Multimodale beeldvorming en spectroscopie Fiber-bundel microendoscopy Platform voor niet-invasieve, In Vivo Tissue Analyse
October 17th, 2016
De assemblage en het gebruik van een multimodaal microendoscoop wordt beschreven, die oppervlakkige weefseldatagegevens kan co-registreren met fysiologische weefselparameters, waaronder hemoglobineconcentratie, melanineconcentratie en zuurstofverzadiging. Deze techniek kan nuttig zijn voor het evalueren van weefselstructuur en perfusie, en kan worden geoptimaliseerd voor individuele behoeften van de onderzoeker.
Het algemene doel van deze procedure is functionele karakterisering van in vivo weefsel door het combineren van hoogwaardige structurele informatie met kwantitatieve spectragegevens. Deze methode kan worden gebruikt om belangrijke vragen in het gebied van kankerbiologie te beantwoorden, zoals het kwantificeren van de effecten van therapie op weefselmicrostructuur en perfusie. Het grote voordeel van deze techniek is dat een enkele sonde kan worden gebruikt om zowel beeld- als spectroscopiegegevens op dezelfde locatie te verzamelen.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar gastro-intestinale kankertherapie omdat de sonde compatibel is met conventionele endoscopietechnieken. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode worstelen omdat kleine onregelmatigheden in sondeplaatsing de gegevensnauwkeurigheid aanzienlijk kunnen beïnvloeden. We kregen het idee voor deze methode toen we de belangrijkheid inzagen van het combineren van een hoge-resolutie beeldtechniek met een kwantitatieve spectroscopiemethode.
Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de voorbereidingsstappen moeilijk te leren zijn vanwege de complexiteit van zowel de constructie als kalibratie. Om te beginnen met het assembleren van de hoogwaardige fluorescentiemicroscopie modaliteit van de multimodaal micro endoscoop, monteer een 470 nanometer dichroische spiegel in een 30 millimeter kooi kubus. Bevestig kooi montage staven aan de voorkant, rechter- en linkerkant van de kooi kubus.
Bevestig een spanningsvrije borgring aan een schroefdraad kooi plaat en schroef een lensbuis in de borgring. Bevestig een andere kooi plaat aan de lensbuis uitgelijnd met de eerste kooi plaat. Bevestig vervolgens een UV-verbeterde aluminium spiegel in een rechte hoek spiegel montage.
Bevestig vier staven aan de voorkant van de spiegel montage en twee staven diagonaal aan de rechterkant van de montage. Schuif de lensbuis montage op de linkerkant van de kooi kubus. Verbind de rechterkant van de spiegel montage met de lensbuis montage.
Schuif een Z-as translatie montage op de rechterkant van de montage. Bevestig een 10x achromatisch objectieflens aan de translatie montage. Bevestig vervolgens een vezel adapter plaat aan een XY-as translatie lens montage.
Schuif de montage op de montage voor de objectieflens. Gebruik borgringen om een geschikte excitatie filter en emissie filter in lensbuizen te bevestigen. Schroef de excitatie filter lensbuis in de voorkant van de kooi kubus.
En de emissie filter lensbuis in de voorkant van de rechte hoek spiegel montage. Gebruik epoxy om een 455 nanometer LED aan de kooi plaat te bevestigen voor de excitatie filter. Schuif een kooi plaat voor elke filter lensbuis.
Gebruik een borgring om een achromatisch dubbele lensbuis in een andere lensbuis te bevestigen zodat de pijl op de buitenkant van de lens naar de extern getande kant van de lensbuis wijst. Bevestig de buis lens aan de linker kooi plaat, plaats een andere kooi plaat voor de buis lens. Gebruik een spanningsvrije borgring om een USB monochrome camera aan de kooi plaat te bevestigen.
