平面サンプル中の磁性粒子を撮像する磁気検出スキャナ周波数混合
2016年6月9日
平面試料中の磁性粒子を撮像するためのスキャナは、磁気検出技術を混合平坦な周波数を使用して開発されました。粒子の非線形nonhysteretic磁化からの磁気相互変調積応答は、2周波励磁に記録されています。薄い生体サンプルの2次元画像を撮影するために使用することができます。
本手順の全体的な目的は、2次元混合磁気検出スキャンを用いて、ナノ磁性粒子を含む薄い生物学的試料を分析することです。この手法は、レベリング化合物としてナノ磁性粒子を用いた組織切片の分析など、生化学および医療診断の分野における重要な課題の解決に寄与します。本技術の主な利点は、ナノ磁性粒子の分布を把握できることです。
手順のデモンストレーションは、私の研究室の3名の研究者であるEul-Gyoon Lim、Jae-chan Jeong、およびJiho Changが行います。p-FMMD測定ヘッドは、テキストプロトコルに従って設計する必要があります。配線およびコイルの仕様に関する詳細はすべて記載されています。
組み立てとセットアップの詳細については、テキストプロトコルに記載されています。これには、高周波バランスおよび誘導電圧の調整が含まれます。次に、励起セクション、低周波および高周波ドライバーセクション、ならびにFMMDの検出セクションを含む測定電子回路をセットアップします。
続いて、プリアンプ、第1復調器、フィルタリング機能付き中間増幅器、第2復調器、およびフィルタリング機能付き最終増幅器をすべてセットアップします。最後に、2Dスキャナーを装着し、コンピュータ制御に接続します。この手順では、直径50 nanometersおよび100 nanometersのマグネタイト粒子と、直径1 micronのマグヘマイト粒子を用意してください。
粒子ストック溶液を水で洗浄し、磁石を用いて粒子を回収します。水を廃棄し、さらに2回ずつ洗浄します。その後、蒸留水を用いて粒子を25 milligrams per milliliter溶液に希釈します。
100 nanometerの粒子溶液を用いて、5、1、0.2、および0.04 mg/mLの濃度となる5倍希釈系列を作成します。次に、生検パンチを使用して、吸収性ブロッティングペーパーを打ち抜いて切り出します。その後、切り出したペーパーを、異なる濃度の100 nanometer粒子溶液に30秒間浸します。
浸漬後、パンチしたペーパーを自然乾燥させます。次に、2 × 18 mmのニトロセルロース片を用意します。ニトロセルロース片1枚を、希釈していない直径1 µmの粒子溶液に10～15秒間浸し、加熱していない空気でブロー乾燥させます。
もう一方のニトロセルロース片を、濃度の異なる2種類の溶液に浸して濃度勾配を作成し、もう一方と同様に乾燥させます。最後に、毛細管現象を利用して、直径50 nanometerの未希釈粒子溶液30 µLをキャピラリーチューブにロードします。次に、2本目のキャピラリーに、同じ粒子を20倍に希釈した溶液10 µLをロードします。
スキャン方向は、2つの平面寸法のどちらか短い方に設定してください。パレット上の定規目盛りを使用して、開始点とスキャン長を設定します。これらの値をスキャンソフトウェアに入力し、次にスキャンオフセットを達成可能な空間分解能よりもわずかに小さく設定してください。
次に、ローパスフィルタリングによって生じる信号の減衰を考慮して、走査速度を設定します。1から7 mm/sの間の値を使用してください。続いて、ステップ距離を設定します。
総スキャン時間は、テキストプロトコルに記載されている計算式を用いて算出します。スキャンを行う前に、サンプルを粘着テープで固定してください。スキャンには、モーションコントロールプログラム用のNVDファイルを生成します。
PMCモーションコントロールプログラムを開き、NVDファイルをロードします。Homeボタンを押して機械的原点を設定します。モーションコントロールプログラムを閉じ、スキャナープログラムに戻ります。
次に、スキャンを実行します。これらのスキャンでは、磁性ビーズの濃度に対する信号強度の関数として分析を行い、スキャン速度は10 millimeters per minuteとしました。その結果、ビーズ濃度と信号との間に強い相関が認められました。
