Frequenzmisch Magnetische Erkennung Scanner für die Bildgebung magnetische Partikel in Planar Proben
9. Juni 2016
Ein Scanner zum Abbilden magnetischen Teilchen in planar Proben wurde unter Verwendung des planaren Frequenzmisch magnetischen Detektionstechnik entwickelt. Das magnetische Intermodulationsprodukt Antwort von der nichtlinearen hysteresefreie Magnetisierung der Teilchen wird bei einer Zweifrequenzanregung aufgezeichnet. Es kann verwendet werden 2D-Bilder von dünnen biologischen Proben zu nehmen.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, mit zweidimensionalen gemischten magnetischen Detektionsscans dünne biologische Proben zu analysieren, die nanomagnetische Partikel enthalten. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Biochemie und der medizinischen Diagnostik zu beantworten, wie z.B. die Analyse von Gewebeschnitten mit nanomagnetischen Partikeln als Nivellierungsmasse. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie eine Begegnung der nanomagnetischen Partikelverteilung ermöglicht.
Das Verfahren wird von Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong und Jiho Chang, drei Forschern aus meinem Labor, vorgeführt. Der p-FMMD-Messkopf sollte in Übereinstimmung mit den Textprotokollen ausgelegt werden. Details zu allen Verdrahtungs- und Wickelspezifikationen sind angegeben.
Montage und Einrichtung sind im Textprotokoll detailliert beschrieben. Dazu gehört die Einstellung der Hochfrequenzbalance und der induzierten Spannung. Als nächstes wird die Messelektronik aufgebaut, die die Erregersektion, die Nieder- und Hochfrequenztreibersektion und die Detektionssektion des FMMD umfasst.
Anschließend werden der Vorverstärker, der erste Demodulator, der Zwischenverstärker mit Filterung, der zweite Demodulator und der Endverstärker mit Filterung aufgebaut. Schließlich wird der 2D-Scanner montiert und mit einer Computersteuerung verbunden. Für dieses Verfahren haben Sie Magnetitpartikel mit Durchmessern von 50 Nanometern und 100 Nanometern und Maghemitpartikel mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer.
Waschen Sie die Partikel-Stammlösungen in Wasser und sammeln Sie die Partikel mit einem Magneten. Entsorgen Sie das Wasser und waschen Sie sie jeweils zwei weitere Male. Verdünnen Sie dann die Partikel mit destilliertem Wasser in 25 Milligramm pro Milliliter Lösung.
Aus der 100-Nanometer-Partikellösung wird eine fünffache Verdünnungsreihe für Konzentrationen von fünf, eins, 0,2 und 0,04 Milligramm pro Milliliter hergestellt. Stanzen Sie als Nächstes Stücke absorbierendes Löschpapier mit einer Biopsie-Stanze aus. Weichen Sie dann die Papierstanzen 30 Sekunden lang in den verschiedenen 100-Nanometer-Partikellösungen ein.
Nach dem Einweichen die Papierstanzen an der Luft trocknen lassen. Bereiten Sie als Nächstes ausgeschnittene Stücke aus Nitrozellulose vor, die zwei mal 18 Millimeter groß sind. Weichen Sie ein Stück Nitrocellulose 10 bis 15 Sekunden lang in unverdünnter Partikellösung mit einem Mikrometerdurchmesser ein und föhnen Sie es mit unerhitzter Luft trocken.
Tränken Sie das andere Stück Nitrocellulose in zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration, um einen Konzentrationsgradienten zu erzeugen, und trocknen Sie es wie das andere. Beladen Sie abschließend ein Kapillarrohr mit 30 Mikrolitern unverdünnter Partikellösung mit einem Durchmesser von 50 Nanometern. Laden Sie dann eine zweite Kapillare mit 10 Mikrolitern einer 20-fachen Verdünnung der gleichen Partikel
.Die Scanrichtung sollte die kürzere der beiden ebenen Dimensionen sein. Legen Sie den Startpunkt und die Scanlänge mit den Linealmarkierungen auf der Palette fest. Geben Sie diese Werte in die Scansoftware ein und stellen Sie dann den Scan-Offset so ein, dass er etwas kleiner als die erreichbare räumliche Auflösung ist.
Stellen Sie anschließend die Scangeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Signalreduzierung ein, die durch die Tiefpassfilterung auftritt. Verwenden Sie einen Wert zwischen einem und sieben Millimetern pro Sekunde. Stellen Sie nun den Schrittabstand ein.
Die Gesamtscanzeit wird anhand einer Formel berechnet, die im Textprotokoll angegeben ist. Sichern Sie die Probe vor dem Scannen mit Klebeband. Generieren Sie für den Scan eine NVD-Datei für das Motion-Control-Programm.
Öffnen Sie das PMC-Bewegungssteuerungsprogramm und laden Sie die NVD-Datei. Drücken Sie die Home-Taste, um die mechanischen Ursprungspunkte festzulegen. Schließen Sie das Motion-Control-Programm und kehren Sie zum Scannerprogramm zurück.
