Frequência mistura Scanner Detecção magnética for Imaging Partículas Magnéticas em amostras Planar
9 de junho de 2016
Um scanner para imagiologia de partículas magnéticas nas amostras planas foi desenvolvido utilizando a frequência plana mistura técnica de detecção magnética. A resposta magnética produto de intermodulação da magnetização nonhysteretic não linear das partículas é gravada em cima de uma excitação de dois frequência. Ele pode ser usado para captar imagens 2D de amostras biológicas finas.
O objetivo geral deste procedimento é usar varreduras bidimensionais de detecção magnética mista para analisar amostras biológicas finas contendo partículas nanomagnéticas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da bioquímica e do diagnóstico médico, como a análise de seções de tecido empregando partículas nanomagnéticas como um composto de nivelamento. A principal vantagem desta técnica é que ela permite um encontro da distribuição de partículas nanomagnéticas.
Demonstrando o procedimento estarão Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong e Jiho Chang, três pesquisadores do meu laboratório. A cabeça de medição p-FMMD deve ser projetada de acordo com os protocolos de texto. Os detalhes são fornecidos em todas as especificações de fiação e bobinamento.
A montagem e a configuração são detalhadas no protocolo de texto. Isso inclui o ajuste do equilíbrio de alta frequência e da tensão induzida. Em seguida, a eletrônica de medição é configurada, que inclui a seção de excitação, as seções de driver de baixa e alta frequência e a seção de detecção do FMMD.
Em seguida, o pré-amplificador, o primeiro demodulador, o amplificador intermediário com filtragem, o segundo demodulador e o amplificador final com filtragem são todos configurados. Finalmente, o scanner 2D é montado e conectado a um controle de computador. Para este procedimento, tem partículas de magnetita com diâmetros de 50 nanômetros e 100 nanômetros e partículas de maghemita de 1 mícron de diâmetro.
Lave as soluções de estoque de partículas em água e colete as partículas usando um ímã. Descarte a água e lave-os mais duas vezes. Em seguida, dilua as partículas em soluções de 25 miligramas por mililitro usando água destilada.
A partir da solução de partículas de 100 nanômetros, faça uma série de diluição de cinco vezes para concentrações de cinco, um, 0,2 e 0,04 miligramas por mililitro. Em seguida, perfure pedaços de papel absorvente usando um punção de biópsia. Em seguida, mergulhe os punções de papel nas diferentes soluções de partículas de 100 nanômetros por 30 segundos.
Após a imersão, deixe os furos de papel secarem ao ar. Em seguida, prepare pedaços recortados de nitrocelulose de dois por 18 milímetros. Mergulhe um pedaço de nitrocelulose em solução de partículas não diluídas de um mícron de diâmetro por 10 a 15 segundos e seque com ar não aquecido.
Mergulhe o outro pedaço de nitrocelulose em duas soluções de concentrações diferentes para fazer um gradiente de concentração e seque-o como o outro. Por fim, usando ação capilar, carregue um tubo capilar com 30 microlitros de solução de partículas não diluída de 50 nanômetros de diâmetro. Em seguida, carregue um segundo capilar com 10 microlitros de uma diluição de 20 vezes das mesmas partículas.
A direção de varredura deve ser a mais curta das duas dimensões planas. Defina o ponto inicial e a duração da digitalização usando as marcas de régua na paleta. Insira esses valores no software de digitalização e, em seguida, defina o deslocamento de digitalização para ser um pouco menor que a resolução espacial alcançável.
Em seguida, defina a velocidade de varredura levando em consideração a redução do sinal que ocorre devido à filtragem passa-baixa. Use um valor entre um e sete milímetros por segundo. Agora, defina a distância do passo.
O tempo total de varredura é calculado usando uma fórmula fornecida no protocolo de texto. Antes de digitalizar, prenda a amostra com fita adesiva. Para a digitalização, gere um arquivo NVD para o programa de controle de movimento.
