Een zebravisembryo als geheel beschouwd, samengesteld uit meer dan 26.000 gedetailleerde afbeeldingen. Foto via het Journal of Cell Biology
Toen Google Earth voor het eerst uitkwam in 2005, hadden velen van ons een vergelijkbare ervaring. Met grote ogen starend naar ons computerscherm, zoomden we in vanaf een afbeelding van de aarde in de ruimte naar een weergave van Noord-Amerika, vervolgens de Verenigde Staten, vervolgens onze thuisstaat, vervolgens stad, vervolgens buurt, uiteindelijk betoverd door een weergave van alleen onze eigen huis of appartementengebouw.
Vervolgens zoomt in op het gecombineerde zebravisembryobeeld. Foto via het Journal of Cell Biology
Nu heeft een onderzoeksteam van het Leids Universitair Medisch Centrum in Nederland dezelfde ervaring mogelijk gemaakt voor een stukje biologisch weefsel. Zoals gedetailleerd beschreven in een artikel dat gisteren is gepubliceerd in het Journal of Cell Biology, hebben de onderzoekers een nieuwe technologie gecreëerd die ze "virtuele nanoscopie" noemen. Door duizenden beelden van een elektronenmicroscoop samen te voegen, kunnen kijkers zoomen vanuit een zicht op weefselniveau om individuele cellen in detail te bekijken. U kunt de technologie zelf ervaren op de website van het tijdschrift, met een zebravisembryobeeld dat als demonstratie wordt gebruikt.
Sinds de jaren vijftig hebben elektronische microscopen biologen in staat gesteld de structuren in cellen opmerkelijk gedetailleerd te zien. Het probleem - vooral voor leken - is dat deze afbeeldingen zo zijn ingezoomd dat het moeilijk is om precies te weten waarnaar je kijkt. Kleine delen van een cel worden vastgelegd in elke foto, maar afzonderlijk bekeken zijn ze moeilijk mentaal voor te stellen in termen van de hele cel, laat staan een stukje weefsel of een heel organisme.
Bovendien lijdt het onderzoeksproces zelf onder de beperkingen van deze aanpak. Microscopisten scannen het specimen meestal om een overzicht met een lagere resolutie te produceren en zoomen vervolgens in om gedetailleerde beelden te produceren alleen in de gebieden die interessant lijken te zijn. Later teruggaan om close-ups van andere gebieden te maken, kan vaak moeilijk, zo niet onmogelijk zijn, merken de onderzoekers op, omdat bepaalde soorten bewaarde specimens na verloop van tijd kunnen verslechteren.
Als reactie hierop heeft het onderzoeksteam een nieuwe manier ontwikkeld om duizenden afzonderlijke elektronenmicroscoopbeelden te combineren om een samenhangend en interactief geheel te creëren. Als onderdeel van het proces worden duizenden licht overlappende afbeeldingen verzameld in een eerste fase. Vervolgens worden ze door een geautomatiseerd softwareprogramma vrijwel aan elkaar geplakt, met metadata over de oriëntatie van de afzonderlijke afbeeldingen en een algoritme dat vergelijkbare functies in elk van hen vergelijkt om precies te bepalen waar ze moeten worden geplaatst.
Het getoonde zebravisembryo bestaat uit meer dan 26.000 afzonderlijke afbeeldingen. Het enorme bestand weegt een totaal van 281 gigapixels, met 16 miljoen pixels per inch. Het hele embryo is 1, 5 mm lang en u kunt van een uitgezoomde afbeelding van het geheel naar een gedetailleerd beeld van structuren, zoals een kern, binnen een specifieke cel gaan.
De nieuwe technologie zal dienen als meer dan internetentertainment voor wetenschappelijk ingestelde mensen. De onderzoekers stellen dat hun nieuwe methode kan worden gebruikt om andere wetenschappers te helpen ontdekkingen te doen, omdat ze beter in staat zijn om structuren te relateren aan functies op verschillende schalen. Als bewijs gebruikten ze de techniek om het zebravisembryo, menselijk huidweefsel, een muizenembryo en muizenniercellen te analyseren.