Führen Sie dann die Scans aus. Für diese Scans wurde die Signalintensität in Abhängigkeit von der Konzentration der magnetischen Kügelchen analysiert und die Scangeschwindigkeit betrug 10 Millimeter pro Minute. Es wurde eine starke Korrelation zwischen der Bead-Konzentration und dem Signal gefunden.
Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Abtasttisches und der Signalintensität wurde anhand von Papierpellets überprüft, die mit magnetischen Kügelchen getränkt waren. Höhere Signale wurden bei niedrigeren Scangeschwindigkeiten erhalten. Der Vergleich des p-FMMD-Scans mit einem optischen Bild einer Nitrozellulose-Membranprobe zeigte deutlich den Nutzen von p-FMMD als MPI-Scanner.
Die Breite des Scans ist vor allem auf das Empfindlichkeitsprofil des Messkopfes zurückzuführen. In ähnlicher Weise wurden zwei Kapillaren, die mit unterschiedlichen Magnetpulverkonzentrationen gefüllt waren, fotografiert und mit p-FMMD gescannt. Klar ist, dass Konzentrationen, die sich um den Faktor 20 unterscheiden, leicht zu unterscheiden sind.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man 10 Proben, die nanomagnetische Partikel enthalten, mit der FMMD-Technik analysiert. Einmal gemeistert, kann diese Technik in etwa einer Stunde durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik dem Forscher auf dem Gebiet der Biochemie und medizinischen Diagnostik den Weg, um die Verteilung der nanomagnetischen Partikel zu erforschen, die eher spezifische Antikörper im Organsystem zitieren.
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Übersicht
In diesem Artikel wird eine Methode zur Abbildung dünner biologischer Proben mithilfe eines neuartigen Scanners vorgestellt, der die magnetische Detektion durch planare Frequenzmischung nutzt. Die Technik erfasst die magnetische Intermodulationsantwort von nanomagnetischen Partikeln und ermöglicht so die Erstellung von 2D-Bildern.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Biochemie
- Medizinische Diagnostik
- Magnetische Bildgebungstechniken
Hintergrund
- Nanomagnetische Partikel können als Nivellierstoffe in der Gewebeanalyse verwendet werden.
- Das Verständnis der Partikelverteilung ist für verschiedene Anwendungen entscheidend.
- Diese Methode bietet eine nicht-invasive Bildgebungstechnik.
- Frühere Methoden erfassen die Verteilung dieser Partikel möglicherweise nicht effektiv.
Zweck der Studie
- Untersuchung dünner biologischer Proben, die nanomagnetische Partikel enthalten.
- Verbesserung der Bildgebungsverfahren in der Biochemie und medizinischen Diagnostik.
- Nachweis der Wirksamkeit der planaren Frequenzmisch-Magnetdetektionsmethode.
Verwendete Methoden
- Zweidimensionale gemischte magnetische Detektionsmessungen.
- Verwendung eines p-FMMD-Messkopfs, der gemäß festgelegter Protokolle konstruiert wurde.
- Detaillierte Verkabelungs- und Wicklungsangaben für genaue Messungen.
- Demonstration durch die Forscher Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong und Jiho Chang.
Hauptergebnisse
- Die Methode ermöglicht erfolgreich die Aufnahme von 2D-Bildern dünner biologischer Proben.
- Nachgewiesene Wirksamkeit bei der Analyse der Verteilung nanomagnetischer Partikel.
- Bietet einen neuen Ansatz zur Analyse von Gewebeschnitten.
- Potentielle Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Biochemie und Diagnostik.
Schlussfolgerungen
- Die planare Frequenzmisch-Magnetdetektionstechnik ist wirksam für die Bildgebung.
- Diese Methode verbessert das Verständnis des Verhaltens von nanomagnetischen Partikeln.
- Sie erschließt neue Forschungsansätze in der medizinischen Diagnostik.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Dieser planare Frequenzmischungs-Magnetdetektions-Scanner (p-FMMD) ermöglicht die nichtinvasive 2D-Bildgebung der Verteilung nanomagnetischer Partikel in dünnen biologischen Proben und unterstützt die Zielvalidierung sowie die Assay-Entwicklung in der frühen Entdeckungsphase. Indem er Intermodulationssignale von superparamagnetischen Partikeln erfasst, ohne eine Gesamtproben-Magnetisierung zu erfordern, liefert er quantitative räumliche Daten, die das Vorhersagevertrauen in mechanistischen Studien erhöhen und die Zeitspannen für die biologische Risikominimierung verkürzen. Die Methode ist besonders relevant für die Analyse von Gewebeschnitten und diagnostischen Proben, bei denen die präzise Lokalisierung magnetischer Markierungen Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch in Leitstruktursuch-Pipelines unterstützt.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen, indem die Verteilung nanomagnetischer Partikel als Surrogat für die Zielinteraktion oder das Vorhandensein von Biomarkern in Gewebeschnitten abgebildet wird.
- Operativer Wert: Liefert ortsbezogene, markierungsbasierte Aussagen, die Aktivierungsmuster von Signalwegen verdeutlichen und die funktionelle Validierung von Zielstrukturen in krankheitsrelevanten Systemen unterstützen.
