Frequentie mengen Magnetic Detection Scanner voor de beeldvorming van magnetische deeltjes in Planar Samples
9 juni 2016
Een scanner voor beeldvorming magnetische deeltjes in vlakke monsters werd ontwikkeld met vlakke frequentie mengen magnetische detectietechniek. De magnetische intermodulatieproduct reactie van de lineaire nonhysteretic magnetisatie van de deeltjes wordt opgenomen op een twee-frequentie excitatie. Het kan worden gebruikt om 2D beelden dunne biologische monsters.
Het algemene doel van deze procedure is om tweedimensionale gemengde magnetische detectiescans te gebruiken voor de analyse van dunne biologische monsters die nanomagnetische deeltjes bevatten. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van cruciale vragen in het veld van de biochemie en medische diagnostiek, zoals de analyse van weefselcoupes waarbij nanomagnetische deeltjes als nivelleringsmiddel worden ingezet. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het inzicht geeft in de distributie van de nanomagnetische deeltjes.
De procedure zal worden gedemonstreerd door Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong en Jiho Chang, drie onderzoekers uit mijn laboratorium. De p-FMMD-meetkop moet worden ontworpen in overeenstemming met de tekstprotocollen. Details worden gegeven over alle specificaties voor de bedrading en spoelwikkelingen.
De assemblage en installatie worden gedetailleerd beschreven in het tekstprotocol. Dit omvat de afstelling van de hoogfrequente balans en de geïnduceerde spanning. Vervolgens wordt de meetelektronica ingesteld, waaronder de excitatie-sectie, de laag- en hoogfrequente driver-secties en de detectiesectie van de FMMD.
Vervolgens worden de voorversterker, de eerste demodulator, de tussenversterker met filtering, de tweede demodulator en de eindversterker met filtering geïnstalleerd. Ten slotte wordt de 2D-scanner gemonteerd en gekoppeld aan een computerbesturing. Zorg voor deze procedure over magnetietdeeltjes met diameters van 50 nanometers en 100 nanometers en maghemietdeeltjes met een diameter van 1 micron.
Was de voorraadoplossingen van de deeltjes met water en verzamel de deeltjes met behulp van een magneet. Gooi het water weg en was ze elk nog twee keer. Verdun vervolgens de deeltjes tot oplossingen van 25 mg/mL met behulp van gedestilleerd water.
Maak van de 100 nanometer partikeloplossing een vijfvoudige verdunningsreeks voor concentraties van 5, 1, 0,2 en 0,04 mg/mL. Stans vervolgens stukjes absorberend blotpapier uit met een biopsietang. Week daarna de papieren ponsjes 30 seconden in de verschillende 100 nanometer partikeloplossingen.
Laat de uitgestanste papiertjes na het weken aan de lucht drogen. Bereid vervolgens uitgesneden stukjes nitrocellulose voor van 2 bij 18 millimeter. Week één stukje nitrocellulose gedurende 10 tot 15 seconden in een onverdunde partikellopossing met een diameter van 1 micron en droog dit met ongeverwarmde lucht.
Week het andere stuk nitrocellulose in twee oplossingen met verschillende concentraties om een concentratiegradiënt te maken, en droog dit op dezelfde manier als het andere stuk. Laad tot slot, met behulp van capillaire werking, een capillairbuisje met 30 µL onverdunde partikeloplossing met een diameter van 50 nm. Laad vervolgens een tweede capillair met 10 µL van een 20-voudige verdunning van dezelfde partikels.
De scandirectie moet de kortste van de twee vlakke dimensies zijn. Stel het startpunt en de scanlengte in met behulp van de liniaalmarkeringen op het palet. Voer deze waarden in de scansoftware in en stel vervolgens de scanoffset in op een waarde die iets kleiner is dan de haalbare ruimtelijke resolutie.
Stel vervolgens de scansnelheid in, rekening houdend met de signaalreductie die optreedt door laagdoorlaatfiltering. Gebruik een waarde tussen één en zeven millimeter per seconde. Stel nu de stapafstand in.
De totale scantijd wordt berekend met behulp van een formule die in het tekstprotocol wordt vermeld. Bevestig de monster voor het scannen met plakband. Genereer voor de scan een NVD-bestand voor het bewegingscontrollprogramma.
Open het PMC-bewegingscontroleprogramma en laad het NVD-bestand. Druk op de Home-knop om de mechanische nulpunten in te stellen. Sluit het bewegingscontroleprogramma en keer terug naar het scannerprogramma.
