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Virtual-Congelação para combinar o Cytometry da imagem lactente e de fluxo da fluorescência

Uma equipe dirigida por Hideharu Mikami da universidade do Tóquio determinou recentemente um método da imagem lactente baseado no optomechanics que supera o desempenho e o serviço público do cytometry de fluxo da imagem lactente (IFC).

imagem lactente da fluorescênciaCréditos de imagem: anyaivanova/Shutterstock.com

O método permite a imagem lactente alta da produção das únicas pilhas que viajam no segundo das pilhas >10,000-1 sem sensibilidade ou definição de comprometimento e que permitem a análise estatística robusta e uma classificação exacta das pilhas.

IFC tradicional oferece diversas vantagens sobre o cytometry de fluxo tradicional fornecendo dados de imagem quantitativos. Estes dados permitem a caracterização de únicas pilhas através das populações heterogêneas. Os dados grandes que resultam da metodologia de IFC são relevantes em um momento onde profundamente aprender necessária melhorar a tomada de decisão clínica nos ajustes biomedicáveis e clínicos.

As limitações do cytometry de fluxo tradicional da imagem lactente

IFC é particularmente eficaz para a enumeração de uma escala das macromoléculas que incluem proteínas, ácidos nucleicos, a análise da interacção da pilha-pilha, e a caracterização de dano e do reparo do ADN. Contudo, o desempenho e o serviço público de IFC sofrem em conseqüência das tentativas de aumentar a produção, a definição espacial, e a sensibilidade.

Aumentando o fluxo apresse-se com a finalidade da alto-produção, resultados encurtados de um período da integração, permitindo a coleção de imagens borrão-livres; contudo, o efeito é definição reduzida da sensibilidade ou do pixel combater isto.

Para superar este, o tempo de atraso e a integração (TDI) com um sensor da imagem baseado em um dispositivo de pares cobrados (CCD) foram usados. TDI acumula diversas exposições das pilhas no fluxo, com diversas fileiras de elementos fotossensíveis do CCD. Contudo, isto limita a produção enquanto a taxa do readout do CCD é diminuída.

Um problema adicional sofrido pelo CCD é o ruído do readout, que limita sua sensibilidade da detecção. Algumas tentativas de superar as trocas são imagem lactente do único-pixel e uso de um sensor da imagem do semicondutor de óxido (CMOS) de metal complementar - mas estas, por sua vez, limitam a sensibilidade.

O traço unificador destas técnicas compensatórias é o acordo de um dos parâmetros chaves em favor de outro. Isto impede aplicar IFC às aplicações da ameia, que motiva o estudo pela equipe na universidade do Tóquio.

Um método optomechanical novo da imagem lactente

Mikami refere e outros seu método melhorado da imagem lactente como a imagem lactente de congelação virtual da fluorescência (VIFFI). Crucial, as trocas estão contornadas enquanto a produção alta (segundo das pilhas >10,000-1), a definição espacial em aproximadamente 700nm, e a sensibilidade alta são asseguradas.

O método é baseado em congelar uma pilha de fluxo no sensor da imagem cancelando o movimento de uma única pilha para aumentar a época de exposição do sensor da imagem. Isto produz uma imagem da fluorescência com uma relação de relação sinal-ruído alta (SNR).

Os elementos essenciais de VIFFI fluem cytometry são um varredor do feixe da excitação que as varreduras sobre o campo de visão (FOV) e o sincronismo simultâneo da exposição dos sentidos da imagem e da excitação irradiem a iluminação. Na combinação, a congelação virtual traduz 1000 vezes maiores às épocas para a integração do sinal no sensor da imagem. Isto conduz à imagem lactente da fluorescência do microscopia-nível das pilhas em 1 m s-1.

A metodologia atrás da técnica do grupo envolveu o projecto óptico do VIFI flui cytometer, o desempenho de uma varredura do feixe da excitação com a finalidade de estender o momento de exposição para as pilhas defluxo, aquisição dos dados, e o processamento das imagens digitais e profundamente aprendizagem.

Aplicando a imagem lactente de congelação virtual da fluorescência

O grupo usou duas cores. A equipe indicou que diversas cores podem ser usadas com a finalidade da imagem lactente da fluorescência quando os beamsplitters dichroic são usados. O grupo igualmente observa na compatibilidade de VIFFI flui cytometry com técnica imagem-sensor-baseada avançada da microscopia de fluorescência - permitir a fluorescência da super-definição.

Adicionalmente, a técnica permite a velocidade do fluxo de ser variada contanto que se conforma ao relacionamento das trocas entre o FOV, o tempo de exposição, e a velocidade do fluxo. Junto com este avanço, a aprendizagem de máquina reservará a profundidade da análise de dados conseguida para ser expandido. Similarmente, como avanços na tecnologia de sensor da imagem são conseguidos, a alto-produção e o número de opções da cor da fluorescência são esperados ser aumentados. VIFFI igualmente permite a profundidade de campo de ser expandido. Isto é útil para a imagem lactente de FSIH e a imagem lactente de grandes pilhas.

Devido à definição espacial da sensibilidade na produção alta desta imagem lactente da fluorescência, as aplicações na biologia, a farmácia, e a medicina são expandidas. Em primeiro lugar, a análise alta dos PEIXES da produção é capaz; esta técnica é especialmente útil no diagnóstico, na identificação, e na detecção de doença residual mínima. A microscopia tradicional é por mais insuficiente que o exame de grandes populações das pilhas não seja possível.

Como uma prova de conceito, a equipe demonstrou a análise de grande escala baseada no fenótipo morfológico. Isto sugere que esta técnica seja inestimável ao determinar a relação do genótipo-fenótipo. Especificamente, a definição espacial alta permite a caracterização exacta das características chaves tais como a área e o perímetro de cada pilha e organelles intracelulares.

O grupo igualmente ilustrado com a imagem lactente dos mutantes do reinhardtii do C., VIFF eu cytometry de fluxo posso ser usado avaliando a mutagênese.

Finalmente, VIFFI fluem cytometry podem detectar e contar pilhas de circulação do tumor (CTCs) das amostras de sangue heterogêneas. Os únicos CTC e conjuntos podem ser visualizados e contado; isto é esperado ajudar ao estudo da correlação entre o tamanho do conjunto e o potencial/propagação metastáticos de CTCS.

Source

Mikami, cytometry de fluxo decongelação da imagem lactente da fluorescência do H. e outros (2020). Comunicações da natureza. DOI: 10.1038/s41467-020-14929-2.

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Last Updated: Jun 9, 2020

Hidaya Aliouche

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Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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