Nya verktyg och trender inom mikroskopi och biomedicin några smakprov

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

Undervisar i Histologi, Mikroskopi kurser Forskar i cytoskelettet, tarmens och bukspottkörtelns sjukdomar: Kolit, tjocktarmskancer och diabetes http://www.toivola lab.org/ Keratiner är intermediärfilament i epitelceller Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 2

Innehåll Mikroskopi och biovisualisering Nya tekniker Kort om biomedicin och behov av infrastruktur Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 3

organism cell tissue subcellular Åbo Akademi - Domkyrkotorget 3-20500 Åbo 4.6.2015 4

Visualisering förr och nu Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 5

Ljusmikroskopi Ljuskälla en vanlig lampa Preparationsmikroskop Kursmikroskop Omvända mikroskop Faskontrast osv Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 6

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

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

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

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

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

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

doi: 10.1242/ jcs.068080 JCS July 1, 2010 vol. 123 Keratinfilament vid kanten av en cell

Keratin med en mutation: Inga filamentt

Cellerna rör sig mot varandra efter skada

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

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

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.

Hur snabbt/dynamik: FRAP, photo bleaching

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;123:2266-2272 2010 by The Company of Biologists Ltd

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

Protein protein interactions: Colocalization Rött + grönt = gult

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.

Functions in organism: Organisms expressimg tagged IF protein Mouse eyfp K8 small intestine villus D. Toivola, N.Scwartz, R. Leube Åbo Akademi University - Domkyrkotorget 3-20500 Åbo 4.6.2015 25

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

Resolution Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 27

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

Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 29

Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 30

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

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

Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 33

Stefan W. Hell

D=λ/(2nsinα*sqrt(1+I/Isat)). STED: 16 30nm resolution Jämnför i konfokal: 80 300 nm

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.

In vivo imaging av organismer: Radioactive FDG (glucose) PET/CT-scanning on WT and K8KO mice: K8 WT K8 KO 4.6.2015 38

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

www.bioimaging.fi www.eurobioimaging.eu

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

Akut behov av visualiseringsinfrastruktur: Source: Biocenter Finland survey 2012

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

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 https://www.youtube.com/results?search_query=turku+bioimaging

45

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...

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

Webmikrskop http://fimm.webmicroscope.net/ https://www.youtube.com/embed/iham3dvyuhe Åbo Akademi Domkyrkotorget 3 20500 Åbo 4.6.2015 48

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 www.tcdm.fi Very big!! (about 0,5 Gbyte to 8 Gbyte) You can use freeware WebMicroscope 4.6.2015 49

Bygg ditt eget mikroskop och använd en mobiltelefon! https://youtu.be/kpmtkr_aiyu 175x

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 3 20500 Åbo 4.6.2015 51

http://www.tcdm.fi/ Matti Poutanen, Crosslinks Turku 2012-CANCER 4.6.2015 52

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 4.6.2015 53

Stamcellsforskning Nanopartkelarbete Mycket nytt och spännande inom biomedicinen med snabb framfart Tarmbakteriernas betydelse för hälsan Nya tekniker för genmodifiering, Crisper/Cas 9 Osv osv.. 4.6.2015 54

Åbo Akademi - Domkyrkotorget 3-20500 Åbo 4.6.2015 55