Om te beginnen met het assembleren van de sub-diffuse reflectie spectroscopie modaliteit, bevestig een schroefdraad kooi plaat aan de voorkant van een wolfraam halogeen lichtbron met epoxy. Plaats vier kooi montage staven in de kooi plaat en schuif een Z-as translatie montage op de staven. Schroef een 20x achromatisch objectieflens in de Z-as translatie montage.
Verbind een vezel adapter plaat aan een XY-as translatie montage en schuif de montage op de montage voor de objectieflens. Bevestig ten slotte beide assemblages op een optische tafel dicht bij elkaar met behulp van geschikte montage apparaten. Om te beginnen met het construeren van het bron detector scheidingswisselapparaat, schroef een extern getande SMA vezel adapter plaat in een aluminium motor arm.
Bevestig een motor arm adapter aan de achterkant van de motor arm. Schroef vervolgens een stapmotor in een aluminium motor behuizing. Draad de motor arm assemblage op de motor staaf en draai de borgschroef vast.
Schroef vervolgens drie vezel adapter platen in een optische schakelaar en schroef vervolgens de front plaat op de optische schakelaar. Draad de stapmotor staaf door het middelste gat van de optische schakelaar. Plaats een stapmotor driver over de middellijn van een sodderloos rood bord.
Verbind de driver met een geschikte voeding en de stapmotor. Bevestig de optische schakelaar aan de optische tafel. Bevestig een 550 micrometer 0.22 na patch kabel aan de motor arm.
Verbind het andere uiteinde met een USB spectrometer. Om de glasvezel sonde aan te sluiten, bevestig de centrale 1 millimeter beeld vezel kabel aan de hoogwaardige fluorescentiemicroscopie modaliteit assemblage. Bevestig de linker 200 micrometer multi-mode kabel aan de sub-diffuse reflectie spectroscopie modaliteit assemblage.
Ga verder vanaf de linkerkant en verbind de resterende multi-mode kabels in volgorde naar de linker-, middelste en rechteradapters van het optische schakelapparaat. Om te beginnen met kalibratie voor het experiment, sluit alle USB randapparaten aan op de computer. Zet alle instrumentatie aan en zorg ervoor dat de wolfraam halogeen lamp sluiter open staat.
Zet vervolgens de kamerverlichting uit en sluit andere bronnen van omgevingslicht. Open de data verwerving software. Laat de apparatuur 30 minuten draaien voordat u doorgaat naar kalibratie.
Plaats een 20% diffuse reflectie standaard in het onderste gedeelte van het kalibratieapparaat. Plaats de glasvezel sonde in de linker sleuf van het apparaat en stel de gemotoriseerde optische schakelaar naar links om de 374 micrometer als DS instelling te selecteren. Stel in de software de integratietijd in op 500 milliseconden.
Klik vervolgens op spectrum verwerven om de verwerving van RMAX voor deze SDS te starten. Wanneer de verwerving van RMAX is voltooid, sla het spectrum op in een aangewezen map. Sluit de wolfraam halogeen lamp sluiter en verwerf het R donker spectrum voor deze SDS.
Open de sluiter, verplaats de sonde naar de rechtersleuf in het kalibratieapparaat en stel de gemotoriseerde optische schakelaar in de middelste positie voor de 730 micrometer SDS instelling. Verwerf RMAX en RDARK voor deze SDS om de kalibratie te voltooien. Bepaal eerst het geschikte huidgebied voor gegevensverzameling.
Gebruik een gele marker als Pyranine bron en kleurt lichtjes het gekozen gebied. Om te beginnen met de
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel beschrijft een multimodaal micro-endoscoop dat weefselbeeldgegevens co-registreert met fysiologische parameters zoals hemoglobine en melanineconcentraties. Deze techniek is waardevol voor het evalueren van weefselstructuur en perfusie, met name in de kankerbiologie.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biologie
- Kankerbiologie
Achtergrond
- De methode combineert beeldvorming met hoge resolutie en kwantitatieve spectroscopie.
- Het is bedoeld om de functie van weefsel in vivo te karakteriseren.
- Het kan therapeutische effecten op weefselmicrostructuur kwantificeren.
