ŽIVA

Dobrodružství mikroskopie – cesta ke třetí dimenzi

Kromě světelných, fluorescenčních, konfokálních či elektronových mikroskopů existují i přístroje, které díky svému rozlišení dokážou proniknout nejen na úroveň mikrosvěta, ale umožňují navíc i pohled do vnitřních struktur neprůhledných trojrozměrných objektů, a to bez jejich poškození. V článku budou představeny základní principy fungování takových přístrojů i praktické možnosti jejich využití.

Pracovní listy použitelné k výuce najdete v přílohách níže v pdf souborech jako samostatné přílohy. A pod galerií obrázků jsou umístěna ukázková videa ilustrující široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo.

Materiály k výuce

• dobrodruzstvi-mikroskopie-cesta-ke-treti-dimenzi.pdf – Pracovní listy dobrodružství mikroskopie – zadání
• dobrodruzstvi-mikroskopie-cesta-ke-treti-dimenzi-1.pdf – Pracovní listy dobrodružství mikroskopie – autorské řešení

Obrazové přílohy

• Rentgenový snímek, pomocí něhož bylo možné v těle dospělé samice želvy pardálí (Stigmochelys pardalis) odhalit i přes vrstvu pevného kostěného krunýře přítomnost několika kulatých útvarů – vajíček (dvě z nich označena šipkou), která se jí nepodařilo vyklást přirozenou cestou. Foto: L. Nečasová a J. Cukr, Veterinární klinika Na Hrádku
  
• Osteologická analýza lebek (na snímku laboratorní myš) může v přístrojích pro mikroCT (blíže v textu) probíhat bez předchozího odstraňování měkkých tkání usmrcených zvířat, což je nedocenitelný nástroj využívaný zejména v muzeích. Foto J. Bulantová
  
• Osteologická analýza lebek (zde laboratorní myš) může v přístrojích pro mikroCT probíhat bez předchozího odstraňování měkkých tkání usmrcených zvířat. Rekonstrukce jednoho z bočních tomografických řezů použitých pro následné složení výsledného 3D modelu lebky. Obr. byl nasnímán na přístroji Skyscan 1176 (Bruker), výsledné zobrazení v podobě rekonstruovaného virtuálního řezu pak vzniklo v programu CTvox (Bruker). Foto F. Špoutil, České centrum pro fenogenomiku na Ústavu molekulární genetiky AV ČR při centru BIOCEV
  
• Osteologická analýza lebek (zde laboratorní myš) může v přístrojích pro mikroCT probíhat bez předchozího odstraňování měkkých tkání usmrcených zvířat. Následné složení výsledného 3D modelu lebky z bočních tomografických řezů. Tento model lze ve speciálních programech dále upravovat, analyzovat a otáčet. Obr. byl nasnímán na přístroji Skyscan 1176 (Bruker), výsledné zobrazení na základě rekonstrukcí virtuálních řezů pak vzniklo v programu CTvox (Bruker). Foto F. Špoutil, České centrum pro fenogenomiku na Ústavu molekulární genetiky AV ČR při centru BIOCEV
  
• Osteologická analýza lebek (laboratorní myš) může v přístrojích pro mikroCT probíhat bez předchozího odstraňování měkkých tkání usmrcených zvířat. Zubní aparát na prostorovém 3D modelu s barevným zvýrazněním jednotlivých složek zubů horní a dolní čelisti. U horní čelisti je sklovina zubů kolorována žlutě a dentin zeleně, u dolní čelisti sklovina řezáků bíle, sklovina stoliček fialově, dentin řezáků světle modře a dentin stoliček tmavě modře. Poloprůhledné zobrazení lebečních kostí umožňuje vidět kořeny zubů zasahujících do čelisti. Obr. byl nasnímán na přístroji Skyscan 1176 (Bruker), výsledné zobrazení na základě rekonstrukcí virtuálních řezů pak vzniklo v programu CTvox (Bruker), barevný 3D model byl konstruován z těchto řezů ve volně dostupném programu ITK-Snap (www.iksnap.org). Foto F. Špoutil, České centrum pro fenogenomiku na Ústavu molekulární genetiky AV ČR při centru BIOCEV
  