磁気ビーズを浸したペーパーペレットを用いて、走査ステージの速度と信号強度の関係を確認した。走査速度が遅いほど、より高い信号が得られた。p-FMMDのスキャン結果とニトロセルロース膜サンプルの光学画像を比較したところ、MPIスキャナーとしてのp-FMMDの有用性が明確に示された。
スキャンの幅広さは、主に測定ヘッドの感度プロファイルに起因します。同様に、異なる磁性粒子濃度で満たされた2本のキャピラリーを撮影し、p-FMMDでスキャンしました。その結果、20倍異なる濃度が容易に区別できることが明確に示されました。
このビデオを視聴することで、FMMD法を用いてナノ磁性粒子を含む10個のサンプルを分析する方法について十分に理解できるはずです。この手法を習得し、適切に実施すれば、約1時間で完了させることができます。本手法の開発により、生化学および医療診断分野の研究者は、器官系において特定の抗体に結合したナノ磁性粒子の分布を探索することが可能となりました。
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概要
本記事では、平面周波数混合磁気検出を採用した新型スキャナーを用い、薄い生物学的試料をイメージングする方法を紹介します。この技術は、ナノ磁性粒子の磁気相互変調応答を捉えることで、2D画像の作成を可能にします。
研究の主要構成要素
科学分野
- 生物化学
- 医学的診断
- 磁気イメージング技術
背景
- ナノ磁性粒子は、組織解析におけるレベリング化合物として利用可能です。
- 粒子の分布を理解することは、さまざまなアプリケーションにおいて極めて重要です。
- 本手法は、非侵襲的なイメージング技術を提供します。
- 従来の手法では、これらの粒子の分布を効果的に捉えられない場合があります。
研究目的
- ナノ磁性粒子を含む薄い生物学的試料を分析すること。
- 生化学および医学診断におけるイメージング技術を向上させること。
- 平面周波数混合磁気検出法の有効性を実証すること。
使用方法
- 二次元混合磁気検出スキャン。
- 規定のプロトコルに従って設計されたp-FMMD測定ヘッドの使用。
- 正確な測定のための詳細な配線およびコイル仕様。
- 研究者のEul-Gyoon Lim、Jae-chan Jeong、およびJiho Changによる実演。
主な結果
- 本手法により、薄い生物学的試料の2D画像を正常にキャプチャすることができました。
- ナノ磁性粒子の分布解析における有効性が実証されました。
- 組織切片解析への新しいアプローチを提供します。
- 生化学および診断のさまざまな分野への応用の可能性があります。
結論
- 平面周波数混合磁気検出法は、イメージングに有効です。
- この手法により、ナノ磁性粒子の挙動への理解が深まります。
- これにより、医療診断の研究における新たな道が開かれます。
よくあるご質問
産業における重要性
この平面周波数混合磁気検出（p-FMMD）スキャナーは、薄い生物学的試料におけるナノ磁性粒子の分布の非侵襲的な2Dイメージングを可能にし、初期探索段階におけるターゲットバリデーションやアッセイ開発を支援します。試料全体の磁化を必要とせずに超常磁性粒子からの相互変調信号を捉えることで、メカニズム研究における予測精度を高め、生物学的リスク低減（de-risking）の期間を短縮する定量的な空間データを提供します。この手法は、磁性ラベルの正確な局在化がリード化合物同定パイプラインにおける意思決定（go/no-go判断）の根拠となる組織切片や診断サンプルの解析に特に有用です。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期段階の発見とターゲット検証
- 科学的価値：組織切片における標的への結合またはバイオマーカーの存在の指標としてナノ磁性粒子の分布をマッピングすることにより、治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値：経路の活性化パターンを明確にし、疾患関連システムにおける機能的な標的バリデーションをサポートするラベルベースの空間的リードアウトを提供する。
- 予測的価値：標的変調アッセイの信頼性を高め、標的信頼性指標に基づくポートフォリオの優先順位付けを支援する定量的なイメージング出力を生成する。
