот «апгрейд» теперь позволит наблюдать даже за самыми крошечными клеточными структурами в динамике.
В отличие от других методов флуоресцентной микроскопии, в SR-SIM свет лазера падает на образцы ткани не равномерно, а в форме мелкой решётки. Эта специальная технология обеспечивает гораздо более высокое разрешение на выходе. Процедура выглядит так: объекты с флуоресцентными метками, облучённые светом лазера, сами излучают свет. Микроскоп регистрирует такой свет и сохраняет его в формате изображения. Обычно это два изображения, полученные из отражённого света по двум разным паттернам освещения, которые, в свою очередь, генерируются двумя интерферирующими когерентными лазерами. Готовое изображение затем получают на компьютере, комбинируя исходные два. Этот этап обычно занимает много времени — слишком много, чтобы отображать картинку на экране в реальном времени.
В отличие от этого, широкоугольные и конфокальные микроскопы могут отображать картинку быстро, но её качество будет не менее чем в два раза хуже полученного методом SR-SIM. Поэтому до настоящего времени такие микроскопы использовали для нахождения структур, в то время как микроскоп со сверхвысоким разрешением задействовали, чтобы исследовать эти структуры более подробно. Однако некоторые из клеточных структур, например, специфические поры в клетках печени, настолько малы, что их невозможно обнаружить с помощью обычных микроскопов.
Андреас Марквирт (Andreas Markwirth), Марио Лачетта (Mario Lachetta), Виола Мёнкемёллер (Viola Mönkemöller) и другие биофизики из Билефельда недавно опубликовали статью, в которой описана технология ускорения постпроцессинга изображений, полученных микроскопами SR-SIM. В своём подходе они использовали распределённые вычисления на GPU. Им удалось распараллелить задачи считывания и обработки так, что они стали выполняться не последовательно, как раньше, а одновременно: пока микроскоп считывают новые два изображения, GPU обрабатывают и совмещают два образа с предыдущего шага.
Технология была протестирована на образцах клеток, были записаны движения митохондрий. Система смогла обрабатывать около 60 кадров в секунду — а это выше, чем кадровая частота фильмов. Время между измерением и появлением изображения на экране составляло менее 250 миллисекунд.
Высокоскоростной SR-SIM может быть применён в медицине и биологии, например, при изучении вирусов, проходящих через клеточную мембрану.