الاستفادة من الواقع الافتراضي للتجزئة الغامرة وتحليل بيانات التصوير المقطعي بالتبريد الإلكتروني

في هذا العمل ، نصف بروتوكولا يستخدم برنامج SciGlass لتقسيم بيانات التصوير المقطعي الإلكتروني بالتبريد. SciGlass هو برنامج قائم على الواقع الافتراضي يوفر واجهة غامرة وبديهية لتقسيم برقيات cryo-ET ، ونوضح أن VR هي أداة قابلة للتطبيق يمكن دمجها في خطوط أنابيب تجزئة cryo-ET. تتقدم Cryo-ET بسرعة مع الابتكارات والتركيز.

بالنسبة للعينات الرقيقة وطرق جمع البيانات الأسرع ، واستخدام خوارزميات التعلم الآلي لتحسين انتقاء الجسيمات المجزأة ، كما تعلمون ، كل هذه التطورات تتوج بتحسين cryo-ET واعتماد رؤى بيولوجية رائعة حقا. يواجه Cryo-ET تحديات مثل التبريد منخفض الإنتاجية. للعينات التي يزيد سمكها عن 500 نانومتر وصعوبة استهداف المناطق ذات الأهمية بسبب انخفاض أعداد النسخ.

بالإضافة إلى ذلك ، تظل معالجة البيانات عنق الزجاجة ، وتتطلب تعليقا توضيحيا يدويا مكثفا لانتقاء الجسيمات وتجزئتها ، جنبا إلى جنب مع الخبرة المتخصصة ، كما تعلمون ، التي تحتاجها في cryo-ET ، لذلك كل ذلك يبطئ سير العمل العام. لقد وجدنا أن الواقع الافتراضي يحسن كفاءة التجزئة مقارنة بالطرق التقليدية. تكمل بيئتها الغامرة الأساليب الآلية من خلال سد الفجوات وتقليل الإيجابيات الخاطئة.

بالإضافة إلى ذلك ، تعد منصة الواقع الافتراضي هذه فعالة للغاية للتدريب والتعليم ، مما يجعلها أداة متعددة الاستخدامات في تحليل بيانات cryo-ET. يعالج بروتوكولنا عدم كفاءة التجزئة التقليدية ، والتي تتضمن العمليات اليدوية والبطيئة والصعبة ، لذلك من خلال الاستفادة ، كما تعلمون ، من الطبيعة الغامرة والبديهية للواقع الافتراضي ، نهدف إلى تبسيط التجزئة من خلال جعل العملية أسرع وأكثر سهولة في الاستخدام. للبدء ، قم بتحويل التصوير المقطعي الخام بالتبريد إلى تنسيق بيانات متوافق مع SciGlass ، مثل مكدسات TIFF.

اضبط الإشارة باستخدام ImageJ للتأكد من أن الجسيمات بيضاء على سوداء. انتقل إلى العملية ، متبوعا بتحسين التباين ، وتحقق من معادلة الرسم البياني "ومعالجة جميع الشرائح. قم بتشغيل برنامج الواقع الافتراضي على الكمبيوتر.

انتقل إلى قائمة "ملف" وحدد إنشاء مشروع. انقر فوق إنشاء مشروع جديد ، ثم فوق إضافة ملفات "في البرنامج". انتقل إلى موقع ملفات TIFF واستيرادها إلى المشروع.

عند المطالبة ، تأكد من أن الملفات ليست جزءا من سلسلة زمنية بعد النقر فوق No.Next ، قم بتعيين اسم للمشروع وانقر فوق حفظ" لإنشاء المشروع ضمن قائمة المشاريع. انقر نقرا مزدوجا فوق المشروع لفتح التصوير المقطعي وتحميله في بيئة الواقع الافتراضي التفاعلية. لإعداد الواقع الافتراضي ، أو VR ، قم بتوصيل سماعة رأس VR ووحدات التحكم اليدوية بالكمبيوتر.