• Výpočetní tomografie (Computed Tomography, CT) je založena na získání početné sady radiografických projekcí zachycujících zkoumaný vzorek z různých úhlů. V případě prezentovaného dírkonošce Pappina breviformis (Foraminifera) z Děvínské Nové Vsi poskytnutého K. Holcovou byla zvlášť snímána spodní a horní polovina. Vzorek byl snímán s využitím RTG zobrazovacího systému vlastní konstrukce. Systém je vybaven velkoplošným polovodičovým detektorem WidePIX4x5, jehož technologie byla vyvinuta v ÚTEF v rámci spolupráce s kolaborací Medipix v CERN, RTG trubicí FeinFocus FXE-160.51 a precizním víceosým polohovacím systémem. Parametry měření: Napětí zdroje 50 kVp, proud 25 µA, 900 projekcí, úhlový krok 0,4°, efektivní velikost pixelu 0,69 µm. Vzorek byl snímán na přístroji konstruovaném v mikroCT laboratoři Ústavu technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze (o metodě viz také Živa 2008, 6: 286–288). Foto J. Dudák a J. Žemlička
  
• Výpočetní tomografie (Computed Tomography, CT) je založena na získání početné sady radiografických projekcí zachycujících zkoumaný vzorek z různých úhlů. V případě dírkonošce Pappina breviformis (Foraminifera) z Děvínské Nové Vsi poskytnutého K. Holcovou byla zvlášť snímána spodní a horní polovina. Matematickou rekonstrukcí byla následně získána sada tomografických řezů. Vzorek byl snímán na přístroji konstruovaném v mikroCT laboratoři Ústavu technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze. Foto J. Dudák a J. Žemlička
  
• Výpočetní tomografie (Computed Tomography, CT) je založena na získání početné sady radiografických projekcí zachycujících zkoumaný vzorek z různých úhlů. V případě dírkonošce Pappina breviformis (Foraminifera) z Děvínské Nové Vsi poskytnutého K. Holcovou byla zvlášť snímána spodní a horní polovina. Matematickou rekonstrukcí byla následně získána sada tomografických řezů tvořící 3D voxelový model objektu, kde je vidět např. členitost povrchu. Vzorek byl snímán na přístroji konstruovaném v mikroCT laboratoři Ústavu technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze. Foto J. Dudák a J. Žemlička
  
• Výpočetní tomografie (Computed Tomography, CT) je založena na získání početné sady radiografických projekcí zachycujících zkoumaný vzorek z různých úhlů. V případě prezentovaného dírkonošce Pappina breviformis (Foraminifera) z Děvínské Nové Vsi poskytnutého K. Holcovou byla zvlášť snímána spodní a horní polovina. Matematickou rekonstrukcí byla následně získána sada tomografických řezů tvořící 3D voxelový model objektu, kde je vidět členitost např. vnitřních struktur. Vzorek byl snímán s využitím RTG zobrazovacího systému vlastní konstrukce. Systém je vybaven velkoplošným polovodičovým detektorem WidePIX4x5, jehož technologie byla vyvinuta v ÚTEF v rámci spolupráce s kolaborací Medipix v CERN, RTG trubicí FeinFocus FXE-160.51 a precizním víceosým polohovacím systémem. Parametry měření: Napětí zdroje 50 kVp, proud 25 µA, 900 projekcí, úhlový krok 0,4°, efektivní velikost pixelu 0,69 µm. Vzorek byl snímán na přístroji konstruovaném v mikroCT laboratoři Ústavu technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze (o metodě viz také Živa 2008, 6: 286–288). Foto J. Dudák a J. Žemlička
  
• Přístroj pro snímání vzorků pro výpočetní tomografie (Computed Tomography, CT) konstruovaný v mikroCT laboratoři Ústavu technické a experimentální fyziky ČVUT v Praze (o metodě viz také Živa 2008, 6: 286–288). Foto J. Dudák a J. Žemlička
  
• Rekonstruovaný příčný tomografický řez tělem drobného ještěra anolise Anolis sagrei (obr. nahoře) a vyznačení pozice, z níž řez pochází (obr. dole). Ve hřbetní části je vidět průřez obratli a zádovou svalovinou, po stranách části žeber a ve středu jsou patrné většinou průřezy trávicí soustavou vyplněnou natrávenou potravou a hlísticemi. Ke zvýšení kontrastu byl použit Lugolův roztok obsahující jód a skenování probíhalo na přístroji Phoenix VTomeX M CT na University of Florida. Orig. D. C. Blackburn a E. L. Stanley, Division of Herpetology, Florida Museum of Natural History, Gainesville, Florida
  