- De sonde is compatibel met conventionele endoscopietechnieken.
Doel van het onderzoek
- Om weefselstructuur en perfusie te evalueren.
- Om de techniek te optimaliseren voor individuele onderzoekersbehoeften.
- Om belangrijke vragen in de kankerbiologie aan te pakken.
Gebruikte methoden
- Multimodale micro-endoscopie
- Co-registratie van beeld- en spectroscopiegegevens
- In vivo weefselkarakterisering
- Compatibiliteit met endoscopietechnieken
Belangrijkste resultaten
- Een enkele sonde verzamelt zowel beeld- als spectroscopiegegevens.
- Kleine onregelmatigheden in sondepositie beïnvloeden de gegevensnauwkeurigheid.
- De techniek kan worden geoptimaliseerd voor specifieke onderzoeksbehoeften.
- Nuttig voor het evalueren van therapie voor gastro-intestinale kanker.
Conclusies
- De techniek verbetert het begrip van weefselfysiologie.
- Het biedt een alomvattende aanpak voor het bestuderen van kankerbiologie.
- Toekomstige toepassingen kunnen therapeutische strategieën verbeteren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Integrating high-resolution fluorescence imaging with diffuse reflectance spectroscopy in a single fiber-bundle microendoscopy platform enables non-invasive, in vivo tissue analysis with both structural and quantitative physiological insights. This multimodal approach enhances predictive confidence in tissue characterization, supporting early discovery and translational research inflection points. The platform's compatibility with endoscopic workflows positions it as a reusable capability for functional tissue assessment across diverse organ systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of tissue microstructure and perfusion in vivo.
- Supports biological de-risking by co-registering micro-architectural and physiological data.
- Facilitates predictive confidence in distinguishing neoplastic from non-neoplastic tissue.
- Provides a foundation for mechanistic studies of therapy effects on tissue biology.
Screening & Assay Development
- Prepares validated tissue models for downstream compound evaluation by integrating imaging and spectroscopy outputs.
- Standardizes acquisition of quantitative physiological parameters such as hemoglobin and melanin concentration.
- Enables reproducible, site-matched data collection for assay development and screening readiness.
- Supports platform scalability for multi-organ or multi-site analysis.
Translational & Preclinical Research
- Aligns micro-architectural imaging with physiological biomarker quantification for disease-relevant models.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation by supporting functional tissue assessment in vivo.
- Provides risk-adjusted data for advancement decisions in translational research pipelines.
- Facilitates exploration of tissue response to therapeutic interventions in preclinical models.
Pipeline & Workflow Integration
This multimodal platform bridges early discovery, lead identification, and preclinical research by enabling co-registered structural and functional tissue analysis in vivo.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying therapy effects on tissue microstructure and perfusion.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for assay standardization and compound evaluation.
- Analytics: Provides integrated imaging and spectral readouts for robust comparison of tissue conditions.
- Translational Research: Aligns with biomarker-driven studies and supports preclinical model validation.
- Enterprise Reuse: Offers a flexible, endoscopically-compatible platform adaptable to multiple organ systems and research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in tissue analysis.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of in vivo tissue characterization.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing comprehensive tissue data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of discovery and translational programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical imaging, spectroscopy, and probe calibration.
- Demands access to specialized instrumentation and analytical infrastructure.
- Necessitates rigorous cross-team standardization for data acquisition and analysis.
- Adaptable across tissue types and organ systems with appropriate calibration and validation.
- Probe placement precision and calibration are critical for data accuracy and reproducibility.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:14
Construction of the Fluorescence Microscopy and Reflectance Spectroscopy Modalities
4:16
Construction of the Multimodal Microendoscope
5:53
Sub-diffuse Reflectance Spectroscopy Modality Calibration
7:23
In Vivo Data Acquisition from Human Skin
8:52
Results: Co-registered Tissue Structural and Physiological Parameter Data
9:38
Conclusion
