מבט עומק

חוקרים בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי מציגים בכתב העת Nature Communications גישה חדשה בעיצוב חזית גל. לגישה זו יישומים נרחבים ומשמעותיים מאוד במיוחד בדימות ביולוגי לא פולשני של עומק הרקמה, והטכנולוגיה החדשה מודגמת במאמר על נוירונים (תאי עצב).

פרופ’ ענת לוין

עיצוב חזית גל היא גישה מבטיחה לדימות בעומק הרקמה. עד כה התאפשרה גישה זו באמצעות “צד שלישי” – נקודות פלורסנטיות שהוחדרו לדגימה באופן ידני, והרקמה מופתה בעקיפין על ידי דימות שלהם. לתהליך זה חסרונות רבים, ומלכתחילה ברור היה שדימות ישיר של הרקמה הוא דרך טובה יותר. עם זאת, דימות ישיר כרוך בקשיים שונים, ואחד מהם הוא העובדה שהקרינה הנפלטת מרקמות היא קרינה חלשה ולכן מדידתה מועדת לטעויות, בעיקר כאשר מדובר בדימות של עומק הרקמה.

הטכנולוגיה החדשה שמציגים חוקרי הטכניון מתגברת על מגבלות אלה ומציגה אפשרות לדימות ישיר של הרקמה באמצעות הארה על נוירון שסומן בחלבון הפלורסנטי EGFP. חלבון זה מפיץ, בתגובה להארה עליו, אור בצבע שונה. טכנולוגיה זו מבוססת על תיקון כפול של חזיתות הגל – תיקון חזית הגל הנשלח לרקמה ותיקון חזית הגל החוזר ממנה. בסיוע חישובים מתמטיים המשקללים את היחס בין אות לרעש השיגו החוקרים רזולוציה גבוהה של הנוירונים בעומק הרקמה.

הדוקטורנט דרור איזיק, שערך את המחקר בהנחייתה של פרופ’ ענת לוין, מסביר כי “הדגמות קודמות של עיצוב חזית גל תיקנו עיוותים די קלים והיו אפקטיביות רק לעומקי-רקמה מוגבלים מאוד. המחקר שלנו הדגים את הטכנולוגיה בפעם הראשונה בביצוע דימות לעומק הרקמה ובתיקון עיוותים גדולים מאוד, שללא התיקון שלנו היו גורמים לתמונות המתקבלות להיות ‘תמונות רעש’ שאין בהן שום מידע ויזואלי.”

הדוקטורנט דרור איזיק

הטכנולוגיה החדשה אכן סיפקה תמונות איכותיות של הנוירונים ושל האקסונים היוצאים מהם, זאת גם כאשר הנוירונים מכוסים בשכבת רקמה. החוקרים מבהירים כי טכנולוגיה שהודגמה על נוירונים רלוונטית גם לרקמות אחרות רבות. 

בטבלת התמונות: תמונות של נוירונים אשר צולמו במערכת. בצד שמאל: צילום רגיל של נוירון בעומק הרקמה. באמצע: השיפור הדרמטי שמספקת הטכנולוגיה החדשה. בצד ימין: תמונה אמיתית של הנוירון אשר צולמה ללא רקמה מפזרת.

המחקר נתמך על ידי הנציבות האירופית למחקר (ERC), הקרן הדו-לאומית למדע ישראל-ארה”ב (BSF) וקרן המדע הלאומית (ISF).

פרופ’ ענת לוין הצטרפה לסגל הטכניון בשנת 2016, אחרי דוקטורט באוניברסיטה העברית, פוסט-דוקטורט ב-MIT וכשבע שנים במכון ויצמן למדע. היא עוסקת באופטיקה, עיבוד תמונה וראייה ממוחשבת וזכתה בפרסים רבים ובהם פרס מיכאל ברונו, פרס בלוונטיק ופרס קריל.

בתרשים הגדול: סכמה של הטכנולוגיה החדשה. למעלה משמאל: הגל הנכנס (בכחול) מגיע משמאל ועובר תיקון חזית ב-Illumination SLM. לאחר מכן הוא נכנס לרקמה, פוגע בנוירון ומשם יוצא הגל החוזר (בירוק) שעובר תיקון חזית ב-Imaging SLM. למטה משמאל אפשר לראות את התמונה המתקבלת לפני תיקון (מימין) ואחריו (משמאל). בחלק הימני אפשר לראות למעלה את האור הנכנס (בכחול) והיוצא (בירוק) לפני התיקון (בשתי התמונות העליונות) ואחריו (בתמונות התחתונות).

למאמר ב Nature Communications לחצו כאן