Frequenza di miscelazione Scanner rilevamento magnetico per l'imaging particelle magnetiche in Planar Campioni
9 giugno 2016
Uno scanner per l'imaging particelle magnetiche nei campioni planari è stato sviluppato utilizzando la frequenza planare miscelazione tecnica di rilevamento magnetico. La risposta del prodotto di intermodulazione magnetico dal magnetizzazione nonhysteretic non lineare delle particelle viene registrato su una eccitazione a due frequenze. Può essere usato per prendere immagini 2D di campioni biologici sottili.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di utilizzare scansioni di rilevamento magnetico misto bidimensionali per analizzare campioni biologici sottili contenenti particelle nanomagnetiche. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della biochimica e della diagnosi medica, come l'analisi di sezioni di tessuto che impiegano particelle nanomagnetiche come composto livellante. Il vantaggio principale di questa tecnica è che permette un incontro della distribuzione delle particelle nanomagnetiche.
A dimostrare la procedura saranno Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong e Jiho Chang, tre ricercatori del mio laboratorio. La testa di misura p-FMMD deve essere progettata in conformità con i protocolli di testo. I dettagli sono forniti su tutte le specifiche di cablaggio e avvolgimento.
Il montaggio e la configurazione sono descritti in dettaglio nel protocollo di testo. Ciò include la regolazione del bilanciamento delle alte frequenze e della tensione indotta. Successivamente, viene impostata l'elettronica di misura, che include la sezione di eccitazione, le sezioni del driver a bassa e alta frequenza e la sezione di rilevamento dell'FMMD.
Successivamente, vengono configurati il preamplificatore, il primo demodulatore, l'amplificatore intermedio con filtraggio, il secondo demodulatore e l'amplificatore finale con filtraggio. Infine, lo scanner 2D viene montato e interfacciato con un computer di controllo. Per questa procedura, avere particelle di magnetite con diametri di 50 nanometri e 100 nanometri e particelle di maghemite di 1 micron di diametro.
Lavare le soluzioni madre di particelle in acqua e raccogliere le particelle utilizzando un magnete. Scartare l'acqua e lavarli ciascuno altre due volte. Quindi, diluire le particelle in soluzioni di 25 milligrammi per millilitro utilizzando acqua distillata.
Dalla soluzione di particelle a 100 nanometri, fare una serie di diluizioni di cinque volte per concentrazioni di cinque, uno, 0,2 e 0,04 milligrammi per millilitro. Quindi, perforare pezzi di carta assorbente usando un punzone per biopsia. Quindi, immergere i punzoni di carta nelle diverse soluzioni di particelle a 100 nanometri per 30 secondi.
Dopo l'ammollo, lasciare asciugare i fustellatori di carta all'aria. Quindi, prepara pezzi ritagliati di nitrocellulosa di due per 18 millimetri. Immergere un pezzo di nitrocellulosa in una soluzione di particelle non diluita di un micron di diametro per 10-15 secondi e asciugare con aria non riscaldata.
Immergere l'altro pezzo di nitrocellulosa in due soluzioni di diverse concentrazioni per creare un gradiente di concentrazione e asciugarlo come l'altro. Infine, utilizzando l'azione capillare, caricare un tubo capillare con 30 microlitri di soluzione di particelle non diluita di 50 nanometri di diametro. Quindi, caricare un secondo capillare con 10 microlitri di una diluizione 20 volte delle stesse particelle.
La direzione di scansione deve essere la più corta delle due dimensioni planari. Impostare il punto iniziale e la lunghezza di scansione utilizzando i segni del righello sulla tavolozza. Inserire questi valori nel software di scansione, quindi impostare l'offset di scansione in modo che sia leggermente inferiore alla risoluzione spaziale ottenibile.
Quindi, impostare la velocità di scansione tenendo conto della riduzione del segnale che si verifica a causa del filtro passa-basso. Utilizzare un valore compreso tra uno e sette millimetri al secondo. Ora, imposta la distanza di passo.
Il tempo totale di scansione viene calcolato utilizzando una formula fornita nel protocollo di testo. Prima della scansione, fissare il campione con del nastro adesivo. Per la scansione, generare un file NVD per il programma di controllo del movimento.
Aprire il programma di controllo del movimento PMC e caricare il file NVD. Premere il pulsante Home per impostare i punti di origine meccanica. Chiudere il programma di controllo del movimento e tornare al programma dello scanner.
