הדמיה עצמים ללא עדשה על שבב של תאים מספק כלי חדש לביולוגיה-Cell תפוקה גבוהה ואבחון רפואי

בסרטון זה, מוצגת הוכחת היתכנות להדמיה על שבב רשימת עדשות הנקראת לוקאס. לוקאס מייצג רשימת עדשות פלטפורמת מערך ניטור תאים בשדה ראייה רחב במיוחד המבוססת על הדמיית צללים. בניגוד למערכי הדמיה קונבנציונליים, פלטפורמת לוקאס אינה דורשת מטרות מיקרוסקופ או רכיבים אופטיים מגושמים אחרים.

עבור לוקאס, הדגימה המעניינת ממוקמת על שקופית מיקרוסקופ ומכוסה בעדינות בזכוכית כיסוי זהה. בעזרת עט ואקום, הדגימה נטענת על האזור הפעיל של מערך החיישנים האופטו-אלקטרוניים. לאחר מכן, פלטפורמת ההדמיה מתעדת את הצללים או רשימת ההולוגרמות הדיגיטליות של כל תא מעניין בשדה הראייה שלה.

עיבוד דיגיטלי אוטומטי של צללי תאים אלה יכול לקבוע את הסוג, הספירה והמיקומים היחסיים של תאים בתוך התמיסה. שדה הראייה יכול להשתרע על פני 18 סנטימטרים רבועים עם עומק שדה של כחמישה מילימטרים. תמונות העקיפה הנרכשות מעובדות לאחר מכן באופן דיגיטלי על ידי אלגוריתם החלטות שפותח בהתאמה אישית כדי לאפשר אפיון וזיהוי של תאי מטרה או חלקיקים.

לוקאס מציעה פלטפורמה ממוזערת שמפחיתה את העלות ומגדילה משמעותית את התפוקה לניסויים מבוססי הדמיה, מה שהופך אותה לתואמת לטכנולוגיות מתקדמות ומתקדמות במיקרופלואידיקה ומחקר ביולוגי. היי, אני מעבדת ROM Bio ו-Nano במחלקה למנועים חשמליים באוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס, ואני Anthony Erlinger, גם הוא ממעבדת הננו והביופוטוניקה. היום נראה לך הליך לתפוקה גבוהה ועדשה להדמיה של תמיסת SA הטרוגנית כגון דגימת דם מלא.

הליך זה במעבדה שלנו משתמש בטכניקת הדמיה חדשנית, שאנו מכנים רשימת עדשות פלטפורמת ניטור מערך תאים בשדה רחב במיוחד המבוססת על הדמיית צל, שאנו מכנים בקיצור לוקאס. אז בואו נתחיל. כדי להתחיל בתהליך, השיגו שלושה מיליליטר של מיקרו-חרוזי דם מלא ופוליסטירן בקטרים שונים כמו חמישה, 10 ו-20 מיקרומטר, והביאו אותם לטמפרטורת החדר למשך 30 דקות.

בעזרת פיפטה סרולוגית, הוסף שני מיליליטר של מדיה נוזלית קלאסית RPMI 1640 כמדלל לתוך צינור פוליפרופילן סטרילי של חמישה מיליליטר. לאחר תקופת שקיעה של 30 דקות, משוך 10 מיקרוליטר של דגימת אריתרוציטים מתחתית צינור איסוף הדם כולו והעביר אותו לתמיסת RPMI. הוסף נפח כולל של 20 מיקרוליטר של מיקרו-חרוזי פוליסטירן לדילול RPMI של אריתרוציטים וערבב את תמיסת התא על ידי פיפטינג עדין העבר חמישה עד 15 מיקרוליטר מהתמיסה ההטרוגנית על החלקת כיסוי באמצעות מלקחיים.

הניחו החלקת כיסוי זהה שנייה מעל התמיסה. יש לדחוס את הדגימה באופן שווה בין שתי החלקות הכיסוי. לאחר מכן בעזרת עט ואקום, טען את הדגימה על האזור הפעיל של מערך החיישנים לצורך הדמיה.

לאחר מכן הכן מגיב צביעה מימי על ידי שילוב של 0.1% חוצץ כ-SNY ותמיסת מתילן כחול או NMB חדשה מדוללת ביחס נפח של שניים לאחד, עיין בפרוטוקול הכתוב הנלווה לפרטים על הכנה כתמיסות SNY ו-pum methylene blue. לאחר מכן, בכוס פוליפרופילן, שלב מגיב צביעה ACOA עם דגימת הדם השלמה ביחס נפח של אחד לאחד, באמצעות תערובת ערבוב מגנטית למשך שתי דקות. לאחר מכן דגרו 10 דקות נוספות בטמפרטורת החדר לאחר הדגירה של התמיסה ב -1.99 מיליליטר של תמיסה נוזלית קלאסית RPMI 1640 לתוך צינור פוליפרופילן של חמישה מיליליטר.

לאחר מכן, העבירו 10 מיקרוליטר של תמיסת דם מוכתמת לתוך ה- RPMI כדי לרכוש יחס נפח של אחד ל -200. לאחר מכן מערבל את התמיסה למשך 30 שניות, פיפטה 10 עד 100 מיקרוליטר מתמיסת התא המוכתמת בין החלקות הכיסוי או בתוך מאגר מיקרופלואידי. לאחר מכן בעזרת עט ואקום, הנח את הדגימה על האזור הפעיל של מערך החיישנים.