Voer vervolgens de scans uit. Voor deze scans werd de signaalintensiteit geanalyseerd als functie van de concentratie magnetische beads en bedroeg de scansnelheid 10 millimeters per minuut. Er werd een sterke correlatie gevonden tussen de beadconcentratie en het signaal.
De relatie tussen de snelheid van de scantafel en de signaalintensiteit werd gecontroleerd met behulp van papieren pellets gedrenkt met magnetische kralen. Bij lagere scansnelheden werden hogere signalen verkregen. Een vergelijking van de p-FMMD-scan met een optische afbeelding van een nitrocellulosemembraanmonster toonde duidelijk het nut van p-FMMD als MPI-scanner aan.
De breedte van de scan is voornamelijk te wijten aan het gevoeligheidsprofiel van de meetkop. Op dezelfde manier werden twee capillairen, gevuld met verschillende concentraties magnetische deeltjes, gefotografeerd en gescand met p-FMMD. Duidelijk is dat concentraties die met een factor 20 verschillen, gemakkelijk van elkaar te onderscheiden zijn.
Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u 10 monsters die nanomagnetische deeltjes bevatten kunt analyseren met de FMMD-techniek. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in ongeveer een uur worden voltooid als deze correct wordt uitgevoerd. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in het veld van de biochemie en medische diagnostiek om de distributie van nanomagnetische deeltjes te onderzoeken die specifieke antilichamen in orgaansystemen targeten.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor het afbeelden van dunne biologische monsters met behulp van een innovatieve scanner die gebruikmaakt van planaire frequentiemengende magnetische detectie. De techniek legt de magnetische intermodulatierespons van nanomagnetische deeltjes vast, waardoor de creatie van 2D-beelden mogelijk wordt.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschappelijk vakgebied
- Biochemie
- Medische diagnostiek
- Magnetische beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- Nanomagnetische deeltjes kunnen worden gebruikt als nivelleringsmiddelen bij weefselanalyse.
- Inzicht in de deeltjesdistributie is essentieel voor diverse toepassingen.
- Deze methode biedt een niet-invasieve beeldvormingstechniek.
- Eerdere methoden waren mogelijk niet in staat om de distributie van deze deeltjes effectief vast te leggen.
Doel van de studie
- Om dunne biologische monsters die nanomagnetische deeltjes bevatten te analyseren.
- Om beeldvormingstechnieken in de biochemie en medische diagnostiek te verbeteren.
- Om de effectiviteit van de planaire frequentiemixing-methode voor magnetische detectie aan te tonen.
Gebruikte methoden
- Tweidimensionale scans voor gemengde magnetische detectie.
- Gebruik van een p-FMMD-meetkop die is ontworpen volgens gespecificeerde protocollen.
- Gedetailleerde specificaties voor bedrading en spoelwikkeling voor nauwkeurige metingen.
- Demonstratie door onderzoekers Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong en Jiho Chang.
Belangrijkste resultaten
- De methode legt succesvol 2D-beelden vast van dunne biologische monsters.
- Aangetoonde effectiviteit bij het analyseren van de distributie van nanomagnetische deeltjes.
- Biedt een nieuwe benadering voor de analyse van weefselcoupes.
- Potentiële toepassingen in diverse vakgebieden van de biochemie en diagnostiek.
Conclusies
- De planaire frequentiemengingsmethode voor magnetische detectie is effectief voor beeldvorming.
- Deze methode vergroot het inzicht in het gedrag van nanomagnetische deeltjes.
- Het opent nieuwe wegen voor onderzoek in de medische diagnostiek.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Managers
Deze planaire frequentiemengende magnetische detectie (p-FMMD) scanner maakt niet-invasieve 2D-beeldvorming van de distributie van nanomagnetische deeltjes in dunne biologische monsters mogelijk, wat doelwitvalidatie en assay-ontwikkeling in de vroege ontdekkingsfase ondersteunt. Door intermodulatiesignalen van superparamagnetische deeltjes vast te leggen zonder dat magnetisatie van het gehele monster vereist is, levert het kwantitatieve spatiale gegevens die het voorspellende vertrouwen in mechanistische studies vergroten en de tijdlijnen voor biologische risicoreductie verkorten. De methode is bijzonder relevant voor het analyseren van weefselcoupes en diagnostische monsters waarbij de precieze lokalisatie van magnetische labels de go/no-go-beslissingen in pipelines voor lead-identificatie onderbouwt.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door de distributie van nanomagnetische deeltjes in kaart te brengen als surrogaat voor target-engagement of de aanwezigheid van biomarkers in weefselcoupes.
- Operationele waarde: Levert labelgebaseerde ruimtelijke read-outs die activatiepatronen van signaalpaden verduidelijken en functionele target-validatie ondersteunen in ziekterelevante systemen.
