18:31 2023-03-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Imagini din interiorul unei celule: Cercetătorii dezvoltă un nou instrument pentru a oferi o perspectivă mai bună asupra proceselor biologice
_ Imagini din interiorul unei celule : Cercetătorii dezvoltă un nou instrument pentru a oferi o perspectivă mai bună asupra proceselor biologice
O tehnică revoluționară dezvoltată de cercetătorii afiliați la Centrul USC Michelson pentru Bioștiință Convergentă prezintă un nou mod de a culege și organiza informații foarte detaliate despre țesuturile organice înregistrate. timp.
Metodele ar putea fi folosite într-o zi pentru a procesa rapid biopsiile de țesut în îngrijirea cancerului sau pentru a detecta bacterii în fabricile de procesare a alimentelor.
Țesuturile emit semnale sau câmpuri intrinseci, care, deși sunt detectabile, sunt foarte slabe și greu de diferențiat. Tehnica, detaliată într-o pereche de lucrări publicate în Nature Methods și Cell Reports Methods, folosește un algoritm matematic complex pentru a îmbunătăți calitatea semnalelor și apoi a le separa.
Noua tehnică este comparabilă cu modul în care un Serviciul de streaming prezintă diferite niveluri de compresie pentru a se asigura că videoclipul lor este consecvent, indiferent de conexiunea la internet a unui utilizator, potrivit lui Francesco Cutrale, co-investigator principal și profesor asistent de cercetare la USC Viterbi School of Engineering.
„Bazat. despre cât de rapidă este conexiunea dvs., streamerul va trimite videoclipul cu diferite niveluri de compresie, care este apoi recompus optim pentru dispozitivul dvs.", a spus el. „Facem ceva similar: luăm date foarte mari, foarte complexe și le mutăm într-un spațiu în care sunt comprimate. Apoi putem analiza seturi de date foarte mari – asociate prin similitudine într-o histogramă enormă – și putem analiza acest lucru. date într-un timp record și cu o sensibilitate foarte mare.”
Algoritmul – detaliat în Nature Methods la începutul acestui an – continuă perfecționarea recentă a abordărilor imagistice cu conținut ridicat care utilizează fluorescența. Datorită contrastului și specificității sale ridicate, precum și adaptabilității, fluorescența a permis detectarea și definirea unor molecule specifice. Cu toate acestea, aceste tehnici mai noi nu funcționează pentru imagistica probelor în direct sau in vivo, deoarece aceste abordări au o sensibilitate limitată și pot deteriora specimenele.
În lucrare, echipa de cercetare a arătat cum tehnica, numită Hybrid Neamestecarea, ar putea fi folosită pentru a analiza țesutul organic viu în mod curat și eficient. Tehnica folosește neamestecarea liniară, o metodă de analiză a diferitelor componente dintr-un specimen marcat de compuși chimici numiți fluorofori.
Ei vizualizează apoi aceste componente folosind fazori hiperspectrale, care folosesc întregul spectru de culori, mai degrabă decât doar roșu. albastru si verde. Procedând astfel, Hybrid Unmixing permite imaginea simultană a componentelor etichetate luminoase și slabe din țesutul organic, chiar și în condiții de iluminare scăzută.
Permițând analiza concomitentă a comportamentelor celulare și a metabolismului celular al acestor componente etichetate, tehnica va oferă perspective mai precise asupra complexității sistemelor biologice.
„Există un impuls în spațiul de cercetare pentru înțelegerea sistemelor biologice complexe”, a spus Cutrale.
„În timp ce cercetătorii examinează de obicei doar două sau trei etichete deodată, adevărul este că există mai mult decât câțiva factori care interacționează în interiorul celulelor. Provocarea este că aceste semnale apar adesea foarte asemănătoare, ceea ce le face dificil de distins. În lucrarea noastră, am identificat și separat cu succes la 14 semnale diferite. Această descoperire va oferi cercetătorilor o înțelegere mai cuprinzătoare a activității din interiorul sistemelor celulare și biologice.”
Algoritmul oferă baza pentru numeroase aplicații din punct de vedere al industriei, a spus Cutrale.
„Lucrăm în științele vieții, dar este ușor să ne imaginăm numeroase aplicații pentru a evalua calitatea fructelor, prezența pesticidelor sau modul de optimizare a producției în multe alte domenii”, a spus el.
O lucrare ulterioară, publicată astăzi în Cell Reports Methods, descrie hardware-ul – numit SHy-Cam, prescurtare de la Single-shot Hyperspectral Phasor Camera – conceput de echipa de cercetare optimizată pentru a capta acest tip de informații. Tehnicile tipice de imagistică a țesuturilor care utilizează fluorescența folosesc canale de culoare pe tot spectrul pentru a compensa suprapunerea dintre etichete. Această tehnică reduce viteza imaginii și, dacă este expusă la lumină excesivă, poate deteriora în cele din urmă probele.
Cu SHy-Cam, cercetătorii au putut folosi noul algoritm pentru a obține informații spectrale rapid și eficient, în o cameră care poate fi construită cu componente optice deja disponibile. Noul echipament descris în lucrare este capabil să achiziționeze 30 de seturi de date pe secundă, cu o eficiență fotonică de peste 80%. Acest lucru îl face un instrument puternic pentru imagini multicolore, in vivo, au spus cercetătorii.
„Cum se produce o imagine bidimensională cu un senzor 2D? Faceți o fotografie”, a spus Cutrale. . „Provocarea noastră este cum să captăm un set de date 3D cu un senzor 2D. Un senzor de culoare tipic capătă trei culori — roșu, albastru și verde — sau primește totul prin senzorii săi în tonuri de gri.
„În cazul nostru. , trebuie să solicităm 42 de canale de informare — nu este obișnuit și nici nu este eficient. Am proiectat în această lucrare o nouă abordare care poate obține o versiune codificată a informațiilor spectrale cu o singură imagine.”
Cutrale a spus că fac acest lucru utilizând lumina. Echipa a folosit lumina pentru a transforma informațiile și a folosit pentru a efectua calculele înainte de a-l comprima pe senzor. Utilizând această abordare, echipa a arătat cum poate recepționa întregul spectru și dimensiunile imaginii.
„Am capturat X- și axele Y ale imaginii - înălțimea și lățimea acesteia - și, de asemenea, informațiile spectrale de pe axa lungimii de undă, toate împreună într-o singură imagine cu o cameră standard", a spus el. "Aceasta este o abordare destul de puternică. Am obținut eficiențe în această abordare hardware care sunt în unele cazuri de până la opt ori mai rapide decât instrumentele existente. Cu alte cuvinte, de opt ori mai multă lumină ajunge la senzorul camerei în acest mod comprimat.”
Comentarii:
Adauga Comentariu