Nya verktyg och trender inom mikroskopi och biomedicin några smakprov

Transkript

1 Nya verktyg och trender inom mikroskopi och biomedicin några smakprov Våga-Inspirera-Laborera! Sommarkurs för biologilärare Diana Toivola, Docent, Akademilektor i cellbiologi dtoivola@abo.fi Juni 2015

2 Undervisar i Histologi, Mikroskopi kurser Forskar i cytoskelettet, tarmens och bukspottkörtelns sjukdomar: Kolit, tjocktarmskancer och diabetes lab.org/ Keratiner är intermediärfilament i epitelceller Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

3 Innehåll Mikroskopi och biovisualisering Nya tekniker Kort om biomedicin och behov av infrastruktur Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo 3

4 organism cell tissue subcellular Åbo Akademi - Domkyrkotorget Åbo

5 Visualisering förr och nu Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

6 Ljusmikroskopi Ljuskälla en vanlig lampa Preparationsmikroskop Kursmikroskop Omvända mikroskop Faskontrast osv Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

7 Centralt visualiseringsmetod i nya tekniker: Fluorescence När en molekyl emitterar ljus vid en specifik våglängd, efter att den exiterats/bestrålats av ljus från en lägre våglängd. Molekylen är en Fluorofor

8 K8 K18 DNA Immunoflurescence av fixerade vävnader och celler Transfektion av proteiner in i cellen med en fluorofor

9 Fluorescerande proteiner in vivo Green fluorescent protein GFP Från akvatiska organismen Aequorea

10

11 Konfokalmikroskopi 2000-talet Ett slags fluorescensmikroskopi Ljuskälla: laser Kräver snabb dator Möjliggör observation av mycket tunna plan iett preparat, s.k. optiska snitt. Detta i sin tur möjliggör tredimensionella bilder. Leica TCS SP5, 2005

12 Konfokalen kan ge dig exact intracellular localisering: Fluorescence Microscopy Confocal Microscopy

13 VAR I CELLEN? : Optikala snitt pga pinnhole: + time = 4D = Live cell imaging

14 doi: / jcs JCS July 1, 2010 vol. 123 Keratinfilament vid kanten av en cell

15 Keratin med en mutation: Inga filamentt

16 Cellerna rör sig mot varandra efter skada

17 HUR SNABBT/RÖR DE SIG? Fluorescence localization after photobleaching (FRAP) Rörelse av intracellulära molekyler

18 HUR SNABBT? Fluorescence localization after photobleaching (FRAP) Rörelse/dynamik av intracellulära molekyler

19 Hur snabbt/dynamik: FRAP, photo bleaching Time lapse fluorescence imaging of a FRAP experiment a section of a PK18 5 cell producing HK18 YFP was bleached demonstrating that filamentous fluorescence recovery occurs preferentially in the cell periphery. Recording intervals, 2 min.

20 Hur snabbt/dynamik: FRAP, photo bleaching

21 KFs disassemble to support KF assembly in the peripheral cytoplasm. Jätteviktigt med kvantifiering av data! Nu möjligt för all data är i digital form Kölsch A et al. J Cell Sci 2010;123: by The Company of Biologists Ltd

22 Multicolor staining Using known proteins as background stains to orient in the cell and tissue Studying colocalization of molecules rough information. FRET, biochemical study combination and quantification

23 Protein protein interactions: Colocalization Rött + grönt = gult

24 VAR? Colocalization av 2 proteiner: FRET, Förster resonance energy transfer Trozt et al. Exp. Dermatol, 2010, 19(8). K16 is a further new candidate for homotypic intermediate filament protein interactions.

