$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Monitorowanie hodowanych komórek ssaków przez kilka cykli komórkowych i dokładne mierzenie wielkości komórek i suchej masy komórek jest trudnym zadaniem. Kilka technik optycznych bez etykiet jest w stanie wykonać to zadanie1,2: interferometria przesunięcia fazowego3, cyfrowa mikroskopia holograficzna (DHM)4,5,6,7, czterofalowa boczna interferometria ścinająca8,9 i Ilościowa tomografia fazowa10,11. Metody te doprowadziły do wielu nowych spostrzeżeń na temat cyklu komórkowego komórek ssaków. Jednak rzadko są one sprzężone z algorytmami automatycznego śledzenia komórek, a ich przepustowość pozostaje ograniczona podczas pomiaru trajektorii masy komórek1 (N<20 w odpowiednio3,4,5,6). W związku z tym potrzebna jest nowatorska metoda optyczna do pomiaru trajektorii masy komórki z dużymi statystykami (N>1000).
W tym artykule demonstrujemy zdolność mikroskopii wideo bez soczewek do jednoczesnego obrazowania tysięcy komórek bezpośrednio w inkubatorze, a następnie ilościowego określania metryk pojedynczych komórek wzdłuż tysięcy indywidualnych ścieżek cyklu komórkowego. Mikroskopia bezsoczewkowa to ilościowa technika obrazowania fazowego, która pozwala na uzyskanie obrazu fazowego gęsto upakowanych komórek w bardzo dużym polu widzenia (zwykle kilkadziesiąt mm2, tutaj 29,4 mm2)12,13,14,15. Na poziomie pojedynczej komórki określanych jest kilka wskaźników, np. powierzchnia komórki, sucha masa komórki, grubość komórki, długość głównej komórki i współczynnik proporcji komórki12,15, z każdego obrazu. Następnie, stosując algorytm śledzenia komórek, cechy te można wykreślić dla każdej pojedynczej komórki jako funkcję czasu eksperymentu14,15. Ponadto, wykrywając występowanie podziałów komórkowych w ścieżkach komórkowych, możliwe jest wyodrębnienie innych ważnych informacji, takich jak początkowa sucha masa komórki (tuż po podziale komórki), końcowa sucha masa komórki (tuż przed podziałem komórki) oraz czas trwania cyklu komórkowego, tj. czas między dwoma kolejnymi podziałami15. Wszystkie te pomiary można obliczyć przy użyciu bardzo dobrych statystyk (N>1000), ponieważ duże pole widzenia zazwyczaj pozwala na analizę od 200 do 10 000 komórek w jednej akwizycji bez soczewek.
Aby wyjaśnić tę metodologię opartą na mikroskopii wideo bez soczewek, opisujemy protokół monitorowania i ilościowego oznaczania hodowli komórek HeLa przez 2,7 dnia. Analiza danych to czteroetapowy proces oparty na holograficznej rekonstrukcji o wielu długościach fali, śledzeniu komórek, segmentacji komórek i algorytmach podziału komórek. Tutaj pokazano, że rozdzielczość przestrzenna i stosunkowo duża liczba klatek na sekundę (jedna akwizycja co 10 minut) uzyskane za pomocą tego zestawu do mikroskopii wideo bez soczewek są kompatybilne ze standardowymi algorytmami śledzenia komórek. Pełna analiza tego zestawu danych skutkuje pomiarem 10 584 ścieżek komórek w pełnych cyklach komórkowych.
Podsumowując, mikroskopia wideo bez soczewek jest potężnym narzędziem do automatycznego monitorowania tysięcy nieoznakowanych, niezsynchronizowanych i niezmodyfikowanych komórek na eksperyment; każda komórka jest śledzona przez kilka cykli komórkowych. Nasze pomiary dostarczają zatem średniej wartości kilku parametrów komórek, ale co ważniejsze, zmienności międzykomórkowej w dużej populacji komórek.