اتبع التعليمات التي تظهر على الشاشة لمعايرة بيئة الواقع الافتراضي. اضبط النظام للتأكد من أن المنطقة المطلوبة للتجزئة في مجال رؤية بيئة الواقع الافتراضي ، ثم انقر فوق زر التصور في واجهة البرنامج. اضبط خيارات التصور مثل أشرطة تمرير التباين والنوافذ والسطوع والعتبة لتحسين الإشارة وتقليل الضوضاء.

استخدم وحدات التحكم اليدوية لسحب التصوير المقطعي بالقرب أو دفعه بعيدا لفحصه بشكل أفضل. قم بتنشيط أداة القص باستخدام وحدة التحكم اليسرى. افحص الشرائح المختلفة بصريا داخل التصوير المقطعي.

انتقل عبر التصوير المقطعي إلى الشريحة المطلوبة حيث سيبدأ التجزئة. قم بتنشيط خيار منطقة الاهتمام، أو عائد الاستثمار، ضمن قائمة التعليقات التوضيحية باستخدام وحدات التحكم اليدوية. سيظهر مربع أخضر في التصوير المقطعي.

اضبط حجم المربع الأخضر وموضعه على المنطقة المراد تقسيمها. الآن ، قم بقفل عائد الاستثمار باستخدام وحدة التحكم اليسرى. ستتحول الأداة إلى وضع الطلاء للتجزئة.

قم بتكبير أو تصغير المقطعي للتجزئة الدقيقة. اضبط حجم فرشاة الرسم من خلال الدوران في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة للتحكم الأمثل. قم بتقسيم المنطقة ذات الاهتمام بعناية ، مثل أغشية الميتوكوندريا ، داخل المنطقة ثلاثية الأبعاد.

اضبط نصف قطر الكرة بشكل مناسب أثناء إجراء التجزئة. قم بتشغيل وضع المسح باستخدام مشغل وحدة التحكم الثانوية لتصحيح أخطاء التجزئة، واستخدم نفس الحركة مثل التجزئة للمسح. كرر عملية التجزئة لجميع المناطق حتى يتم تقسيم المخطط المقطعي بالكامل.

بعد الانتهاء من التجزئة ، انقر فوق المشروع المكتمل لتمييزه. انقر فوق علامة التبويب "المشاريع" وحدد عائد الاستثمار"للمتابعة. اختر تصدير وحدة التخزين بأكملها أو منطقة اهتمام معينة، وحدد موقع التصدير للبيانات المجزأة.

الآن ، قم بتحميل وتحليل البيانات المجزأة المصدرة من SciGlass إلى البرنامج المطلوب المفضل لتحليل إضافي للبيانات المجزأة. بعد إعداد بيانات cryo-ET ، انقر بزر الماوس الأيمن على المشروع وانقر فوق إضافة بيانات قناع ، ثم انتقل إلى مكان حفظ التجزئة الأولية واستيراده ضمن نفس المشروع. قم بإشراك التعليق التوضيحي لعائد الاستثمار لإجراء تعديلات على التجزئة الأولية.

أخيرا ، أضف أو امسح التجزئة لتنظيف التجزئة الأولية. كشف الإسقاط الخلفي المرجح للصور المقطعية التي أعيد بناؤها عند 16 أنجستروم لكل بكسل عن هياكل الميتوكوندريا والغشائية بعد إزالة الضوضاء وتصحيح الإسفين المفقود. أتاح التصور في بيئة الواقع الافتراضي الغامرة فحصا ثلاثي الأبعاد مفصلا للأغشية بعد معادلة الرسم البياني الذي عزز التباين.

حدد التجزئة اليدوية هياكل الميتوكوندريا والعضيات بدقة عالية باستخدام أدوات الواقع الافتراضي ، بما في ذلك رسم الخرائط الدقيقة لحدود الأغشية وعائد الاستثمار. كشفت العروض ثلاثية الأبعاد النهائية عن ميزات مفصلة للميتوكوندريا مثل الأغشية الخارجية والداخلية. ورواسب فوسفات الكالسيوم مع شبكات ناعمة.