Fréquence de mélange Scanner de détection magnétique pour l'imagerie de particules magnétiques dans des échantillons planaires
9 juin 2016
Un scanner pour l'imagerie des particules magnétiques dans des échantillons planaires a été développé en utilisant la fréquence plane de mélange technique de détection magnétique. La réponse magnétique du produit d'intermodulation de l'aimantation sans hystérésis non linéaire des particules est enregistrée sur une excitation à deux fréquences. Il peut être utilisé pour prendre des images 2D d'échantillons biologiques minces.
L'objectif général de cette procédure est d'utiliser des balayages de détection magnétique mixte en deux dimensions pour analyser des échantillons biologiques minces contenant des particules nanomagnétiques. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la biochimie et du diagnostic médical, telles que l'analyse de coupes de tissus à l'aide de particules nanomagnétiques comme composé de nivellement. Le principal avantage de cette technique est qu'elle permet d'obtenir une cartographie de la distribution des particules nanomagnétiques.
La démonstration de la procédure sera réalisée par Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong et Jiho Chang, trois chercheurs de mon laboratoire. La sonde de mesure p-FMMD doit être conçue conformément aux protocoles décrits. Tous les détails relatifs aux câblages et aux spécifications des enroulements sont fournis.
Le montage et la configuration sont décrits en détail dans le protocole textuel. Cela inclut le réglage de l'équilibre à haute fréquence et de la tension induite. Ensuite, l'électronique de mesure est configurée, ce qui comprend la section d'excitation, les sections de pilotage à basse et haute fréquence, ainsi que la section de détection du FMMD.
Ensuite, on met en place le préamplificateur, le premier démodulateur, l'amplificateur intermédiaire avec filtration, le second démodulateur et l'amplificateur final avec filtration. Enfin, le scanner 2D est monté et raccordé à un contrôle par ordinateur. Pour cette procédure, préparez des particules de magnétite de diamètres de 50 nanomètres et de 100 nanomètres ainsi que des particules de maghémite de 1 micron de diamètre.
Lavez les solutions stock de particules dans de l’eau et récupérez les particules à l’aide d’un aimant. Jetez l’eau et effectuez deux nouveaux lavages. Ensuite, diluez les particules dans des solutions de 25 milligrammes par millilitre à l’aide d’eau distillée.
À partir de la solution de particules de 100 nanomètres, préparez une série de dilutions au cinquième pour obtenir des concentrations de cinq, un, 0,2 et 0,04 milligrammes par millilitre. Ensuite, découpez des morceaux de papier buvard absorbant à l’aide d’un poinçon biopsique. Puis, imbibez les morceaux de papier dans les différentes solutions de particules de 100 nanomètres pendant 30 secondes.
Après l'imbibition, laissez sécher à l'air les pastilles de papier. Ensuite, préparez des morceaux découpés de nitrocellulose de deux par 18 millimètres. Imbibez une pièce de nitrocellulose dans une solution de particules non diluée de un micron de diamètre pendant 10 à 15 secondes, puis séchez-la en soufflant de l'air non chauffé.
Imprégnez l'autre morceau de nitrocellulose dans deux solutions de concentrations différentes afin de créer un gradient de concentration, puis faites-le sécher comme l'autre. Enfin, à l’aide de l’action capillaire, chargez un tube capillaire avec 30 microlitres de solution de particules non diluée de 50 nanomètres de diamètre. Ensuite, chargez un deuxième capillaire avec 10 microlitres d’une dilution au 1/20 de ces mêmes particules.
La direction de balayage doit être la plus courte des deux dimensions planes. Définissez le point de départ et la longueur de balayage à l’aide des repères gradués sur la palette. Saisissez ces valeurs dans le logiciel de numérisation, puis réglez le décalage de balayage à une valeur légèrement inférieure à la résolution spatiale réalisable.
Ensuite, réglez la vitesse de balayage en tenant compte de la réduction du signal due au filtrage passe-bas. Utilisez une valeur comprise entre un et sept millimètres par seconde. Réglez maintenant la distance de pas.
Le temps total de numérisation est calculé à l’aide d’une formule fournie dans le protocole textuel. Avant la numérisation, fixez l’échantillon avec du ruban adhésif. Pour la numérisation, générez un fichier NVD pour le programme de commande du mouvement.
Ouvrez le programme de commande moteur PMC et chargez le fichier NVD. Appuyez sur le bouton Origine pour définir les points d'origine mécaniques. Fermez le programme de commande moteur et revenez au programme du scanner.
