المتعدد الوسائط التصوير ومنهاج Microendoscopy الطيفي الألياف الرزمة لغير الغازية، في فيفو تحليل الأنسجة
October 17th, 2016
تم وصف تجميع واستخدام منظار مجهر متعدد الوسائط يمكنه تسجيل بيانات صورة الأنسجة السطحية مع المعلمات الفسيولوجية للأنسجة بما في ذلك تركيز الهيموجلوبين وتركيز الميلانين وتشبع الأكسجين. يمكن أن تكون هذه التقنية مفيدة لتقييم بنية الأنسجة والتروية ، ويمكن تحسينها لتلبية الاحتياجات الفردية للمحقق.
الهدف العام من هذا الإجراء هو التوصيف الوظيفي للأنسجة في الجسم الحي من خلال الجمع بين المعلومات الهيكلية عالية الدقة والبيانات الطيفية الكمية. يمكن استخدام هذه الطريقة للإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال بيولوجيا السرطان مثل تحديد آثار العلاج على البنية المجهرية للأنسجة والتروية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن استخدام مسبار واحد لجمع بيانات الصور والتحليل الطيفي من نفس الموقع.
تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية إلى علاج سرطان الجهاز الهضمي لأن المسبار متوافق مع تقنيات التنظير التقليدي. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة لأن المخالفات الصغيرة في وضع المسبار يمكن أن تؤثر بشكل كبير على دقة البيانات. خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما أدركنا أهمية الجمع بين تقنية التصوير عالية الدقة وطريقة التحليل الطيفي الكمي.
يعدالعرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية حيث يصعب تعلم خطوات التحضير بسبب تعقيد كل من البناء والمعايرة. لبدء تجميع طريقة الفحص المجهري الفلوري عالي الدقة للمنظار الدقيق متعدد الوسائط ، قم بتركيب مرآة ثنائية اللون 470 نانومتر في مكعب قفص 30 ملم. قم بتوصيل قضبان تجميع القفص بالجوانب الأمامية واليمنى واليسرى من مكعب القفص.
قم بتوصيل حلقة تثبيت خالية من الإجهاد بلوحة قفص ملولبة وقم بربط أنبوب العدسة في حلقة التثبيت. قم بتوصيل لوحة قفص أخرى بأنبوب العدسة المحاذي للوحة القفص الأولى. بعد ذلك ، قم بتأمين مرآة من الألومنيوم المحسنة بالأشعة فوق البنفسجية في حامل مرآة بزاوية قائمة.
قم بتوصيل أربعة قضبان بمقدمة حامل المرآة وقضيبين قطريا على الجانب الأيمن من الحامل. حرك مجموعة أنبوب العدسة على الجانب الأيسر من مكعب القفص. قم بتوصيل الجانب الأيمن من مجموعة حامل المرآة بمجموعة أنبوب العدسة.
حرك حامل ترجمة المحور Z على الجانب الأيمن من التجميع. قم بتوصيل عدسة موضوعية لونية 10x بحامل الترجمة. بعد ذلك ، قم بتأمين لوحة محول الألياف على حامل عدسة ترجمة المحور XY.
حرك الحامل على المجموعة أمام العدسة الموضوعية. باستخدام حلقات التثبيت ، قم بتأمين مرشح الإثارة المناسب ومرشح الانبعاث في أنابيب العدسة. قم بربط أنبوب عدسة مرشح الإثارة في الجزء الأمامي من مكعب القفص.
وأنبوب عدسة مرشح الانبعاث في مقدمة حامل المرآة بزاوية صحيحة. باستخدام الايبوكسي ، قم بتوصيل مصباح LED بحجم 455 نانومتر بلوحة القفص أمام مرشح الإثارة. حرك لوحة قفص أمام كل أنبوب عدسة مرشح.