25 Functions in organism: Organisms expressimg tagged IF protein Mouse eyfp K8 small intestine villus D. Toivola, N.Scwartz, R. Leube Åbo Akademi University - Domkyrkotorget Åbo

26 Small intestine villis K8 eyfp mouse Live ex vivo Pancreatic acinus, K8 YFP mouse ex vivo D. Toivola, N.Scwartz, R. Leube

27 Resolution Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

28 Resolution = upplösning Ett mått på bildkvalitet Definieras som det minsta avståndet två punkter kan ha mellan sig för att fortfarande kunna urskiljas som två punkter

29 Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

30 Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

31 Men sen kom superresolution... Stefan Hell 1993/1994 i Åbo Bröt diffraktionsgränsen och fick Tillstånd bättre resolution med STED, stimulated depletion microscopy

32 Superresolution < 50 nm Avlägsnar ljus från sidorna med ett donitsformat filter Prof. Stefan Hell

33 Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

34 Stefan W. Hell

35 D=λ/(2nsinα*sqrt(1+I/Isat)). STED: 16 30nm resolution Jämnför i konfokal: nm

36 STED Vimentin F actin in fibroblast. Pixel size 15nm. By A. Gad, MTC, Karolinska Institutet, and D. Rönnlund, Prof. J. Widengren' group, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.

37

38 In vivo imaging av organismer: Radioactive FDG (glucose) PET/CT-scanning on WT and K8KO mice: K8 WT K8 KO

39 In vivo imaging of cellular processes. Detection of Reactive oxygen species (ROS) intestinal inflammation K8 KO Inflammation! Inflammation!

40

41 Turku Bioimaging Latest instruments and best expertise From atoms to anatomy NANOSCALE IMAGING Latest probes and methods Latest image analysis tools in vivo IMAGING OF HUMANS AND ANIMALS CELL AND TISSUE IMAGING

42 Akut behov av visualiseringsinfrastruktur: Source: Biocenter Finland survey 2012

43 Turku Bioimaging facilities Cell Imaging Core (CIC) Turku PET Centre Turku Center for Disease Modeling EM core facility Imaging software development More information at

44 Jointly administered by Åbo Akademi University and University of Turku Open to students with BSc Degree in biomedical or medical sciences, physics, engineering, chemistry etc. Duration 2 years No tuition fees Language of instruction: English quota max. 25 students/year Master s Degree Programme in Biomedical Imaging

45 45

46 Subjektiv analys till objektiv analys via hjälp av digital analys En bild säger mer än tusen ord... men Några siffror och statistik säger mer! Mjukvaran med digitala kameran kan ofta göra enkla analyser; räkna, mäta Olika mjukvaror finns för olika behov Image J, Bioimage XD, Metamorph...

47 Yes original OBS, kolla att du aldrig stretchar eller klämmer Ihop en bild! No No

48 Webmikrskop Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

49 Slide Scanner at Turku Center for Disease Modeling High throughput and high quality scanning solution You can load up to 250 slides into the Pannoramic 250 Flash Now available in Turku through Very big!! (about 0,5 Gbyte to 8 Gbyte) You can use freeware WebMicroscope

50 Bygg ditt eget mikroskop och använd en mobiltelefon! 175x

51 Biomedicin - Biovetenskaper: Vi klarar oss inte mer utan Gemensam infrastruktur Metod/apparatparker Microarrays, proteomik, lipidomik (mikromatriser) för att förändrade hitta protein, gener Bioinformatik: Stora databaser som samlar data från många undersökningar Biobank Åbo Akademi Domkyrkotorget Åbo

52 Matti Poutanen, Crosslinks Turku 2012-CANCER

53 GENERATION OF DISEASE MODELS INFRASTRUCTURE IMAGING HISTOPATHOLOGY CLINICAL CHEMISTRY SURGERY PHARMACOLOGY NUTRITION INTERVENTIOS RESEARCH & TRAINING HORMONAL DISEASES AND CANCER EXPERTISE METABOLIC DISORDERS AND OBESITY CARDIOVASCULAR DISEASES BONE HEALTH REPRODUCTIVE HEALTH INTESTINAL DISEASEASES NOVEL THERAPIES AND DIAGNOSTICS Petra Sipilä, CD3 meeting

54 Stamcellsforskning Nanopartkelarbete Mycket nytt och spännande inom biomedicinen med snabb framfart Tarmbakteriernas betydelse för hälsan Nya tekniker för genmodifiering, Crisper/Cas 9 Osv osv

55 Åbo Akademi - Domkyrkotorget Åbo