- Prädiktiver Wert: Erzeugt quantitative bildgebende Ergebnisse, die das Vertrauen in Zielmodulations-Assays erhöhen und die Priorisierung von Wirkstoffkandidaten anhand von Zielvertrauens-Metriken unterstützen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitschaft des Assays: Erzeugt standardisierte, reproduzierbare 2D-Signalbilder aus partikelbeladenen Proben und ermöglicht dadurch zuverlässige Wirkstoff-Screenings an nanomagnetischen Reportersystemen.
- Quantitative Ausgabe: Misst Amplituden von Intermodulationsprodukten, die mit der Partikelkonzentration korrelieren, und unterstützt so Dosis-Wirkungs-Analysen sowie die Bestätigung von Hits in Screening-Kampagnen.
- Skalierbarkeit der Plattform: Ermöglicht Probengrößen, die lediglich durch den Scannbereich und die Geometrie der Probenträger begrenzt sind, und erlaubt die Wiederverwendung in mehreren Assayformaten und Modellsystemen.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Verbindet Entdeckungs- und präklinische Arbeitsabläufe, indem konsistente Partikelverteilungsdaten von Gewebeschnitten bis hin zu ganzen Organexplantaten bereitgestellt werden.
- Biomarker-Abstimmung: Unterstützt die translationale Validierung von Biomarkern, wenn nanomagnetische Partikel mit zielgerichteten Liganden konjugiert sind, wodurch eine Korrelation zwischen dem Bildgebungssignal und der Zielexpression ermöglicht wird.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Verringert mechanistische Unschärfen bei der Leitverbindungsoptimierung, indem eine räumliche Validierung des Target-Engagements in ex vivo Krankheitsmodellen bereitgestellt wird.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die p-FMMD-Methode fügt sich in die Entdeckungskette von der frühen Target-Validierung über die Lead-Identifizierung bis zur präklinischen Bewertung ein und bietet eine wiederverwendbare Bildgebungsfähigkeit zur Verfolgung der Verteilung nanomagnetischer Partikel über die einzelnen Arbeitsschritte hinweg.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung und die Aufklärung von Wegen, indem visualisiert wird, wo sich magnetische Markierungen in biologischen Proben ansammeln, wodurch die Unsicherheit bei der Untersuchung von Zielmechanismen verringert wird.
- Screening: Ermöglicht die Standardisierung von Assays durch quantifizierbare Signalausgaben, die den Vergleich der Wirkung von Verbindungen auf die Partikelverteilung oder Zielbindung erlauben.
- Analytik: Liefert räumliche Intensitätsmessungen und konzentrationsabhängige Messwerte, die Teams dabei helfen, Bedingungen zu vergleichen und die Wirksamkeit der Zielmodulation zu bewerten.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Validierung, indem sie Bildgebungskontinuität bietet, wenn nanopartikelbasierte Sonden in entnommenen Geweben oder Organschnitten untersucht werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als Plattformtechnologie, die in mehreren Projekten eingesetzt werden kann, und verringert so den Bedarf an Neubewertung, wenn sie auf neue Zielstrukturen oder Krankheitsmodelle angewendet wird.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Target-Validierung, indem mechanistische Unschärfen durch direkte räumliche Visualisierung der Nanopartikelverteilung verringert werden.
- Operationaler Wert: Stellt Reproduzierbarkeit und Standardisierung sicher durch feste Anregungsfrequenzen und Demodulationsprotokolle, die konsistente Intermodulationssignale über verschiedene Durchläufe hinweg liefern.
- Strategischer Wert: Verbessert die Kapitalnutzungseffizienz, indem frühzeitige Go/No-Go-Entscheidungen auf Grundlage der Target-Bindungs-Bildgebung ermöglicht werden und somit Investitionen in falsch-positive Kandidaten vermieden werden.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung, indem räumliche Daten bereitgestellt werden, die Entscheidungen über die Weiterentwicklung in Leitstruktursuch-Pipelines informieren.
Durchführungsaspekte
- Setzt Expertise im Umgang mit magnetischen Partikeln, der Signaldemodulation sowie der Einrichtung von 2D-Scannern gemäß den genauen Vorgaben zu Verkabelung und Spulenaufbau voraus.
- Hängt von der Verfügbarkeit frequenzspezifischer Anregungsquellen (77 kHz und 61 Hz) und empfindlicher Detektielektronik ab, die in der Lage ist, Summenfrequenz-Intermodulationsprodukte zu isolieren.
- Erfordert die Standardisierung von Probenvorbereitungsprotokollen, einschließlich der Partikeldilution, Immobilisierung auf Trägermaterialien (z. B. Nitrocellulose, Filterpapier) und Trocknungsverfahren, um eine konsistente Signalstärke zu gewährleisten.
- Beinhaltet Anpassungen bei unterschiedlichen Probendicken, da die räumliche Auflösung durch die Probenhöhe begrenzt ist (im derzeitigen Aufbau auf 2 mm beschränkt).
- Umfasst praktische Einschränkungen wie den Kompromiss zwischen Scangeschwindigkeit und Signalintensität sowie den Einfluss des Empfindlichkeitsprofils des Messkopfs auf die Bildunschärfe.
