5D quantitative microscopy for real-time monitoring of Engineered Heart Tissue

Det eksisterer en mikroverden som venter på å bli avdekket av banebrytende teknologi. Optisk mikroskopi og tomografi fungerer som inngangsporter til dette mikroskopiske riket, hvor bittesmå detaljer kommer til syne. Kjernen i denne utforskningen er optisk mikroskopi, som bruker lys for å lyse opp det usynlige. Fra enkle mikroskop til avanserte høyoppløsningsteknikker fungerer disse instrumentene som vinduer inn i det cellelandskapet, og avslører detaljer som en ikke har sett tidligere. Disse avbildningsmetodene kan brukes på tvers av forskjellige fagfelt for å avdekke cellens hemmeligheter og undersøke biologiske prosesser. Innen hjerte- og karforskning spiller avansert mikroskopi- og tomografiteknologi en avgjørende rolle ved å gi innsikt i underliggende mekanismer og å finne potensielle mål for legemidler. Til tross for deres betydning, byr det på utfordringer å navigere i det mikroskopiske landskapet, med pågående innsats for å overvinne oppløsningsbegrensninger og flytte grensene for hva som er oppnåelig innen optisk mikroskopi og tomografi. Dr. Azeem Ahmad leder utvikling av ny markørfri kvantitativ mikroskopi og tomografimetode ved Institutt for fysikk og teknologi ved UiT. I dette prosjektet har han som mål å utvikle en ny kvantitativ mikroskopimetode kalt 5D-QUIP for å avbilde dynamiske prosesser i tykke prøver som konstruert (Engineered) hjertevev (EHT). Med økende interesse for bruk av konstruert vev innen sykdomsbehandling vil 5D-QUIP bli et avgjørende verktøy som kan gi et banebrytende detaljert bilde av sykdomsprogresjon. Dens evne til å ta 5D-bilder kan hjelpe forskere med å identifisere nye mål for legemidler og forbedre behandlinger for hjertesykdom. I samarbeid med Institutt for klinisk medisin (UiT) vil dette prosjektet utforske gjennomførbarheten og nytten av 5D-QUIP i EHT-forskning, med fokus på å fange opp de dynamiske fenomenene ved hjerteslag i flere prøver for en grundig analyse.

Fluorescence-based advanced optical microscopy, despite its increasing popularity, faces limitations due to intrusive labeling processes. Photobleaching hinders prolonged imaging of living cells, and the photochemical toxicity of fluorescence disrupts the delicate biology being studied, limiting its true impact. These challenges are aggravated in thick tissues. The longstanding goal of microscopy and life science communities is to "decode life in its natural state". This underscores the necessity for imaging tools that can visualize and study delicate biological systems in an unperturbed state with minimal interference, driving rapid development in the field of label-free optical microscopy. To date significant progress has been made in 3D label-free imaging, allowing researchers to observe complex structures with more detail. However, the current state-of-the-art techniques for imaging thick tissue samples have pros and cons in terms of either temporal and spatial resolution (in the case of medical imaging) or imaging depth (in the case of microscopy imaging). This creates a technology gap for high-speed and high-resolution quantitative imaging of thick tissue specimens. We propose a novel technique and coined it as 5D quantitative microscopy (5D-QUIP) which aims to bridge the gap between label-free microscopy techniques and medical imaging techniques providing high-temporal and spatial resolution with larger imaging depth. This will enable high-speed time-lapse imaging, allowing observation of dynamic processes over time with unprecedented details inside thick samples, such as beating in engineered heart tissue (EHT), the targeted application of this project.