Parpadeo y usted falta él: Células de la proyección de imagen que viajan a la velocidad de Usain Bolt

La precisión y la exactitud con las cuales las células pueden ser analizadas y ser manipuladas ha sido perfeccionada grandemente estos últimos años mediante el revelado del cytometry de flujo microfluidic-basado.

A pesar de su sensibilidad, el cytometry de flujo microfluidic es limitado por la producción inferior y la resolución espacial pobre. La investigación reciente ha tentativa revolucionar técnicas de proyección de imagen microfluidic del cytometry de flujo para dirigir estas limitaciones. Esto ha dado lugar al revelado de las nuevas plataformas que combinan la alta producción ofrecida por cytometry de flujo convencional con la resolución espacial de la microscopia óptica.

Ahora, una revista de los científicos en el instituto para la substancia química y la bioingeniería ha resumido la investigación reciente en el revelado del análisis unicelular de la ultra-alto-producción y de las herramientas multi-paramétricas de la proyección de imagen.

Los autores resumen varios medios de célula-enfoque microfluidic y detallan las metodologías más avanzadas de la detección; las técnicas fotodetector-basadas a saber de la cámara y de proyección de imagen. La revista es publicada por Stavrakis y los colegas en la edición especial de la biotecnología analítica de la opinión actual del gorrón en biotecnología.

el análisis unicelular de la Ultra-alto-producción está revolucionando el campo de la biomedecina.Promotivo | Shutterstock

Cámaras que pueden batir la niebla

El tramitación simultáneo de células o de biomoléculas individuales es relacionado en la capacidad de enfocar las células en un flujo unicelular. Esto permite que las células sean aisladas y reflejadas individualmente. Varias técnicas para manipular el flujo de la vaina, una pared del líquido a través de la cual se inyecta la muestra, han perfeccionado la colocación del flujo interno de la muestra. Este flujo de la muestra contiene las células que son investigadas y permite que sean puestas óptimo para la proyección de imagen.

El movimiento de alta velocidad de células dentro del líquido de la vaina es problemático como crea la niebla óptica del `', una niebla que rodea la imagen del objeto. Las tentativas de eliminar la niebla óptica han ejecutado previamente técnicas del flujo de la proyección de imagen. Estas técnicas tentativa acoplar la microscopia, que ofrece la buena resolución de imagen con cytometry de flujo, que sufre de la resolución espacial pobre.

Sin embargo, la proyección de imagen del flujo sufre de producciones del inferior-moderado y de un requisito flúido del volumen de la vaina grande. La investigación actual se centra en lugar de otro en métodos del cytometry de flujo del acoplamiento con microfluidics, ofrece las ventajas de la alto-producción y de poco volumen.

Schonbrun y otros, por ejemplo, incorporó el uso de una plataforma microfabricated con las lentes difrangentes de generar la resolución del aumento y del submicron. La mayoría de los recientes desarrollos en proyección de imagen microfluidic del flujo han tenido éxito en lograr incluso la mayor producción, llamada producción ultraalta.

Rane y otros demostró medios de lograr imágenes niebla-libres a altas velocidades con una producción analítica 85 del   000 cells/s. Por otra parte, podían tomar las mediciones multi-paramétricas (fluorescencia, brillante-campo, e imágenes multicolores del oscuro-campo), que permite que las células sean caracterizadas con exactitud mucho mayor.

¿Fotodetectores - medios superiores de la adquisición de la imagen?

los métodos Cámara-basados son limitados por un equilibrio entre la sensibilidad y la velocidad de la proyección de imagen. las plataformas Fotodetector-basadas, sin embargo, ofrecen una ruta alternativa para capturar las acciones rápidas. Los métodos más recientes han centrado en la proyección de imagen tiempo-que estiraba que aumenta dramáticamente sensibilidad de la imagen. El tiempo que estira métodos utiliza pulsaciones de luz de banda ancha del femto- a los picosegundos para revisar cada biomolécula o célula en una muestra.

La técnica de proyección de imagen del tiempo-alargamiento, primero desarrollada en California, ha sido refinada más recientemente en Hong Kong por Tsia y otros, cuyos esfuerzos han dado lugar a una técnica de segunda generación llamada microscopia óptica del tiempo-alargamiento de la asimétrico-detección (o ÁTOMO). el Tiempo-estirar implica ópticamente el codificar de marcos de la imagen en pulsos ultrarrápidos del laser.