Quindi, esegui le scansioni. Per queste scansioni, l'intensità del segnale è stata analizzata in funzione della concentrazione di perle magnetiche e la velocità di scansione è stata di 10 millimetri al minuto. È stata trovata una forte correlazione tra la concentrazione della perlina e il segnale.
La relazione tra la velocità dello stadio di scansione e l'intensità del segnale è stata verificata utilizzando pallini di carta imbevuti di perline magnetiche. Segnali più alti sono stati ottenuti a velocità di scansione inferiori. Il confronto della scansione p-FMMD con un'immagine ottica di un campione di membrana di nitrocellulosa ha mostrato chiaramente l'utilità di p-FMMD come scanner MPI.
L'ampiezza della scansione è dovuta principalmente al profilo di sensibilità della testina di misura. Allo stesso modo, due capillari riempiti con diverse concentrazioni di particelle magnetiche sono stati fotografati e scansionati mediante p-FMMD. Chiaramente, le concentrazioni che differiscono di un fattore 20 sono facilmente distinguibili.
Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come analizzare 10 campioni contenenti particelle nanomagnetiche con la tecnica FMMD. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa un'ora se eseguita correttamente. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della biochimica e della diagnostica medica per esplorare la distribuzione delle particelle nanomagnetiche che piuttosto citano anticorpi specifici nel sistema degli organi.
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Panoramica
Questo articolo presenta un metodo per l'acquisizione di immagini di campioni biologici sottili mediante un nuovo scanner che utilizza un rilevamento magnetico planare basato sulla miscelazione di frequenze. La tecnica cattura la risposta magnetica di intermodulazione di particelle nanomagnetiche, consentendo la creazione di immagini 2D.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Chimica clinica
- Diagnosi medica
- Tecniche di imaging magnetico
Sfondo
- Le particelle nanomagnetiche possono essere utilizzate come composti livellanti nell'analisi dei tessuti.
- Comprendere la distribuzione delle particelle è fondamentale per varie applicazioni.
- Questo metodo fornisce una tecnica di imaging non invasiva.
- I metodi precedenti potrebbero non catturare efficacemente la distribuzione di queste particelle.
Scopo dello studio
- Analizzare campioni biologici sottili contenenti particelle nanomagnetiche.
- Migliorare le tecniche di imaging in biochimica e diagnostica medica.
- Dimostrare l'efficacia del metodo di rilevamento magnetico planare basato sulla miscelazione di frequenze.
Metodi Utilizzati
- Scansioni bidimensionali miste per il rilevamento magnetico.
- Utilizzo di una testa di misurazione p-FMMD progettata secondo protocolli specificati.
- Specifiche dettagliate di cablaggio e avvolgimento per misurazioni accurate.
- Dimostrazione dei ricercatori Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong e Jiho Chang.
Risultati principali
- Il metodo cattura con successo immagini 2D di campioni biologici sottili.
- Efficacia dimostrata nell'analisi della distribuzione di particelle nanomagnetiche.
- Fornisce un nuovo approccio all'analisi di sezioni di tessuto.
- Applicazioni potenziali in vari campi della biochimica e della diagnostica.
Conclusioni
- La tecnica di rilevamento magnetico a mescolamento di frequenza planare è efficace per l'imaging.
- Questo metodo migliora la comprensione del comportamento delle particelle nanomagnetiche.
- Apre nuove strade alla ricerca in diagnostica medica.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo scanner planare di rilevamento magnetico mediante miscelazione di frequenza (p-FMMD) consente l’imaging non invasivo in 2D della distribuzione di nanoparticelle magnetiche in campioni biologici sottili, supportando la validazione degli bersagli e lo sviluppo di saggi nella fase iniziale della scoperta. Catturando segnali di intermodulazione provenienti da particelle superparamagnetiche senza richiedere la magnetizzazione dell’intero campione, fornisce dati spaziali quantitativi che aumentano l'affidabilità predittiva negli studi meccanicistici e riducono i tempi di riduzione del rischio biologico. Il metodo è particolarmente rilevante per l’analisi di sezioni di tessuto e campioni diagnostici in cui la localizzazione precisa di marcatori magnetici orienta le decisioni di avanzamento o interruzione nei processi di identificazione dei composti promettenti.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche mappando la distribuzione di particelle nanomagnetiche come indicatore dell'interazione con il bersaglio o della presenza di biomarcatori in sezioni di tessuto.
- Valore operativo: Fornisce letture spaziali basate su marcatori che chiariscono i modelli di attivazione delle vie metaboliche e supportano la validazione funzionale dei bersagli in sistemi rilevanti per la malattia.