- Voorspellende waarde: Genereert kwantitatieve imaging-outputs die het vertrouwen in target-modulatie-assays verhogen en helpen bij portfoliotriage op basis van target-confidence-metrieken.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Klaar voor analyse: Produceert gestandaardiseerde, reproduceerbare 2D-signaalkaarten van monster met geladen partikels, wat betrouwbare screening van verbindingen tegen nanomagnetische reportersystemen mogelijk maakt.
- Kwantitatieve output: Meet intermodulatieproductamplitudes die correleren met de partikelconcentratie, wat dosis-responsanalyse en hit-bevestiging in screeningscampagnes ondersteunt.
- Schaalbaarheid van het platform: Ondersteunt monstergroottes die enkel worden beperkt door het scanbereik en de ondersteuningsgeometrie, waardoor hergebruik in meerdere analyseformaten en modelsystemen mogelijk is.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische workflows door consistente gegevens over de partikelverdeling te leveren, van weefselcoupes tot volledige orgaanexplantaten.
- Afstemming van biomarkers: Ondersteunt de translationele validatie van biomarkers wanneer nanomagnetische partikels worden geconjugeerd aan doelspecifieke liganden, waardoor correlatie tussen het beeldsignaal en de expressie van het doelwit mogelijk wordt.
- Risico-gecorrigeerde voortgang: Vermindert mechanistische ambiguïteit bij lead-optimalisatie door ruimtelijke validatie van target engagement in ex vivo ziektemodellen te leveren.
Integratie van Pipeline & Workflow
De p-FMMD-methode past binnen het ontdekkingscontinuüm, van vroege targetvalidatie via lead-identificatie tot preklinische beoordeling, en biedt een herbruikbare imagingcapaciteit voor het volgen van de distributie van nanomagnetische deeltjes over de verschillende fasen van de workflow.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden door te visualiseren waar magnetische labels zich ophopen in biologische monsters, waardoor onzekerheid in studies naar targetmechanismen wordt verminderd.
- Screening: Maakt assay-standaardisatie mogelijk door kwantificeerbare signaaloutputs, waarmee de effecten van verbindingen op de partikeldistributie of targetbinding kunnen worden vergeleken.
- Analytics: Levert ruimtelijke intensiteitsmetingen en concentratieafhankelijke readouts die teams helpen om condities te vergelijken en de effectiviteit van targetmodulatie te beoordelen.
- Translationeel Onderzoek: Legt een verbinding met preklinische validatie door beeldvormingscontinuïteit te bieden bij de beoordeling van nanodeeltjes-gebaseerde probes in geëxplanteerde weefsels of organesneden.
- Enterprise Hergebruik: Fungeert als een platformtechnologie die op meerdere projecten kan worden toegepast, waardoor de noodzaak voor revalidatie wordt verminderd wanneer het wordt toegepast op nieuwe targets of ziektemodellen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in targetvalidatie door mechanistische ambiguïteit te verminderen via directe ruimtelijke visualisatie van de nanopartikeldistributie.
- Operationele waarde: Waarborgt reproduceerbaarheid en standaardisatie via vaste excitatiefrequenties en demodulatieprotocollen die consistente intermodulatiesignalen opleveren over verschillende runs.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door vroege go/no-go-beslissingen mogelijk te maken op basis van target engagement-imaging, waardoor investeringen in fout-positieve leads worden verminderd.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering door ruimtelijke gegevens te leveren die beslissingen over verdere ontwikkeling in lead-identificatiepipelines informeren.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in de hantering van magnetische deeltjes, signaaldemodulatie en de configuratie van 2D-scaninstrumentatie, zoals gedetailleerd in de specificaties voor bedrading en spoelwikkeling.
- Is afhankelijk van toegang tot frequentiespecifieke excitatiebronnen (77 kHz en 61 Hz) en gevoelige detectie-elektronica die in staat is om somfrequentie-intermodulatieproducten te isoleren.
- Necessiteert standaardisatie van protocollen voor monstervoorbereiding, inclusief deeltjesverdunning, immobilisatie op substraten (bijv. nitrocellulose, blotpapier) en droogprocedures om signaalconsistentie te waarborgen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan variërende monsterdiktes, aangezien de ruimtelijke resolutie wordt beperkt door de monsterhoogte (beperkt tot 2 mm in de huidige configuratie).
- Bevat praktische beperkingen zoals compromissen tussen scansnelheid en signaalintensiteit, en de invloed van het gevoeligheidsprofiel van de meetkop op de breedte van het beeld.
