Frecuencia de mezcla escáner de detección magnética para obtener imágenes de partículas magnéticas en muestras planas
9 de junio de 2016
Un escáner para obtener imágenes de partículas magnéticas en muestras planas se ha desarrollado utilizando la técnica de mezcla de detección magnética de frecuencia plana. La respuesta producto de intermodulación magnético de la magnetización nonhysteretic no lineal de las partículas se registra a una excitación de dos frecuencias. Se puede utilizar para tomar imágenes en 2D de muestras biológicas delgadas.
El objetivo general de este procedimiento es utilizar escaneos bidimensionales mixtos de detección magnética para analizar muestras biológicas delgadas que contienen partículas nanomagnéticas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la bioquímica y el diagnóstico médico, como el análisis de secciones de tejido empleando partículas nanomagnéticas como un compuesto nivelador. La principal ventaja de esta técnica es que permite obtener la distribución de las partículas nanomagnéticas.
La demostración del procedimiento estará a cargo de Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong y Jiho Chang, tres investigadores de mi laboratorio. La cabeza de medición de p-FMMD debe diseñarse de acuerdo con los protocolos descritos en el texto. Se proporcionan detalles sobre todas las especificaciones de cableado y bobinado.
El montaje y la configuración se describen detalladamente en el protocolo escrito. Esto incluye el ajuste del equilibrio de alta frecuencia y del voltaje inducido. A continuación, se configuran la electrónica de medición, que comprende la sección de excitación, las secciones de control de baja y alta frecuencia y la sección de detección del FMMD.
A continuación, se configuran el preamplificador, el primer demodulador, el amplificador intermedio con filtrado, el segundo demodulador y el amplificador final con filtrado. Por último, se monta el escáner 2D y se conecta a un control por computadora. Para este procedimiento, disponga de partículas de magnetita con diámetros de 50 nanómetros y 100 nanómetros y partículas de maghemita de 1 micrómetro de diámetro.
Lave las soluciones stock de partículas con agua y recolecte las partículas utilizando un imán. Deseche el agua y lávelas dos veces más. A continuación, diluya las partículas en soluciones de 25 miligramos por mililitro utilizando agua destilada.
A partir de la solución de partículas de 100 nanómetros, prepare una serie de diluciones de cinco veces para obtener concentraciones de cinco, uno, 0,2 y 0,04 miligramos por mililitro. A continuación, corte trozos de papel absorbente con un punzón de biopsia. Luego, sumerja los trozos de papel en las diferentes soluciones de partículas de 100 nanómetros durante 30 segundos.
Después de la inmersión, deje que los discos de papel sequen al aire. A continuación, prepare trozos recortados de nitrocelulosa de dos por 18 milímetros. Sumerja un trozo de nitrocelulosa en solución de partículas de un micrómetro de diámetro sin diluir durante 10 a 15 segundos, y séquelo soplando aire frío.
Sumerja la otra pieza de nitrocelulosa en dos soluciones de diferentes concentraciones para crear un gradiente de concentración, y séquela como la otra. Por último, utilizando la acción capilar, cargue un tubo capilar con 30 microlitros de una solución de partículas no diluida con un diámetro de 50 nanómetros. Luego, cargue un segundo capilar con 10 microlitros de una dilución 20 veces de las mismas partículas.
La dirección de escaneo debe ser la más corta de las dos dimensiones planares. Establezca el punto inicial y la longitud de escaneo utilizando las marcas de la regla en la paleta. Introduzca estos valores en el software de escaneo y luego configure el desplazamiento de escaneo para que sea un poco menor que la resolución espacial alcanzable.
A continuación, ajuste la velocidad de escaneo considerando la reducción de la señal que ocurre debido al filtrado de baja frecuencia. Utilice un valor entre uno y siete milímetros por segundo. Ahora, establezca la distancia de avance.
El tiempo total de escaneo se calcula utilizando una fórmula que se proporciona en el protocolo del texto. Antes de escanear, asegure la muestra con cinta adhesiva. Para el escaneo, genere un archivo NVD para el programa de control de movimiento.
Abra el programa de control de movimiento PMC y cargue el archivo NVD. Presione el botón Home para establecer los puntos de origen mecánico. Cierre el programa de control de movimiento y regrese al programa del escáner.