باستخدام حلقة استقامة، قم بتأمين عدسة أنبوبية مزدوجة لونية في أنبوب عدسة آخر بحيث يواجه السهم الموجود على السطح الخارجي للعدسة الجانب الملولب خارجيا من أنبوب العدسة. قم بتوصيل عدسة الأنبوب بلوحة القفص الأيسر ، ضع لوحة قفص أخرى أمام عدسة الأنبوب. باستخدام حلقة تثبيت خالية من الإجهاد، قم بتوصيل كاميرا USB أحادية اللون بلوحة القفص.
لبدء تجميع طريقة التحليل الطيفي للانعكاس الفرعي المنتشر ، قم بإرفاق لوحة قفص ملولبة بمقدمة مصدر ضوء الهالوجين التنغستن مع الإيبوكسي. أدخل أربعة قضبان تجميع قفص في لوحة القفص وحرك حامل ترجمة المحور Z على القضبان. قم بربط عدسة موضوعية لونية 20x في حامل ترجمة المحور Z.
قم بتوصيل لوحة محول الألياف بحامل ترجمة المحور XY وحرك الحامل على المجموعة أمام العدسة الموضوعية. أخيرا ، قم بتأمين كلا التجميعين في طاولة بصرية قريبة من بعضها البعض باستخدام أجهزة التثبيت المناسبة. لبدء بناء جهاز تبديل فصل كاشف المصدر ، قم بربط لوحة محول ألياف SMA الملولبة خارجيا في ذراع محرك من الألومنيوم.
قم بتوصيل محول ذراع المحرك بالجزء الخلفي من ذراع المحرك. بعد ذلك ، قم بربط محرك متدرج في غلاف محرك من الألومنيوم. قم بربط مجموعة ذراع المحرك على قضيب المحرك وشد برغي القفل.
بعد ذلك ، قم بربط ثلاث لوحات محول ألياف في مفتاح بصري ثم قم بربط لوحة الوجه على المفتاح البصري. قم بربط قضيب المحرك السائر من خلال الفتحة المركزية للمفتاح البصري. ضع محرك متدرج عبر الخط المركزي للوح الأحمر الخالي من الرطوبة.
قم بتوصيل السائق بمصدر طاقة مناسب ومحرك السائر قم بتأمين المفتاح البصري في الجدول البصري. قم بتوصيل كابل تصحيح 550 ميكرومتر 0.22 نانو بذراع المحرك.
قم بتوصيل الطرف الآخر بمطياف USB. لتوصيل مسبار الألياف البصرية ، قم بتوصيل كابل ألياف الصورة المركزي 1 ملم بمجموعة طريقة الفحص المجهري الفلوري عالي الدقة. قم بتوصيل الكبل الأيسر متعدد الأوضاع 200 ميكرومتر بمجموعة طريقة التحليل الطيفي للانعكاس الفرعي المنتشر.
استمر من اليسار ، قم بتوصيل الكابلات متعددة الأوضاع المتبقية من أجل المحولات اليسرى والوسطى واليمنى لجهاز التبديل البصري. لبدء المعايرة للتجربة، قم بتوصيل جميع أجهزة USB الطرفية بالكمبيوتر. قم بتشغيل جميع الأجهزة وتأكد من فتح غالق مصباح الهالوجين التنغستن.
بعد ذلك ، أطفئ أضواء الغرفة وأغلق مصادر الإضاءة المحيطة الأخرى. افتح برنامج الحصول على البيانات. اترك الجهاز يعمل لمدة 30 دقيقة قبل الشروع في المعايرة.
ضع معيار انعكاس منتشر بنسبة 20٪ في القسم السفلي من جهاز المعايرة. أدخل مسبار الألياف الضوئية في الفتحة اليسرى للجهاز واضبط المفتاح البصري الآلي على اليسار لتحديد 374 ميكرومتر كإعداد DS. في البرنامج ، اضبط وقت التكامل على 500 مللي ثانية.
ثم انقر فوق اكتساب الطيف لبدء الاستحواذ على RMAX ل SDS هذا. عند الانتهاء من الحصول على RMAX ، احفظ الطيف في مجلد معين. أغلق مصراع مصباح الهالوجين التنغستن واحصل على الطيف المظلم R ل SDS هذا.