- Valore predittivo: Genera output quantitativi di imaging che aumentano la fiducia nei saggi di modulazione del bersaglio e agevolano la selezione del portafoglio sulla base di metriche di affidabilità del bersaglio.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Prontezza del saggio: Produce mappe di segnale standardizzate e riproducibili in 2D da campioni caricati con particelle, consentendo uno screening affidabile di composti contro sistemi di reporter nanomagnetici.
- Output quantitativo: Misura l'ampiezza dei prodotti di intermodulazione che si correlano con la concentrazione delle particelle, supportando l'analisi dose-risposta e la conferma dei risultati positivi nelle campagne di screening.
- Scalabilità della piattaforma: Accoglie dimensioni del campione limitate soltanto dall'intervallo di scansione e dalla geometria del supporto, permettendo il riutilizzo in diversi formati di saggio e sistemi modello.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità Translazionale: Collega le fasi di scoperta e preclinica fornendo dati coerenti sulla distribuzione delle particelle, da sezioni di tessuto fino a espianti di organi interi.
- Allineamento dei Biomarcatori: Supporta la validazione traslazionale dei biomarcatori quando le particelle nanomagnetiche sono coniugate a ligandi specifici per il bersaglio, permettendo la correlazione tra il segnale di imaging e l'espressione del bersaglio.
- Avanzamento Basato sul Rischio: Riduce l'ambiguità meccanicistica nell'ottimizzazione dei composti promettenti fornendo una validazione spaziale dell'interazione con il bersaglio in modelli di malattia ex vivo.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo p-FMMD si inserisce nel percorso di scoperta che va dalla validazione iniziale del bersaglio all'identificazione del composto leader fino alla valutazione preclinica, offrendo una capacità di imaging riutilizzabile per il tracciamento della distribuzione delle particelle nanomagnetiche attraverso le diverse fasi del flusso di lavoro.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi visualizzando l'accumulo delle etichette magnetiche nei campioni biologici, riducendo l'incertezza negli studi sui meccanismi d'azione.
- Screening: Permette la standardizzazione dei saggi attraverso segnali quantificabili che consentono il confronto degli effetti dei composti sulla distribuzione delle particelle o sul legame al bersaglio.
- Analisi: Fornisce misurazioni dell'intensità spaziale e letture dipendenti dalla concentrazione che aiutano i gruppi di lavoro a confrontare le condizioni e valutare l'efficacia della modulazione del bersaglio.
- Ricerca traslazionale: Si collega alla validazione preclinica fornendo continuità nell'imaging durante la valutazione di sonde basate su nanoparticelle in tessuti espiantati o sezioni d'organo.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come tecnologia di piattaforma applicabile a più progetti, riducendo la necessità di ri-validazione quando viene utilizzata per nuovi bersagli o modelli di malattia.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi riducendo l'ambiguità meccanicistica attraverso la visualizzazione spaziale diretta della distribuzione delle nanoparticelle.
- Valore operativo: Garantisce riproducibilità e standardizzazione mediante frequenze di eccitazione fisse e protocolli di demodulazione che producono segnali di intermodulazione costanti tra diverse prove.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale consentendo decisioni precoci di prosecuzione o interruzione basate sull'imaging dell'interazione con l'obiettivo, riducendo gli investimenti in falsi positivi.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione corretta rispetto al rischio fornendo dati spaziali che informano le decisioni di avanzamento nei percorsi di identificazione dei composti promettenti.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella manipolazione di particelle magnetiche, nella demodulazione del segnale e nell'allestimento di strumentazione per scansioni 2D, come specificato nelle indicazioni relative ai cablaggi e alle bobine.
- Presuppone l'accesso a sorgenti di eccitazione a frequenze specifiche (77 kHz e 61 Hz) e a un'eletronica di rilevamento sensibile, in grado di isolare i prodotti di intermodulazione a frequenza somma.
- Necessita della standardizzazione delle procedure di preparazione del campione, inclusa la diluizione delle particelle, l'immobilizzazione su substrati (ad esempio, nitrocellulosa, carta da trasferimento) e le procedure di essiccazione, per garantire la coerenza del segnale.
- Comporta considerazioni di adattamento relative a diversi spessori del campione, poiché la risoluzione spaziale è vincolata dall'altezza del campione (limitata a 2 mm nell'attuale configurazione).
- Comprende limitazioni pratiche, come il compromesso tra velocità di scansione e intensità del segnale, e l'influenza del profilo di sensibilità della testa di misura sulla larghezza dell'immagine.