פלטפורמת לוקאס משתמשת במערך חיישנים אופטו-אלקטרוני כדי להקליט דיגיטלית הולוגרמות של תאים חסרי קרקע. למטרה זו משתמשים בהתקני זוג או CCD טעונים על מנת לאפשר תאורה באורך גל מתכוונן, ניתן להשתמש במונוכרומטור עם מנורת קסנון יחד עם סיבי סיליקה מותכים בדרגה סטנדרטית, המורכבים מצרור סיבים וחור בקוטר של כ-100 מיקרומטר הממוקם בכחמישה עד 10 סנטימטרים מעל פני החיישן ניתן להשתמש באורך גל מתכוונן. תאורה מספקת פלטפורמה גמישה שבה ניתן לכוונן את החתימות ההולוגרפיות של התאים ולסנתז חתימות דיגיטליות היברידיות על ידי מיזוג של יותר מאורך גל אחד כדי לשפר את יחס האות לרעש ואת הניגודיות של תמונת לוקאס.

לאפיון טוב יותר, דגימות דיוק הדחוסות בין שתי החלקות כיסוי נטענות על האזור הפעיל של מערך החיישנים, מואר באופן אחיד על ידי מקור האור. הולוגרמות העקיפה של כל תא או מיקרו אובייקט בתוך תמיסה הטרוגנית נופלות על מערך החיישנים ויוצרות תמונת לוקאס. תמונות העקיפה הנרכשות של לוקאס מעובדות על ידי אלגוריתם החלטות שפותח בהתאמה אישית, המשתמש בספריית תמונות עקיפה סטטיסטית לאפיון וזיהוי אוטומטי של תאי מטרה או מיקרו אובייקטים.

איור זה מציג תמונה אובייקטיבית קונבנציונלית של פי 40 של תמיסה הטרוגנית של חמישה, 10 ו-20 מיקרומטר, פוליסטירן, מיקרו-חרוזים ומורפולוגיה cells. 3D דם אדום, מקדם שבירה ואינטרקומבין. המורכבות של חלקיקים אלה שונה זה מזה.

ניתן להבחין בחלק מהתכונות הללו במיקרוסקופ קונבנציונלי, אך על פני שדה ראייה מוגבל מאוד של פחות מ-0.5 מילימטרים רבועים בפלטפורמת לוקאס. כל המיקרו-חלקיקים הללו מציגים דפוסים הולוגרפיים שונים באופן ייחודי כמו טביעת אצבע. לכן, ניתן לאפיין אותם ללא כל עמימות על סמך המרקמים הדו-ממדיים שלהם.

לוקאס יכול לפקח על שדה ראייה רחב במיוחד שיכול להיות גדול עד 10 עד 20 סנטימטרים מרובעים. סדרי גודל גדולים יותר ממיקרוסקופים מבוססי עדשות סטנדרטיים. זוהי תמונה אובייקטיבית פי 40 של דגימת דם מלא מוכתמת באמצעות פלטפורמת לוקאס.

המאפיינים הפנימיים של תאי דם לבנים מוכתמים משתנים ביעילות על ידי שינוי מקדם השבירה ותכונות הפיזור של גרעיני התאים. דפוסי עקיפה ייחודיים של כל תא בודד נרשמים על ידי מערך החיישנים. זה מציג יתרון נוסף של פלטפורמת לוקאס ככלי רב עוצמה למטרות ציטומטריה ואבחון בנקודת הטיפול.

כפלטפורמה אוטומטית לחלוטין לאפיון מהיר של תאים מעניינים, תמונות עקיפה של לוקאס מעובדות דיגיטלית באמצעות תוכנת החלטות שפותחה בהתאמה אישית. באיור זה, תערובת הטרוגנית של כדוריות דם אדומות ומיקרו-חרוזים מעובדת על ידי הממשק. האלגוריתם חזק בזיהוי אזורים בצפיפות גבוהה כמו גם חלקיקים עם יחס אות לרעש נמוך, כגון שלושת חרוזי המיקרומטר.

תמונה מעובדת בממשק המותאם אישית של לוקאס מוצגת כאן. התוכנה מאפשרת קלט עבור מפרטים שונים כגון גודל פיקסל החיישן או אורך הגל של התאורה. בנוסף, ניתן לבצע בחירות של התמונה ולהגדיר דפוסי תאים.

המדגם נספר על סמך נתונים אלה והתמונה המסומנת מוצגת למשתמש. זה עתה הראינו לך כיצד לדמיין ולאפיין תאים באמצעות פלטפורמת תפוקה גבוהה של לוקאס. בביצוע הליך זה, חשוב לזכור שניתן ליישם את הניסויים המודגמים על מגוון רחב של תאים ומיקרו-חלקיקים.

זה גם מאפשר אפיון תאים בשדה רחב במיוחד ותפוקה גבוהה של פתרון הטרוגני. אז זהו. תודה על הצפייה ובהצלחה בניסויים שלך.