A continuación, realice los escaneos. Para estos escaneos, la intensidad de la señal se analizó en función de la concentración de perlas magnéticas y la velocidad de escaneo fue de 10 milímetros por minuto. Se encontró una fuerte correlación entre la concentración de perlas y la señal.
Se verificó la relación entre la velocidad del escáner y la intensidad de la señal utilizando gránulos de papel impregnados con microesferas magnéticas. Se obtuvieron señales más altas a velocidades de escaneo más bajas. La comparación del escaneo p-FMMD con una imagen óptica de una muestra de membrana de nitrocelulosa mostró claramente la utilidad del p-FMMD como escáner de MPI.
La amplitud del escaneo se debe principalmente al perfil de sensibilidad de la cabeza de medición. De manera similar, se fotografiaron dos capilares llenos con diferentes concentraciones de partículas magnéticas y se escanearon mediante p-FMMD. Es evidente que concentraciones que difieren en un factor de 20 se distinguen fácilmente.
Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo analizar 10 muestras que contienen partículas nanomagnéticas mediante la técnica FMMD. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en aproximadamente una hora si se lleva a cabo correctamente. Tras su desarrollo, esta técnica abrió camino para que los investigadores en el campo de la bioquímica y el diagnóstico médico exploraran la distribución de las partículas nanomagnéticas que, en cambio, citan anticuerpos específicos en el sistema orgánico.
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Descripción general
Este artículo presenta un método para obtener imágenes de muestras biológicas delgadas mediante un escáner novedoso que utiliza detección magnética por mezcla de frecuencias planares. La técnica captura la respuesta magnética de intermodulación de partículas nanomagnéticas, permitiendo la creación de imágenes 2D.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- bioquímica
- diagnóstico médico
- técnicas de imagen magnética
Antecedentes
- Las partículas nanomagnéticas pueden utilizarse como compuestos niveladores en el análisis de tejidos.
- Comprender la distribución de las partículas es fundamental para diversas aplicaciones.
- Este método proporciona una técnica de imagen no invasiva.
- Los métodos anteriores pueden no capturar eficazmente la distribución de estas partículas.
Objetivo del estudio
- Analizar muestras biológicas delgadas que contienen partículas nanomagnéticas.
- Mejorar las técnicas de imagen en bioquímica y diagnóstico médico.
- Demostrar la eficacia del método de detección magnética por mezcla de frecuencias en configuración planar.
Métodos Utilizados
- Escaneos bidimensionales mixtos de detección magnética.
- Uso de una cabeza de medición p-FMMD diseñada según protocolos especificados.
- Especificaciones detalladas de cableado y bobinado para mediciones precisas.
- Presentación por parte de los investigadores Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong y Jiho Chang.
Resultados principales
- El método captura con éxito imágenes 2D de muestras biológicas delgadas.
- Eficiencia demostrada en el análisis de la distribución de partículas nanomagnéticas.
- Proporciona un nuevo enfoque para el análisis de secciones de tejido.
- Aplicaciones potenciales en diversos campos de la bioquímica y la diagnóstica.
Conclusiones
- La técnica de detección magnética por mezcla de frecuencias planares es efectiva para la obtención de imágenes.
- Este método mejora la comprensión del comportamiento de las partículas nanomagnéticas.
- Abre nuevas vías de investigación en diagnóstico médico.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este escáner de detección magnética por mezcla de frecuencias planar (p-FMMD) permite la obtención no invasiva de imágenes 2D de la distribución de partículas nanomagnéticas en muestras biológicas delgadas, apoyando la validación de objetivos y el desarrollo de ensayos en las primeras etapas del descubrimiento. Al capturar señales de intermodulación procedentes de partículas superparamagnéticas sin necesidad de magnetizar toda la muestra, proporciona datos espaciales cuantitativos que aumentan la confianza predictiva en estudios mecanicistas y reducen los plazos de desacople biológico. El método es especialmente relevante para analizar secciones de tejido y muestras diagnósticas en las que la localización precisa de marcadores magnéticos orienta las decisiones de avance o interrupción en los procesos de identificación de candidatos prometedores.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de hipótesis terapéuticas mediante la cartografía de la distribución de partículas nanomagnéticas como indicador indirecto de la interacción con el blanco o la presencia de biomarcadores en secciones de tejido.
- Valor operativo: Proporciona lecturas espaciales basadas en etiquetas que aclaran los patrones de activación de vías y apoyan la validación funcional de blancos en sistemas relevantes para la enfermedad.