افتح الغالق ، وحرك المسبار إلى الفتحة اليمنى في جهاز المعايرة واضبط المفتاح البصري الآلي على الموضع الأوسط لإعداد SDS 730 ميكرومتر. احصل على RMAX و RDARK لجهاز SDS هذا لإكمال المعايرة. أولا ، حدد منطقة الجلد المناسبة لجمع البيانات.
باستخدام قلم تمييز أصفر كمصدر للبيرانين ، قم بتلطيخ المنطقة المختارة برفق. لبدء الفحص المجهري الفلوري عالي الدقة ، قم بتشغيل مؤشر LED 455 نانومتر وأغلق مصراع مصباح الهالوجين التنغستن. ضع مسبار الألياف البصرية على اتصال لطيف مع الجلد.
حرك المسبار عبر الأنسجة الملطخة بالبيرانين لعرض بنية البصيرة الحالية القمية. في البرنامج ، قم بتعيين وقت التعرض المناسب والكسب لتجنب تشبع الصورة. ثم انقر فوق الحصول على صورة للحصول على صورة ثابتة.
احتفظ بالمسبار في مكانه للتحليل الطيفي للانعكاس الفرعي المنتشر. قم بإيقاف تشغيل مصباح LED 455 نانومتر وافتح مصراع مصباح الهالوجين التنغستن. بعد ذلك ، قم بالتبديل إلى إعداد SDS 374 ميكرومتر على اليسار.
انقر فوق اكتساب الأطياف للحصول على طيف الأنسجة R ل SDS هذا. بعد ذلك ، قم بالتبديل إلى الوضع الأوسط واحصل على طيف الأنسجة SDS R 730 ميكرومتر. افتح برنامج ما بعد المعالجة وانقر فوق تشغيل.
عند المطالبة ، حدد أطياف المعايرة والأطياف في الجسم الحي والصورة الفلورية عالية الدقة للحصول على صورة الأنسجة. توفر طريقة الفحص المجهري الفلوري عالي الدقة صورة عالية الدقة لموقع الأنسجة. يظهر تلطيخ البيرانين الخطوط العريضة للخلايا الكيراتينية الفردية.
يستخدمبرنامج المعالجة اللاحقة بيانات التحليل الطيفي الانعكاسي شبه المنتشر لحساب تركيز الهيموجلوبين وتركيز الميلانين وتشبع الأكسجين في الأنسجة. تمت مقارنة وحمة الخلايا الصباغية الحميدة بأنسجة الجلد الطبيعية المجاورة باستخدام هذا المنظار المجهري متعدد الوسائط. أظهرت وحمة الخلايا الصباغية تركيزا أقل قليلا من الهيموجلوبين وتركيزا مرتفعا قليلا من الميلانين مقارنة بالأنسجة الطبيعية.
بمجرد إتقانها ، يمكن القيام بهذه التقنية في أقل من ساعة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم ترك مصباح الهالوجين التنغستن يسخن لمدة 15 دقيقة ومعايرة الأجهزة باستخدام معيار الانعكاس قبل جمع البيانات. باتباع هذا الإجراء ، يمكن استخدام تقنيات أخرى مثل الفحص المجهري متحد البؤر أو الفحص المجهري متعدد الفوتون لاستكشاف التغيرات تحت الخلوية في بنية البروتين أو التمثيل الغذائي.
بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين لاستكشاف العلاقة بين تروية الأنسجة والبنية المجهرية استجابة للعلاج الكيميائي. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية بناء واستخدام جهاز تصوير بالمنظار الدقيق الهجين والتحليل الطيفي.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
نظرة عامة
تصف هذه المقالة مجهرًا متعدد الوسائط يسجل صور الأنسجة مع المعلمات الفسيولوجية مثل تركيزات الهيموغلوبين والميلانين. هذه التقنية قيمة لتقييم بنية الأنسجة وتصريفها، خاصة في بيولوجيا السرطان.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- علم الأحياء
- بيولوجيا السرطان
الخلفية
- تجمع الطريقة بين التصوير عالي الدقة والتحليل الطيفي الكمي.
