Цитометрия - Саратовский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор СГУ по учебнометодической работе
________________Е.Г. Елина
"__" ________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКОЙ ЦИТОМЕТРИИ
Направление подготовки
011200 Физика
Профиль подготовки
Биофизика
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011
1
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Основы оптической цитометрии» является
ознакомление магистрантов с современными представлениями об оптических
и лазерных методах цитометрии, применяемых и перспективных для
применения в биологии и медицине. Задачи курса заключаются в изучении
фундаментальных основ оптических методов цитометрии на основе
исследования взаимодействия когерентного и некогерентного света с
биологическими клетками, а также в получении практических навыков для
использования этих методов для решения научных и технических проблем
биомедицинской диагностики и сопровождения оптической и лазерной
фототерапии и хирургии. Все это соответствует
основным целям
магистратуры
в
части
получении
высшего
профессионально
профилированного образования, позволяющего выпускнику успешно
работать в избранной сфере деятельности в РФ и за рубежом, обладать
универсальными и предметно специализированными компетенциями,
способствующими его социальной мобильности, востребованности на рынке
труда и успешной профессиональной карьере.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратура
Дисциплина «Основы оптической цитометрии» относится к дисциплинам
общенаучного цикла (М1), курс (М1Р5) читается в 9 семестре. Форма
итоговой аттестации — экзамен.
При изучении курса магистранты должны иметь теоретическую
подготовку: по разделам и темам общего курса физики, математики и
биофизики.
Полученные в результате освоения данной дисциплины знания и
навыки могут быть непосредственно применены обучающимися в их
дальнейшем обучении по профилю Биофизика.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Основы оптической цитометрии»
В результате освоения дисциплины «Основы оптической цитометрии»
должны формироваться в определенной части следующие компетенции:
общекультурные:
 способность демонстрировать углубленные
математики и естественных наук (ОК-1);
знания
в
области
2
 способность к коммуникации в научной, производственной и
социально-общественной сферах деятельности, свободное владение
русским и иностранным языками как средством делового общения
(ОК-8);
профессиональные:
 способность применять на практике базовые профессиональные
навыки (ПК-2);
 способность пользоваться современными методами обработки, анализа
и синтеза физической информации (в соответствии с профилем
подготовки) (ПК-6).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать основные методы оптической цитометрии. Знать какие
физические явления и процессы лежат в их основе.
Уметь
проводить количественные оценки, характеризующие
разнообразные методы оптической цитометрии, и спроектировать или
выбрать цитометр для решения конкретной биомедицинской задачи. Уметь
представить результаты анализа научной литературы в форме,
соответствующей области применения (анализ физических процессов либо
медико-биологические и диагностические приложения).
Владеть
практическими навыками по работе с оптической
аппаратурой и элементной базой оптических цитометров, а также
практическими навыками работы с научной литературой и составлению
критических аналитических отчетов.
4. Структура и содержание дисциплины «Основы оптической цитометрии»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, в том
числе – 18 часов лекций и 36 часов практических занятий и 54 часа
самостоятельной работы.
4.1. Структура дисциплины
№
Раздел дисциплины
п/п
Формы
текущего
Виды учебной
контроля
работы, включая
Сем Неделя
успеваемости
самостоятельную
ест семестр
(по неделям
работу студентов и
р а
семестра)
трудоемкость (в
Формы
часах)
промежуточн
ой аттестации
3
1
Физические основы
9
цитометров,
использующих упругое
рассеяние света и
поляризационные
свойства рассеянного
света клетками
1,2,3
Л(2)
2
Физические основы
9
цитометров,
использующих
флуоресценцию.
Принципы слайдовой
9
сканирующей
оптической цитометрии.
4,5,6
Л(2)
7,8,9
Л(2)
4
Принципы оптической
цитометрии in vivo.
9
10,11,12 Л(4)
5
Фототермическая и
фотоакустическая
цитометрия
9
13,14,15 Л(4)
6
Инновационные
цитометрические
системы
9
16,17,18 Л(4)
3
(по
семестрам)
ПЗ (6) СР(6) Выбор темы
практических
занятий в виде
проекта
цитометра (1
нед.)
