Ny metode udviklet af dataloger giver skarpere 3D-billeder af kroppens celler

I 2017 deltog ph.d.-studerende Hans Stephensen i et arrangement* med forskere fra forskellige fagområder, som alle arbejdede med biologiske billeder. Han faldt i snak med en biolog, der havde problemer med en bestemt type biologiske billeder som bruges til at undersøge de allermindste dele af kroppens celler og de processer, de indgår i.

Billederne var de såkaldte volumenbilleder, som bliver taget med et elektronmikroskop. Sådanne billeder ender ofte med at blive skæve, hvilket fører til fejlkilder i biologers forskningsresultater. Biologernes analyser er nemlig afhængige af, at de kan måle celledelenes former og vinkler korrekt.

- Det var egentlig ikke noget, jeg havde tænkt skulle blive til et projekt, men af ren interesse spurgte jeg hende, hvordan hun bar sig ad med at rette billederne op. Det gjorde hun ved at kigge på nogle små cellepartikler i billedet og ændre skævheden manuelt, frem for at bruge en automatisk computermetode. Bagefter kunne jeg ikke helt slippe tanken om, at der måtte være en nemmere måde, fortæller Hans Stephensen.

Elektroner rykker ved billederne

Problemet med volumenbillederne har at gøre med selve elektronmikroskopet, der, modsat et almindeligt mikroskop, skaber billeder ud fra elektroner fremfor lys. Elektronmikroskoper bruges blandt andet til at undersøge forskelle mellem raske celler og syge celler ved alvorlige sygdomme som ALS, Huntingtons sygdom og Alzheimers.

- Et volumenbillede er et tredimensionelt billede, der består af en stak af todimensionelle billeder. Konkret vil man tage et billede af et stykke væv, skrælle et tyndt lag af vævet af, tage et nyt billede, og fortsætte sådan, indtil man har en hel stak af billeder, der bliver til et tredimensionelt billede. På den måde kan man bedre se, hvordan celledelene ligger rumligt placeret i forhold til hinanden, fortæller Hans Stephensen.

Men fordi elektronerne i elektronmikroskopet tiltrækkes af forskellige ladninger, ender volumenbilleder ofte med at være skæve.

- Hver gang der tages et nyt billede til stakken, vil det næste billede rykke sig en smule i forhold til det forrige. Det er et stort problem, når biologerne for eksempel skal måle formen af cellerne, fordi celledelene kommer til at se skæve eller strukkede ud. Det vil give fejl i næsten alle måder at måle formen på, forklarer Hans Stephensen og fortsætter:

- Jo mindre billeder vi arbejder med, desto flere udfordringer finder vi. Der findes forskellige standardmetoder til at rette billeder op, men de fungerer ikke optimalt til volumenbilleder, hvor der er tale om billeder på en ekstremt lille skala – helt ned på nanometer og på grænsen til, hvad der overhovedet er muligt.

Information fra cellen selv kan fjerne skævheden

Hans Stephensen har sammen med professor Jon Sporring og lektor Sune Darkner derfor fundet en ny løsning, nemlig at bruge information fra cellerne selv til at rette billederne op.

I alle celler findes der nogle bittesmå, kugleformede partikler ved navn vesikler, hvis opgave er at transportere forskellige stoffer (hormoner, signalstoffer osv.) enten lokalt inde i cellen eller ud af cellen til blodet. Kigger man på vesiklernes skævheder i billederne, kan man bruge dén information til at finde ud af, hvor skævt 3D-billedet er.

- Forestil dig en hel familie af kugler inde i en celle, som alle ser lidt forskellige ud. Vi fandt ud af, at når vi måler skævheden for hver af disse små kugler og finder gennemsnittet af det, så vil det svare til, hvor skævt billedet er, og hvor meget vi skal rette billedet op. Med den viden har vi altså lavet en matematisk model, som kan bruges til at regne skævheden ud og som dermed gør det muligt at rette volumenbillederne op, fortæller Hans Stephensen.

Metoden er dog ikke begrænset til en bestemt type forskning, og den kan bruges kvit og frit af alle, der har behov for at rette op på skæve 3D-billeder – så længe de kan få øje på et kugleformet objekt.

- Du kan bruge vores metode, hvis du har et kendt objekt i dine billeder, som skal være kugleformet. Hvis billedet er skævvredet, vil kuglerne også være skæve, og så kan du bruge kuglerne til at rette op på det igen, siger Hans Stephensen.

------------------

*Det faglige arrangement foregik i regi af Center for Stochastic Geometry and Advanced Bioimaging (CSGB).