- تهدف إلى تحديد وظيفة الأنسجة الحية.
- يمكنها تحديد تأثيرات العلاج على بنية الأنسجة الدقيقة.
- المجس متوافق مع تقنيات التنظير التقليدية.
هدف الدراسة
- لتقييم بنية الأنسجة وتصريفها.
- لتحسين التقنية لتلبية احتياجات الباحثين الفرديين.
- لمعالجة الأسئلة الرئيسية في بيولوجيا السرطان.
الطرق المستخدمة
- التصوير المجهري متعدد الوسائط
- تسجيل مشترك لبيانات الصور والتحليل الطيفي
- توصيف الأنسجة الحية
- التوافق مع تقنيات التنظير
النتائج الرئيسية
- يجمع المجس الواحد بين بيانات التصوير والتحليل الطيفي.
- تؤثر التفاوتات الصغيرة في وضع المجس على دقة البيانات.
- يمكن تحسين التقنية لاحتياجات بحثية محددة.
- مفيدة لتقييم علاج سرطان الجهاز الهضمي.
الاستنتاجات
- تعزز التقنية فهم فسيولوجيا الأنسجة.
- توفر طريقة شاملة لدراسة بيولوجيا السرطان.
- قد تؤدي التطبيقات المستقبلية إلى تحسين الاستراتيجيات العلاجية.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Integrating high-resolution fluorescence imaging with diffuse reflectance spectroscopy in a single fiber-bundle microendoscopy platform enables non-invasive, in vivo tissue analysis with both structural and quantitative physiological insights. This multimodal approach enhances predictive confidence in tissue characterization, supporting early discovery and translational research inflection points. The platform's compatibility with endoscopic workflows positions it as a reusable capability for functional tissue assessment across diverse organ systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of tissue microstructure and perfusion in vivo.
- Supports biological de-risking by co-registering micro-architectural and physiological data.
- Facilitates predictive confidence in distinguishing neoplastic from non-neoplastic tissue.
- Provides a foundation for mechanistic studies of therapy effects on tissue biology.
Screening & Assay Development
- Prepares validated tissue models for downstream compound evaluation by integrating imaging and spectroscopy outputs.
- Standardizes acquisition of quantitative physiological parameters such as hemoglobin and melanin concentration.
- Enables reproducible, site-matched data collection for assay development and screening readiness.
- Supports platform scalability for multi-organ or multi-site analysis.
Translational & Preclinical Research
- Aligns micro-architectural imaging with physiological biomarker quantification for disease-relevant models.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation by supporting functional tissue assessment in vivo.
- Provides risk-adjusted data for advancement decisions in translational research pipelines.
- Facilitates exploration of tissue response to therapeutic interventions in preclinical models.
Pipeline & Workflow Integration
This multimodal platform bridges early discovery, lead identification, and preclinical research by enabling co-registered structural and functional tissue analysis in vivo.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying therapy effects on tissue microstructure and perfusion.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for assay standardization and compound evaluation.
- Analytics: Provides integrated imaging and spectral readouts for robust comparison of tissue conditions.
- Translational Research: Aligns with biomarker-driven studies and supports preclinical model validation.
- Enterprise Reuse: Offers a flexible, endoscopically-compatible platform adaptable to multiple organ systems and research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in tissue analysis.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of in vivo tissue characterization.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing comprehensive tissue data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of discovery and translational programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical imaging, spectroscopy, and probe calibration.
- Demands access to specialized instrumentation and analytical infrastructure.
- Necessitates rigorous cross-team standardization for data acquisition and analysis.
- Adaptable across tissue types and organ systems with appropriate calibration and validation.
- Probe placement precision and calibration are critical for data accuracy and reproducibility.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:14
Construction of the Fluorescence Microscopy and Reflectance Spectroscopy Modalities
4:16
Construction of the Multimodal Microendoscope
5:53
Sub-diffuse Reflectance Spectroscopy Modality Calibration
7:23
In Vivo Data Acquisition from Human Skin
8:52
Results: Co-registered Tissue Structural and Physiological Parameter Data
9:38
Conclusion