• Kolorovaný 3D model zadní části těla ještěra Anolis sagrei. Bez pitvy odhaluje přítomnost a individuální pozici různých druhů parazitů v těle hostitele. Žlutě jsou zvýrazněna larvální stadia vrtejšů (Acanthocephala) v podkoží, tělní dutině a svalovině, zeleně pak těla parazitických hlístic uvnitř trávicí soustavy. Ke zvýšení kontrastu byl použit Lugolův roztok obsahující jód a skenování probíhalo na přístroji Phoenix VTomeX M CT na University of Florida. Orig. D. C. Blackburn a E. L. Stanley, Division of Herpetology, Florida Museum of Natural History, Gainesville, Florida
  
• Virtuální 3D rekonstrukce lebky bažanta (též video v odkazech níže), která vznikla za použití CT/PET/SPECT zobrazovacího přístroje Albira (Bruker BioSpin, Německo), umožňujícího využít hned tři tomografické metody: CT (computed tomography), PET (positron emission tomography) a SPECT (Single-Photon Emission Computed Tomography). Obr. vznikl na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v r. 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo. Za laskavé svolení s jejich uveřejněním děkujeme týmu specialistů zobrazovacího centra pod vedením L. Šefce.
  
• Snímek zachycující jeden z rekonstruovaných řezů krčním obratlem srny s viditelnou vnitřní porézní strukturou, jejíž architektura ještě lépe vyniká na videu (viz v odkazech níže) byl pořízen za pomoci výpočetní tomografie (CT) na zobrazovacím přístroji Albira. Obr. vznikl na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v r. 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo. Za laskavé svolení s jejich uveřejněním děkujeme týmu specialistů zobrazovacího centra pod vedením L. Šefce.
  
• Jak ilustruje rekonstrukce a video (v odkazech níže) LED žárovky nasnímané pomocí CT na přístroji Albira, lze tento přístup využít pro zobrazování a kontrolu vnitřních struktur řady materiálů také v technických oborech či průmyslu. Obr. vznikl na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v r. 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo. Za laskavé svolení s jejich uveřejněním děkujeme týmu specialistů zobrazovacího centra pod vedením L. Šefce.
  
• Díky možnosti zobrazovat modelové organismy in vivo v celkové anestezii, lze získat trojrozměrné modely kosterního aparátu myši bez nutnosti usmrcení zvířete či náročné preparace kostí. Obr. vznikl na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v r. 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo. Za laskavé svolení s jejich uveřejněním děkujeme týmu specialistů zobrazovacího centra pod vedením L. Šefce.
  
• Kombinací dvou tomografických metod (CT a PET) lze získat poziční i funkční informaci biodistribuce sledované látky (zde polymeru) u živého potkana. Díky jedinečné možnosti, sledovat několik časových bodů v živém organismu, jsme schopni získat informaci o dynamice polymeru v těle zvířete. Značený polymer je zobrazen pomocí metody PET a jeho pozice v organismu je určena koregistrovaným obrazem získaným pomocí CT při jednom měření v CT/PET/SPECT zobrazovacím přístroji Albira. Obr. vznikl na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v r. 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo. Za laskavé svolení s jejich uveřejněním děkujeme týmu specialistů zobrazovacího centra pod vedením L. Šefce.
  

Videa

Následující videa ilustrují široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo. Za laskavé svolení s jejich uveřejněním děkujeme týmu specialistů zobrazovacího centra pod vedením L. Šefce.

Virtuální 3D rekonstrukce lebky bažanta, která vznikla za použití CT/PET/SPECT zobrazovacího přístroje Albira (Bruker BioSpin, Německo), umožňujícího využít hned tři tomografické metody: CT (computed tomography), PET (positron emission tomography) a SPECT (Single-Photon Emission Computed Tomography). Video vzniklo z obrázků na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v roce 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo.

Video zachycuje rekonstruovaný řez krčním obratlem srny s viditelnou vnitřní porézní strukturou. Podkladové obrázky byly pořízeny za pomoci výpočetní tomografie (CT) na zobrazovacím přístroji Albira. Video vzniklo na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v roce 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo.

Jak ilustruje video LED žárovky nasnímané pomocí CT na přístroji Albira, lze tento přístup využít pro zobrazování a kontrolu vnitřních struktur řady materiálů také v technických oborech či průmyslu. Video vzniklo na pracovišti Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) při 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy vybudovaném v roce 2016 s podporou OP VaVpI. Ilustruje široké využití přístrojů a jejich vysoký potenciál při výzkumu základních biologických otázek i důležitých medicínských témat in vivo.

Archiv článků pro pedagogy a studenty

© 2024 Časopis ŽIVA – Rozhled v oboru veškeré přírody.
Založil roku 1853 J. E. Purkyně.
Vydává Nakladatelství Academia,
Středisko společných činností AV ČR, v. v. i., za podpory Akademie věd ČR.