スクリーニングおよびアッセイの開発
- アッセイの準備状況：粒子負荷サンプルから標準化され再現性のある2Dシグナルマップを作成し、ナノ磁性レポーターシステムを用いた信頼性の高い化合物スクリーニングを可能にします。
- 定量的な出力：粒子濃度と相関する相互変調歪み生成物の振幅を測定し、スクリーニングキャンペーンにおける用量反応解析およびヒット確認をサポートします。
- プラットフォームの拡張性：サンプルサイズはスキャン範囲と支持体の形状のみに制限されるため、複数のアッセイフォーマットやモデルシステムでの再利用が可能です。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- トランスレーショナルな連続性：組織切片から臓器全体の摘出標本まで、一貫した粒子分布データを提供することで、基礎研究と前臨床ワークフローを橋渡しします。
- バイオマーカーの整合性：ナノ磁性粒子を標的特異的リガンドに結合させることで、トランスレーショナルなバイオマーカーのバリデーションをサポートし、イメージング信号と標的発現との相関を可能にします。
- リスク調整済み進展：ex vivo疾患モデルにおける標的結合の空間的バリデーションを提供することで、リード最適化におけるメカニズムの曖昧さを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
p-FMMD法は、初期のターゲット検証からリード化合物の特定、そして前臨床評価に至る創薬の連続的なプロセスに適合し、ワークフローの各段階においてナノ磁性粒子の分布を追跡できる再利用可能なイメージング機能を提供します。
- 探索生物学：生物学的試料内での磁気ラベルの蓄積部位を可視化することで、仮説検証とパスウェイの解明を支援し、標的メカニズム研究における不確実性を低減します。
- スクリーニング：粒子分布や標的結合に対する化合物の影響を比較可能な、定量化された信号出力により、アッセイの標準化を可能にします。
- 分析：空間的な強度測定と濃度依存的な読み取り値を提供し、チームによる条件比較や標的変調効率の評価を支援します。
- トランスレーショナルリサーチ：摘出組織や臓器切片においてナノ粒子ベースのプローブを評価する際、イメージングの連続性を提供することで、前臨床検証へと繋げます。
- エンタープライズ再利用：複数のプロジェクトに適用可能なプラットフォーム技術として機能し、新しい標的や疾患モデルに適用する際の再バリデーションの必要性を低減します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：ナノ粒子の分布を直接的に空間可視化することで、メカニズム的な曖昧さを排除し、ターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を向上させます。
- 運用上の価値：固定された励起周波数と復調プロトコルを用いることで、実行回数に関わらず一貫した相互変調信号を生成し、再現性と標準化を保証します。
- 戦略的価値：ターゲットエンゲージメントイメージングに基づいた早期のgo/no-go決定を可能にすることで、偽陽性のリードへの投資を削減し、資本効率を向上させます。
- ポートフォリオへの影響：リード同定パイプラインにおける推進決定の根拠となる空間データを提供し、リスク調整後の優先順位付けをサポートします。
実施上の考慮事項
- 配線およびコイル仕様に詳細が記載されている、磁性粒子の取り扱い、信号復調、および2Dスキャン装置のセットアップに関する専門知識が必要です。
- 周波数固有の励起源（77 kHzおよび61 Hz）へのアクセスと、和周波相互変調生成物を分離できる高感度検出電子回路に依存します。
- 信号の一貫性を確保するため、粒子の希釈、基板（例：ニトロセルロース、ブロッティングペーパー）への固定化、および乾燥手順を含むサンプル調製プロトコルの標準化が必要です。
- 空間分解能がサンプルの高さによって制限されるため（現在のセットアップでは2 mmに制限）、さまざまなサンプル厚への適応に関する検討事項が含まれます。
- スキャン速度と信号強度のトレードオフや、測定ヘッドの感度プロファイルが画像の広がり（ブロードニング）に及ぼす影響などの実用的な制限が含まれます。
