スペックルイメージングサブの使用

Sep 24, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2613 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

微生物コロニーの成長は、コロニーの端にある細胞の活動によって促進されます。 ただし、このプロセスは、コロニーの特定の染色または断面化が行われない限り見ることができません。 スペックル イメージング技術は、コロニー内の微生物の活動が増加しているゾーンを視覚化できる非侵襲的な方法です。 この研究では、レーザースペックルイメージング技術を使用して微生物コロニーの成長を記録しました。 この方法は、ビブリオ ナトリジェンス、大腸菌、黄色ブドウ球菌の 3 つの異なる微生物でテストされました。 結果は、スペックル分析システムが微生物コロニーの増殖を記録できるだけでなく、コロニーのさまざまな部分での微生物の増殖活動を視覚化できることを示しました。 開発されたスペックルイメージング技術は、コロニーの中心部から周辺部に移動する「微生物の活動が最も高いゾーン」を可視化します。 この結果は、コロニー増殖の以前のモデルの精度を確認し、コロニー内の微生物の活動を分析するためのアルゴリズムを提供します。

コロニー サイズの成長は、寒天培地上での微生物の活動を特徴付けるための基準として使用されます。 コロニー サイズの成長は、通常、さまざまな時点でライブ画像を記録し、コロニーのサイズを比較することによって監視されます。 このイメージング技術を採用し、画像は高解像度カメラまたはフラットベッド スキャナーによって取得されます1、2。 重要な検出時間、コロニー サイズ、増殖速度、および最大コロニー サイズがパラメーターであり、既存のライブ イメージング方法を使用して定量化できます。

コロニーの成長を説明するモデルがいくつかあります 3、4、5。 多くのモデルでは、微生物のコロニーの成長は不均一であると説明されています。コロニーの成長は微生物の活性領域に依存し、微生物の活性領域は培地からの栄養供給に依存します。 たとえば、コロニーの端での微生物の増殖は、周囲の培地からの栄養素の絶え間ない供給や側方の培地への細胞の絶え間ない押し込みにより、中心部よりも活発です。 コロニーの微細な構造は、これらの推定の多くを裏付けています。 酵母コロニーの中心にある細胞は増殖を停止し、生存能力を失いますが、同じコロニーの端にある細胞は生きていて成長（増殖）を続けます6。 コロニーのさまざまな部分における微生物活動の違いは、既存のライブイメージング手法では正確に視覚化できません。 現在、コロニー内のさまざまな微生物の活動は、コロニーの断面作成と生存率染色などの侵襲的手法を使用してのみ調べることができます6。

照射面のさまざまな部分から反射または散乱するコヒーレント光によって生成される干渉パターンがレーザースペックルです。 レーザースペックルを照射された物体の散乱特性が時間の経過とともに変化しない場合、スペックル画像も変化しません。 散乱体が自発的に移動すると (ブラウン運動など)、一部のスペックルは変化し始めます (形状、強度)。 物体の散乱特性の変化により、時間変化するスペックルが生成されます。 つまり、外部のイベントや影響、および測定表面で直接発生するプロセスによって、スペックル画像の変化が生じる可能性があります7。 この現象に関して、レーザースペックルイメージング技術は、時間とともに変化するレーザースペックルパターンを分析することにより、光学的に不均質な媒体中の微生物の活動を監視するのに有用であることが証明されています。

レーザースペックルイメージング技術は、医療および食品の安全性分析のための新しい技術です。 これにより、微生物の増殖の早期検出 8、リンゴ果実の真菌感染の特定 9、硬化症患者の末梢血流の測定 10 が可能になります。

この研究では、スペックル イメージング技術を使用して、微生物コロニーの成長と構造的特徴を記録しました。 その結果、開発したスペックル解析システムは微生物コロニーの増殖を記録できるだけでなく、コロニーのさまざまな部分における微生物の増殖活動を視覚化できることがわかりました。 スペックルイメージングにより、コロニーの成長は中心ではなく端での細胞増殖によって引き起こされることが明らかになりました。 この結果は、コロニー増殖の以前のモデルの精度を確認し、コロニー内の微生物活動分析のためのアルゴリズムを提供します。