Ensuite, effectuez les analyses. Pour ces analyses, l'intensité du signal a été analysée en fonction de la concentration des billes magnétiques, et la vitesse de balayage était de 10 millimètres par minute. Une forte corrélation a été observée entre la concentration des billes et le signal.
La relation entre la vitesse de la plateforme de balayage et l'intensité du signal a été vérifiée à l'aide de pastilles de papier imprégnées de billes magnétiques. Des signaux plus élevés ont été obtenus à des vitesses de balayage plus faibles. La comparaison du balayage p-FMMD avec une image optique d'un échantillon de membrane en nitrocellulose a clairement mis en évidence l'utilité du p-FMMD en tant que scanner MPI.
L'étendue du balayage est principalement due au profil de sensibilité de la tête de mesure. De même, deux capillaires remplis de concentrations différentes de particules magnétiques ont été photographiés et analysés par p-FMMD. Il est clair que des concentrations différant d'un facteur 20 sont facilement distinguables.
Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'analyser 10 échantillons contenant des particules nanomagnétiques à l'aide de la technique FMMD. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en environ une heure si elle est effectuée correctement. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la biochimie et du diagnostic médical pour explorer la distribution des particules nanomagnétiques qui ciblent plutôt des anticorps spécifiques dans le système organique.
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Aperçu
Cet article présente une méthode d'imagerie d'échantillons biologiques minces à l'aide d'un scanner innovant utilisant une détection magnétique par mélange de fréquences planaire. Cette technique capte la réponse magnétique d'intermodulation de particules nanomagnétiques, permettant la création d'images 2D.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Biochimie
- Diagnostic médical
- Techniques d'imagerie magnétique
Contexte
- Les particules nanomagnétiques peuvent être utilisées comme composés de nivellement dans l'analyse des tissus.
- La compréhension de la distribution des particules est cruciale pour diverses applications.
- Cette méthode fournit une technique d'imagerie non invasive.
- Les méthodes antérieures peuvent ne pas capturer efficacement la distribution de ces particules.
Objectif de l'étude
- Analyser des échantillons biologiques minces contenant des particules nanomagnétiques.
- Améliorer les techniques d'imagerie en biochimie et en diagnostic médical.
- Démontrer l'efficacité de la méthode de détection magnétique par mélange de fréquences planaire.
Méthodes utilisées
- Scans bidimensionnels de détection magnétique mixte.
- Utilisation d'une tête de mesure p-FMMD conçue conformément aux protocoles spécifiés.
- Spécifications détaillées du câblage et des enroulements pour des mesures précises.
- Démonstration par les chercheurs Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong et Jiho Chang.
Résultats principaux
- La méthode permet avec succès la capture d'images 2D d'échantillons biologiques minces.
- Efficacité démontrée dans l'analyse de la distribution des particules nanomagnétiques.
- Offre une nouvelle approche pour l'analyse de sections tissulaires.
- Applications potentielles dans divers domaines de la biochimie et des diagnostics.
Conclusions
- La technique de détection magnétique par mélange de fréquence planaire est efficace pour l'imagerie.
- Cette méthode améliore la compréhension du comportement des particules nanomagnétiques.
- Elle ouvre de nouvelles voies de recherche en diagnostic médical.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les cadres
Ce scanner de détection magnétique par mélange de fréquences planaire (p-FMMD) permet une imagerie 2D non invasive de la distribution des nanoparticules magnétiques dans des échantillons biologiques minces, soutenant la validation des cibles et le développement de tests en phase de découverte précoce. En capturant les signaux d'intermodulation provenant de particules superparamagnétiques sans nécessiter l'aimantation de l'échantillon entier, il fournit des données spatiales quantitatives qui renforcent la fiabilité prédictive des études mécanistiques et réduisent les délais de dérisquage biologique. La méthode est particulièrement pertinente pour l'analyse de coupes tissulaires et d'échantillons diagnostiques, où la localisation précise des marqueurs magnétiques oriente les décisions d'aller/arrêt dans les filières d'identification de candidats médicaments.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet d'interroger des hypothèses thérapeutiques en cartographiant la distribution de particules nanomagnétiques comme indicateur de la liaison au site cible ou de la présence d'un biomarqueur dans des sections tissulaires.
- Valeur opérationnelle : Fournit des lectures spatiales basées sur des marqueurs qui précisent les schémas d'activation des voies biologiques et appuient la validation fonctionnelle des cibles dans des systèmes pertinents pour la maladie.
- Valeur prédictive : Génère des résultats d'imagerie quantitatifs qui renforcent la confiance dans les tests de modulation des cibles et aident au tri des portefeuilles selon des métriques de confiance envers les cibles.