ПЗ (6) СР(6) Отчет по
работе над
проектом (6
нед.)
ПЗ (6) СР(8) Отчет по
работе над
проектом (9
нед.)
ПЗ (6) СР(8) Отчет по
работе над
проектом (12
нед.)
ПЗ (6) СР(10) Отчет по
работе над
проектом (15
нед.)
ПЗ (6) СР(12) Защита
проекта (18
нед.)
4.2. Содержание дисциплины
1. Физические основы цитометров, использующих упругое рассеяние
света и поляризационные свойства рассеянного света клетками
Рассеяние света отдельными клетками. Поляризационные свойства
рассеянного излучения отдельными клетками. Принципы построения
пролетных цитометров. Устройство проточной ячейки. Сортировка
клеток и подача образцов. Типы используемых лазеров и детекторов.
Подготовка образцов. Обработка данных. Цитограммы и гистограммы
(двумерные и многопараметрические)
2. Физические основы цитометров, использующих флуоресценцию.
Типы используемых лазеров
оптические цитометры.
и
детекторов.
Многоканальные
4
3. Принципы слайдовой сканирующей оптической цитометрии.
Флуоресцентная и КР-спектроскопия в цитометрии. Многофотонная
флуоресценция и микроскопия второй гармоники в цитометрии.
4. Принципы оптической цитометрии in vivo.
Объекты исследования. Капилляроскопия ногтевого ложа. Новые
подходы в цифровой динамической микроскопической цитометрии.
Сверхчувствительные и высокоскоростные ПЗС и СMOS камеры.
Флуоресцентная in vivo цитометрия и флуометрия. Многофотонная
флуоресценция и микроскопия второй гармоники.
5. Фототермическая и фотоакустическая цитометрия
Фототермические (ФТ) и фотоакустичекие (ФА) методы цитометрии.
Формирование ФТ и ФА сигналов. Получение ФТ и ФА изображений
клеток в движении.
6. Инновационные цитометрические системы
Использование квантовых точек и наночастиц в цитометрии и
флуометрии. Миниатюрные цитометры на основе микрожидкостных
систем.
5. Образовательные технологии
Лекционные и практические занятия и отчетность студентов в виде
презентации по проекту с использованием мультимедийных средств и
Интернета.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Наполнение объема часов самостоятельной работы предусмотрено в виде
подготовки проекта по разработке оптического цитометра, а также чтении
дополнительной литературы по курсу.
В качестве периодических изданий рекомендуются следующие российские
академические и зарубежные издания:
1) Квантовая электроника
2) Оптика и спектроскопия
3) Письма в журнал технической физики
4) Оптический журнал
5) Биофизика
6) Цитология
7) J. Biomedical Optics
5
8) J. Biophotonics
9) J. Innovative Optical Health Sciences
10)
Applied Optics
11)
J. Opt. Soc. Am.
12)
Laser Physics
13)
Laser Physics Letters
14)
Cytology A
Магистрант должен показать умение работать с периодической и
монографической литературой, продемонстрировать навыки поиска
материала, используя библиотечные поисковые системы и Интернет, а также
подготовить проект, электронную презентацию и сделать краткое сообщение
по теме проекта – защитить его.
Контрольные вопросы
1. Принципы построения пролетных цитометров.
2. Физические основы цитометров, использующих упругое рассеяние
света и поляризационные свойства рассеянного света.
3. Устройство проточной ячейки. Сортировка клеток и подача
образцов.
4. Физические основы цитометров и флуометров, использующих
флуоресценцию.
5. Типы используемых лазеров и детекторов.
6. Многоканальные оптические цитометры.
7. Принципы слайдовой сканирующей цитометрии.
8. Флуоресцентная и КР-спектроскопия в цитометрии.
9. Многофотонная флуоресценция и микроскопия второй гармоники в
цитометрии.
