a: Κάτοψη των φακών με έναν φακό αφαιρεμένο για να επιτραπεί το ζουμ στην υποκείμενη CMOS-εικόνα. Παρακάτω: φωτογραφίες της πλακέτας κυκλώματος με εικόνες και FPGA από πάνω και κάτω. b Τρισδιάστατο μοντέλο του ComplexEye εξαιρουμένου του διαχωριστικού θαλάμου (δείτε επίσης συμπληρωματικές ταινίες 1 και 2). c Αριστερά: Σχηματική επισκόπηση των εξαρτημάτων και της δομής ComplexEye στο εσωτερικό της καμπίνας με τη διαίρεση σε ζώνες ξηρού και υγρού κλίματος. Δεξιά: Φωτογραφία του πραγματικού ComplexEye που αντιστοιχεί στην όψη που φαίνεται στο σχηματικό (αριστερά). Πίστωση πίνακα προγραμματιζόμενης πύλης πεδίου FPGA: Επικοινωνίες για τη φύση (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43765-3
Τα ανοσοκύτταρα καταπολεμούν, για παράδειγμα, μολυσματικούς εισβολείς ή αναζητούν αρχόμενους καρκίνους. Ως εκ τούτου, μεταναστεύουν συνεχώς μέσω των ιστών του σώματός μας. Αλλά σε λάθος μέρος, τα κύτταρα του ανοσοποιητικού όπως τα κοκκιοκύτταρα ουδετερόφιλων μπορούν να προκαλέσουν βλάβη. Εάν αυτά τα λευκά αιμοσφαίρια διεισδύσουν σε όγκους, αυτό συχνά συνδέεται με κακή πρόγνωση για τους ασθενείς. Αυτός είναι ο λόγος που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από φάρμακα που εμποδίζουν τα ουδετερόφιλα να μεταναστεύσουν στους όγκους.
Μέχρι τώρα, αυτή η μετανάστευση είχε διερευνηθεί χρησιμοποιώντας συμβατική μικροσκοπία βίντεο. Ερευνητές (University of Duisburg-Essen, Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften) ανέπτυξαν ένα μικροσκόπιο για την ανάλυση υψηλής απόδοσης των ενώσεων.
Με τη συμβατική μικροσκοπία βίντεο, ένας μόνο αντικειμενικός φακός κάμερας παρατηρεί την κίνηση του κύτταρα κάτω από το μικροσκόπιο — ένα δείγμα τη φορά. Με το νέο τους μικροσκόπιο, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Duisburg-Essen (UDE) και το Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS) μπορούν να αναλύσουν πολλά δείγματα ταυτόχρονα. Οι ερευνητές παρουσιάζουν το μικροσκόπιό τους, που ονομάζεται ComplexEye, στο Επικοινωνίες για τη φύση.
«Αν ξέραμε πώς να ελέγξουμε τη μετανάστευση των ουδετερόφιλων, πολλές ασθένειες θα ήταν πιο εύκολο να αντιμετωπιστούν», λέει ο καθηγητής Δρ. Matthias Gunzer, Διευθυντής στο Ινστιτούτο Πειραματικής Ανοσολογίας και Απεικόνισης (UDE) και Επικεφαλής του Τμήματος Βιοφασματοσκοπίας στο ISAS. Αλλά μέχρι στιγμής, υπήρξε έλλειψη μεθόδων για την προώθηση αυτού του είδους της έρευνας, ειδικά για τα μικρά, ταχέως κινούμενα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Τώρα, ο Gunzer και οι συνεργάτες του κατάφεραν να αυξήσουν δραστικά την ταχύτητα των αναλύσεων μετανάστευσης χρησιμοποιώντας το ComplexEye.
60 φορές πιο γρήγορα από τα συμβατικά μικροσκόπια
«Στις δοκιμές μας, μπορέσαμε να αναλύσουμε τα δείγματα περίπου 60 φορές πιο γρήγορα από ό,τι θα ήταν δυνατό με τη συμβατική μικροσκοπία βίντεο», εξηγούν οι δύο κύριοι συγγραφείς Zülal Cibir και Jaqueline Hassel (UDE).
Προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των υπαρχουσών ενώσεων στο μετανάστευση των ουδετερόφιλων, οι ερευνητές από το Έσσεν εξέτασαν περίπου 1.000 ουσίες από μια χημική βιβλιοθήκη στο Lead Discovery Center στο Ντόρτμουντ. Για τη μετέπειτα ανάλυση, οι ειδικοί της τεχνητής νοημοσύνης στην ISAS προγραμμάτισαν προσαρμοσμένο λογισμικό.
Χρησιμοποιώντας το σύστημα ComplexEye που υποστηρίζεται από AI, μέσα σε μόλις τέσσερις ημέρες, οι ερευνητές εντόπισαν στη συνέχεια 17 ουσίες που μπορούν να επηρεάσουν έντονα την κινητικότητα των ανθρώπινων ουδετερόφιλων.
Αρχικά, τα ευρήματα έχουν βασική επιστημονική αξία, αλλά οι ερευνητές ελπίζουν ότι θα ανοίξουν πολλές νέες θεραπευτικές επιλογές. «Με μερικές μικρές προσαρμογές, το ComplexEye μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για άλλα κύτταρα, για παράδειγμα για την παρακολούθηση της εξέλιξης των ασθενειών και την ανίχνευση πρώιμων προειδοποιητικών σημείων επιδείνωσης λοιμώξεων, όπως η επικείμενη δηλητηρίαση του αίματος», λέει ο ανοσολόγος Gunzer.
Σχετικά με το ComplexEye
Για την ανάπτυξη του ComplexEye, επιστήμονες από την Ιατρική Σχολή, το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Πληροφορικής στο UDE και το ISAS στο Ντόρτμουντ συνεργάστηκαν στενά.
“Ο πρόκληση ήταν να κατασκευάσουμε μικροσκόπια, να τα κάνουμε κινητά και να τα συναρμολογούμε τόσο σφιχτά σε ένα σύστημα ώστε να μπορούν να καταγράφουν βίντεο από κάθε έναν από τους 384 θαλάμους μιας πλάκας πηγαδιού, ενός κοινού δίσκου εξέτασης», λέει ο Δρ. Reinhard Viga από το Electronic Components and Circuits. τμήμα στο UDE.
ο ηλεκτρολόγος μηχανικός είχε την ευθύνη της τεχνικής κατασκευής του νέου μικροσκόπιο. Όπως το σύνθετο μάτι πολλών φακών μιας μύγας, το ComplexEye κινείται κάτω από την πλάκα του πηγαδιού και ταυτόχρονα τραβάει εικόνες με όλους τους φακούς του κάθε οκτώ δευτερόλεπτα.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνδυάζουν αυτές τις εικόνες για να δημιουργήσουν αλληλουχίες time-lapse. Στη συνέχεια, τα κύτταρα μετανάστευσης που είναι ορατά σε αυτές τις ταινίες παρακολουθούνται μεμονωμένα από το AI. Στο μέλλον, το ComplexEye θα επεκταθεί ώστε να περιλαμβάνει πρόσθετους φακούς, ώστε να μπορούν να τραβήξουν ακόμα περισσότερες εικόνες.
Περισσότερες πληροφορίες:
Zülal Cibir et al, ComplexEye: ένα μικροσκόπιο συστοιχίας πολλαπλών φακών για ανάλυση ενσωματωμένης μετανάστευσης κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος υψηλής απόδοσης, Επικοινωνίες για τη φύση (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43765-3
Παρέχεται από το Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften
Παραπομπή: Το μικροσκόπιο με σειρά πολλαπλών φακών και το AI επιτρέπουν ταχύτερη ανάλυση μετανάστευσης των ανοσοκυττάρων (2023, 11 Δεκεμβρίου) που ανακτήθηκε στις 11 Δεκεμβρίου 2023 από τη https://medicalxpress.com/news/2023-12-multi-lens-array-microscope-ai -enable.html
Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.