Développement de tests et criblage
- Prêt-à-l'emploi pour les tests : Génère des cartes de signal standardisées et reproductibles en 2D à partir d'échantillons chargés en particules, permettant un criblage fiable de composés contre des systèmes rapporteurs nanomagnétiques.
- Sortie quantitative : Mesure l'amplitude des produits d'intermodulation qui corrèlent avec la concentration en particules, facilitant l'analyse dose-réponse et la confirmation des résultats positifs lors de campagnes de criblage.
- Évolutivité de la plateforme : Accepte des tailles d'échantillons limitées uniquement par la plage de balayage et la géométrie du support, permettant une réutilisation dans plusieurs formats de tests et systèmes modèles.
Recherche translationnelle et préclinique
- Continuité translationnelle : Relie les flux de travail de découverte et précliniques en fournissant des données cohérentes sur la distribution des particules, allant des sections tissulaires aux explants d'organe entier.
- Alignement des biomarqueurs : Facilite la validation translationnelle des biomarqueurs lorsque des particules nanomagnétiques sont conjuguées à des ligands spécifiques de la cible, permettant ainsi de corréler le signal d'imagerie et l'expression de la cible.
- Progression ajustée au risque : Réduit l'ambiguïté mécanistique lors de l'optimisation des candidats thérapeutiques en apportant une validation spatiale de l'engagement de la cible dans des modèles ex vivo de maladies.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La méthode p-FMMD s'inscrit dans le continuum de découverte allant de la validation précoce de cibles jusqu'à l'identification de composés d'intérêt et à l'évaluation préclinique, offrant une capacité d'imagerie réutilisable pour suivre la distribution des particules nanomagnétiques au cours des différentes étapes du flux de travail.
- Biologie de la découverte : Facilite la vérification d'hypothèses et la clarification des voies biologiques en visualisant l'accumulation des marqueurs magnétiques dans les échantillons biologiques, réduisant ainsi l'incertitude dans l'étude des mécanismes ciblés.
- Triage : Permet la standardisation des tests grâce à des signaux quantifiables, offrant la possibilité de comparer les effets de composés sur la distribution des particules ou sur la liaison au site cible.
- Analytique : Fournit des mesures d'intensité spatiale et des réponses dépendantes de la concentration, aidant les équipes à comparer les conditions expérimentales et à évaluer l'efficacité de la modulation du site cible.
- Recherche translationnelle : S'intègre à la validation préclinique en assurant une continuité d'imagerie lors de l'évaluation de sondes à base de nanoparticules dans des tissus excisés ou des sections d'organes.
- Réutilisation en entreprise : Fonctionne comme une technologie de plateforme applicable à plusieurs projets, réduisant le besoin de réétalonnage lorsqu'elle est utilisée sur de nouveaux cibles ou modèles de maladies.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la validation des cibles en réduisant l'ambiguïté mécanistique grâce à la visualisation spatiale directe de la distribution des nanoparticules.
- Valeur opérationnelle : Garantit la reproductibilité et la standardisation par l'utilisation de fréquences d'excitation fixes et de protocoles de démodulation produisant des signaux d'intermodulation cohérents d'un essai à l'autre.
- Valeur stratégique : Améliore l'efficacité du capital en permettant des décisions précoces de poursuite ou d'abandon fondées sur l'imagerie de l'engagement de la cible, réduisant ainsi les investissements dans des faux positifs.
- Impact sur le portefeuille : Favorise une priorisation ajustée au risque en fournissant des données spatiales qui éclairent les décisions d'avancement dans les filières d'identification de candidats.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans la manipulation des particules magnétiques, la démodulation des signaux et la configuration d'instruments de balayage 2D, comme précisé dans les spécifications de câblage et d'enroulement.
- Dépend de l'accès à des sources d'excitation spécifiques aux fréquences (77 kHz et 61 Hz) et à des électroniques de détection sensibles capables d'isoler les produits d'intermodulation en fréquence somme.
- Implique la standardisation des protocoles de préparation des échantillons, incluant la dilution des particules, leur immobilisation sur des substrats (par exemple, nitrocellulose, papier à transfert) et les procédures de séchage afin d'assurer une cohérence du signal.
- Implique des considérations d'adaptation pour des épaisseurs d'échantillon variables, la résolution spatiale étant limitée par la hauteur de l'échantillon (limitée à 2 mm dans la configuration actuelle).
- Comprend des limitations pratiques telles que les compromis entre vitesse de balayage et intensité du signal, ainsi que l'influence du profil de sensibilité de la tête de mesure sur l'élargissement de l'image.