10.Сверхчувствительные и высокоскоростные ПЗС и СMOS камеры.
11.Фототермические (ФТ) и фотоакустичекие (ФА) методы
цитометрии.
12.Формирование ФТ и ФА сигнала.
13.Получение ФТ и ФА изображений клеток в движении.
14.Флуоресцентная in vivo цитометрия.
15.Инновационные цитометрические системы.
16.Использование квантовых точек и наночастиц в цитометрии.
17.Миниатюрные цитометры на основе микрожидкостных систем.
6
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
«Основы оптической цитометрии»
а) Основная литература:
1. Valery V. Tuchin (ed.), Advanced Optical Cytometry: Methods and Disease
Diagnoses, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2011.
2. В.В. Тучин, Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских
исследованиях, 2-е издание, Физматлит, 2010.
3. V.V. Tuchin, Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for
Medical Diagnosis, PM 166, Bellingham, WA, USA, 2007.
4. Лопатин В.Н., Приезжев А.В., Апонасенко А.Д., Шепелевич Н.В.,
Пожиленкова П.В., Простакова И.В. Методы светорассеяния в анализе
дисперсных биологических сред. М., Физматлит, 2006.
5. Galanzha EI, Tuchin VV, and Zharov VP. Advances in small animal
mesentery models for in vivo flow cytometry, dynamic microscopy, and
drug screening (invited review). World J. Gastroenterology, January 14,
2007, 13 (2), pp. 198-224.
6. Valery V. Tuchin, Attila Tarnok, and Vladimir P. Zharov (Guest Editors),
Towards in vivo flow cytometry, J. Biophoton. 2, No. 8–9, 457–547 (2009) /
DOI 10.1002/jbio.200910546.
7. Stoyan Tanev, Wenbo Sun, James Pond, Valery V. Tuchin, and Vladimir P.
Zharov, “Flow cytometry with gold nanoparticles and their clusters as
scattering contrast agents: FDTD simulation of light-cell interaction,” J.
Biophotonics, 2, 505–520 (2009).
8. E. I. Galanzha, M. S. Kokoska, E. V. Shashkov, J.-W. Kim, V. V. Tuchin,
and V. P. Zharov, In vivo fiber photoacoustic detection and photothermal
purging of metastasis targeted by nanoparticles in sentinel lymph nodes at
single cell level J. Biophoton. 2, 528–539 (2009).
б) Дополнительная литература:
1. Tuchin V.V., Wang L., Zimnyakov D.А. Optical Polarization in Biomedical
Applications. Berlin, Heidelberg, N.Y., Springer-Verlag, 2006.
2. В.В. Тучин (ред.), Оптическая биомедицинская диагностика, том. 1,
Москва, Физматлит, 2007.
3. В.В. Тучин (ред.), Оптическая биомедицинская диагностика, том. 2,
Москва, Физматлит, 2007.
4. V.V. Tuchin (ed.), Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological
Fluids and Tissues, CRC Press, Taylor & Francis Group, London, 2009.
5. L.V. Wang, H-I Wu, Biomedical Optics. Principles and Imaging.- HobokenWiley, 2007.
6. R. Splinter, B.A. Hooper, An Introduction to Biomedical Optics.- CRC
Press, Taylor & Francis Group, London, 2007.
7. Valery V. Tuchin, Rebekah Drezek, Shuming Nie, and Vladimir P. Zharov
(Guest Editors) Special section on Nanophotonics for Diagnostics,
7
Protection and Treatment of Cancer and Inflammatory Diseases, J. Biomed.
Opt., March/April 2009, Vol. 14 (2), 020901; 021001-021017.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
«Основы оптической цитометрии»
Мультимедийный проектор, компьютер преподавателя, доступ в Интернет.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и
профилю подготовки магистров Биофизика.
Автор:
профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.н., профессор
В.В. Тучин
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от ___________года, протокол № _________________.
Подписи:
Зав. кафедрой
В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа)
В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа)
В.М. Аникин
8