La velocidad de fotogramas es determinada por el índice de la repetición del laser pulsado ultrarrápido y así que el ÁTOMO habilita velocidades de la proyección de imagen de millones de secuencias por segundo. Además, la imagen codificada puede ser amplificada. El efecto combinado de alta velocidad y de la sensibilidad elimina el equilibrio visualizado por métodos cámara-basados.

Los investigadores en Hong Kong capturaron imágenes niebla-libres de las células que no requirieron etiqueta, una técnica típica de la pre-investigación usada para obtener imágenes del alto-contraste. El framerate de 105 cells/s excede lejos el framerate de los sensores tradicionales convencionales, que ofrecen uno-centésimos de eso.

La proyección de imagen de la fluorescencia de células es una dimensión paramétrica de células que es más difícil de obtener. Requiere pulsos de la radiación electromágnetica fuera del espectro de la luz visible, por lo tanto el tiempo-estirar por el ÁTOMO es inadecuado.

Típicamente, los pulsos minúsculos de la fluorescencia son leídos despacio por métodos cámara-basados, produciendo los pixeles individuales; esto limita la velocidad de la proyección de imagen de la fluorescencia. Diebold y otros ha abordado recientemente la aplicación la proyección de imagen de la fluorescencia en la velocidad. Inspirado por las telecomunicaciones coloque, ellos desarrolló una manera de generar regímenes más rápidos de la lectura de la imagen.

La técnica, llamada proyección de imagen de la fluorescencia usando la emisión radiofrecuencia-marcada con etiqueta (FUEGO), hace la fluorescencia de cada pixel ser codificada en una diversa radiofrecuencia. Esto ocurre de una forma similar a la manera de la cual muchos canales de televisión se entregan a una TV vía un alambre de señal, o de cuántas computadores se conectan con una rebajadora de la señal. Esto permite que la cámara descubra una fila de hasta 200 pixeles inmediatamente. Cuando está aplicado al cytometry de flujo, el FUEGO permite a cada célula ser reflejada en de alta resolución, niebla-libre y en colores múltiples, permitiendo que la mayor información de la imagen sea recopilada.

La revista es autor de proyecto sus esperanzas del uso de la alto-producción, proyección de imagen multi-paramétrica, declarando:

Contamos con que los cytometers del flujo de la proyección de imagen comiencen a incorporar algoritmos de aprendizaje de máquina, para permitir análisis del alto-contenido en usos tales como perfilado del fenotipo de la célula, remedio personalizado y revelado de la droga.”

Fuentes:

Stavrakis, S., y otros (2019). cytometry de flujo microfluidic de la proyección de imagen de la Alto-producción. Opinión actual en biotecnología. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2018.08.002

Di Carlo, D. (2009). Microfluidics de inercia. Laboratorio en una viruta. https://doi.org/10.1039/b912547g

Schonbrun, E., y otros (2012). Cytometry de flujo múltiple de la proyección de imagen del campo visual de Microfabricated. Laboratorio en una viruta. https://doi.org/ 10.1039/C1LC20843H

Rane, A.S., y otros (2017). cytometry de flujo multi-paramétrico de la proyección de imagen de la Alto-producción. Quím. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.08.005

Tsia, K.K., y otros (2016). cytometry de flujo de la proyección de imagen del tiempo-alargamiento de la Alto-producción para la clasificación multiclase del fitoplacton. La óptica expresa. https://doi.org/10.1364/OE.24.028170

Diebold, E.D., y otros (2013). Frecuencia de batido sintetizada Digital que multiplexa para la microscopia de fluorescencia del sub-milisegundo. Naturaleza Photonics. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.245

Sources:

Stavrakis, S., et. al. (2019). High-throughput microfluidic imaging flow cytometry. Current Opinion in Biotechnology. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2018.08.002

Di Carlo, D. (2009). Inertial microfluidics. Lab on a Chip. https://doi.org/10.1039/b912547g

Schonbrun, E., et. al. (2012). Microfabricated multiple field of view imaging flow cytometry. Lab on a Chip. https://doi.org/ 10.1039/C1LC20843H

Rane, A. S., et. al. (2017). High-throughput multi-parametric imaging flow cytometry. Chem. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.08.005

Tsia, K. K., et. al. (2016). High-throughput time-stretch imaging flow cytometry for multi-class classification of phytoplankton. Optics Express. https://doi.org/10.1364/OE.24.028170

Diebold, E. D., et. al. (2013). Digitally synthesized beat frequency multiplexing for sub-millisecond fluorescence microscopy. Nature Photonics. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.245

Hidaya Aliouche

Written by

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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