Automated super-resolution microscopy for high-throughput imaging
Tid: Må 2023-05-15 kl 09.00
Plats: Air&Fire, Tomtebodevägen 23, Solna
Språk: Engelska
Ämnesområde: Biologisk fysik
Respondent: Xavier Casas Moreno , Biofysik
Opponent: PhD Florian Jug, Human Technopole
Handledare: Prof. Ilaria Testa, Biofysik
QC 2023-04-24
Abstract
Optiska fluorescensmikroskop möjliggör avbildning av biologiska prover med hög kontrast tack vare inmärkning av specifika cellulära strukturer med fluorescerance molekyler. Den spatiella upplösningen med de vanligaste mikroskopimetoderna är däremot begränsad till hur väl man kan fokusera en ljusstråle, den så kallade diffraktionsgränsen. Metoder inom fluorescensnanoskopi kan uppnå spatiella upplösningar under denna gräns genom att använda fluorescerance molekyler med ljusa och mörka tillstånd.
Koordinatriktad nanoskopi är en familj av metoder inom fluorescensnanoskopi som använder ljusstrålar med olika våglängder och former för att ta superupplösta avbildningar. Nanoskopi i levande celler är särskilt möjligt med en typ av koordinatriktad nanoskopi som kallas RESOLFT (reversible saturable optical fluorescence transitions). I mikroskopiavbildning av levande celler är det speciellt viktigt att kunna avbilda snabba och dynamiska cellulära processer, samt att samla data från ett stort antal celler per experiment för att uppnå en hög genomströmning av data. I denna riktning har MoNaLISA (molecular nanoscale live imaging with sectioning ability) utvecklats – ett mikroskop som använder stationära ljusmönster för att parallellisera RESOLFT-mikroskopi genom att spela in fluorescens från olika punkter samtidigt.
Den här avhandlingen fokuserar på att utveckla metoder för att höja genomströmningen av koordinatriktade nanoskopimetoder. I den första studien var jag involverad i den matematiska formuleringen av växlingen mellan olika ljusa och mörka tillstånd för fluorescerande molekyler och hur detta påverkar den spatiella upplösningen i avbildningen, för att utveckla ett ramverk för att relatera olika parametrar till bildkvalitet (Paper I). I den andra studien utecklade jag ImSwitch, en open-source mjukvara för mikroskopkontroll. ImSwitch implementerar en mjukvaruarkitektur som tillåter flexibilitet och anpassningsförmåga mellan olika mikroskopimetoder (Paper II). I den tredje studien utvecklade och byggde jag ett mikroskop som ökar synfältet mer än fyra gånger jämfört med tidigare implementationer av MoNaLISA (Paper III). I den fjärde och sista studien kombinerade jag MoNaLISA och ImSwitch i ett ramverk för parallelliserad bildtagning, bildrekonstruktion och visualisering genom att använda flera datorer och beräkningsenheter (Paper IV).