- Valor predictivo: Genera resultados cuantitativos de imágenes que aumentan la confianza en los ensayos de modulación de blancos y ayudan en la selección de carteras basada en métricas de confianza del blanco.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Listo para ensayo: Produce mapas de señal 2D estandarizados y reproducibles a partir de muestras cargadas con partículas, lo que permite cribados confiables de compuestos frente a sistemas de marcadores nanomagnéticos.
- Salida cuantitativa: Mide amplitudes de productos de intermodulación que se correlacionan con la concentración de partículas, apoyando el análisis de respuesta-dosis y la confirmación de resultados positivos en campañas de cribado.
- Escalabilidad de la plataforma: Acepta tamaños de muestra limitados únicamente por el rango de escaneo y la geometría del soporte, lo que permite su reutilización en múltiples formatos de ensayo y sistemas modelo.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Continuidad Translacional: Conecta los flujos de trabajo de descubrimiento y preclínicos al proporcionar datos consistentes sobre la distribución de partículas desde secciones de tejido hasta explantes de órganos completos.
- Alineación de Biomarcadores: Facilita la validación translacional de biomarcadores cuando las partículas nanomagnéticas se conjugan con ligandos específicos para el blanco, permitiendo la correlación entre la señal de imagen y la expresión del blanco.
- Avance Ajustado al Riesgo: Reduce la ambigüedad mecanicista en la optimización de fármacos al ofrecer validación espacial del acoplamiento al blanco en modelos de enfermedad ex vivo.
Integración de la Línea de Procesamiento y del Flujo de Trabajo
El método p-FMMD se integra en el continuo de descubrimiento desde la validación temprana de objetivos hasta la identificación de compuestos prometedores y la evaluación preclínica, ofreciendo una capacidad de imagen reutilizable para rastrear la distribución de partículas nanomagnéticas a lo largo de las etapas del flujo de trabajo.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al visualizar dónde se acumulan las etiquetas magnéticas en muestras biológicas, reduciendo la incertidumbre en los estudios de mecanismos diana.
- Selección: Permite la estandarización de ensayos mediante señales cuantificables que facilitan la comparación de los efectos de compuestos sobre la distribución de partículas o la unión a objetivos.
- Análisis: Proporciona mediciones de intensidad espacial y lecturas dependientes de la concentración que ayudan a los equipos a comparar condiciones y evaluar la eficacia de la modulación del objetivo.
- Investigación Traductiva: Se conecta con la validación preclínica al ofrecer continuidad de imagen al evaluar sondas basadas en nanopartículas en tejidos extraídos o secciones de órganos.
- Reutilización Empresarial: Funciona como una tecnología de plataforma aplicable en múltiples proyectos, reduciendo la necesidad de revalidación cuando se aplica a nuevos objetivos o modelos de enfermedad.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la validación de dianas al reducir la ambigüedad mecanicista mediante la visualización espacial directa de la distribución de nanopartículas.
- Valor operativo: Garantiza la reproducibilidad y la estandarización mediante frecuencias de excitación fijas y protocolos de demodulación que producen señales de intermodulación consistentes entre corridas.
- Valor estratégico: Mejora la eficiencia del capital al permitir decisiones tempranas de avance o descarte basadas en imágenes de interacción con la diana, reduciendo la inversión en falsos positivos.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo al proporcionar datos espaciales que orientan las decisiones de avance en los procesos de identificación de candidatos.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el manejo de partículas magnéticas, demodulación de señales y configuración de instrumentación de escaneo 2D, tal como se detalla en las especificaciones de cableado y bobinado.
- Depende del acceso a fuentes de excitación específicas por frecuencia (77 kHz y 61 Hz) y electrónica de detección sensible capaz de aislar los productos de intermodulación de frecuencia suma.
- Necesita la estandarización de protocolos de preparación de muestras, incluyendo la dilución de partículas, inmovilización sobre sustratos (por ejemplo, nitrocelulosa, papel para blotting) y procedimientos de secado para garantizar la consistencia de la señal.
- Implica consideraciones de adaptación para diferentes espesores de muestra, ya que la resolución espacial está limitada por la altura de la muestra (limitada a 2 mm en la configuración actual).
- Incluye limitaciones prácticas, como el equilibrio entre la velocidad de escaneo y la intensidad de la señal, así como la influencia del perfil de sensibilidad del cabezal de medición en la amplitud de la imagen.