Abra o programa de controle de movimento PMC e carregue o arquivo NVD. Pressione o botão Home para definir os pontos de origem mecânicos. Feche o programa de controle de movimento e retorne ao programa do scanner.
Em seguida, execute as verificações. Para essas varreduras, a intensidade do sinal foi analisada em função da concentração de esferas magnéticas e a velocidade de varredura foi de 10 milímetros por minuto. Uma forte correlação foi encontrada entre a concentração de grânulos e o sinal.
A relação entre a velocidade do estágio de varredura e a intensidade do sinal foi verificada usando pellets de papel embebidos em esferas magnéticas. Sinais mais altos foram obtidos em velocidades de varredura mais baixas. A comparação da varredura p-FMMD com uma imagem óptica da amostra de membrana de nitrocelulose mostrou claramente a utilidade do p-FMMD como um scanner MPI.
A amplitude da varredura se deve principalmente ao perfil de sensibilidade do cabeçote de medição. Da mesma forma, dois capilares preenchidos com diferentes concentrações de partículas magnéticas foram fotografados e escaneados por p-FMMD. É evidente que as concentrações que diferem por um factor de 20 são facilmente distinguidas.
Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como analisar 10 amostras contendo partículas nanomagnéticas com a técnica FMMD. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em cerca de uma hora se for executada corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para que o pesquisador da área de bioquímica e diagnóstico médico explorasse a distribuição das partículas nanomagnéticas que citam anticorpos específicos no sistema de órgãos.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um método para imageamento de amostras biológicas finas utilizando um scanner inovador que emprega detecção magnética por mistura de frequência planar. A técnica capta a resposta magnética de intermodulação de partículas nanomagnéticas, permitindo a criação de imagens bidimensionais.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Bioquímica
- Diagnóstico Médico
- Técnicas de Imagem Magnética
Contexto
- Partículas nanomagnéticas podem ser utilizadas como compostos niveladores na análise de tecidos.
- Compreender a distribuição das partículas é fundamental para diversas aplicações.
- Este método fornece uma técnica de imagem não invasiva.
- Métodos anteriores podem não capturar eficazmente a distribuição dessas partículas.
Objetivo do Estudo
- Analisar amostras biológicas finas contendo partículas nanomagnéticas.
- Aprimorar técnicas de imagem em bioquímica e diagnóstico médico.
- Demonstrar a eficácia do método planar de detecção magnética por mistura de frequência.
Métodos Utilizados
- Varreduras bidimensionais de detecção magnética mista.
- Uso de uma cabeça de medição p-FMMD projetada de acordo com protocolos especificados.
- Especificações detalhadas de fiação e bobinagem para medições precisas.
- Demonstração pelos pesquisadores Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong e Jiho Chang.
Resultados Principais
- O método captura com sucesso imagens 2D de amostras biológicas finas.
- Efetividade comprovada na análise da distribuição de partículas nanomagnéticas.
- Oferece uma nova abordagem para a análise de cortes de tecidos.
- Aplicações potenciais em diversas áreas da bioquímica e diagnósticos.
Conclusões
- A técnica de detecção magnética por mistura de frequência planar é eficaz para imageamento.
- Este método aprimora a compreensão do comportamento de partículas nanomagnéticas.
- Ela abre novas perspectivas para pesquisas em diagnósticos médicos.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Este scanner de detecção magnética por mistura de frequência planar (p-FMMD) permite a obtenção de imagens 2D não invasivas da distribuição de partículas nanomagnéticas em amostras biológicas finas, apoiando a validação de alvos e o desenvolvimento de ensaios na fase inicial de descoberta. Ao capturar sinais de intermodulação provenientes de partículas superparamagnéticas sem necessidade de magnetização completa da amostra, fornece dados espaciais quantitativos que aumentam a confiança preditiva em estudos mecanicistas e reduzem os prazos de desvio de riscos biológicos. O método é particularmente relevante para a análise de cortes de tecidos e amostras diagnósticas, onde a localização precisa de marcadores magnéticos orienta decisões de prosseguimento ou interrupção em fluxos de identificação de compostos líderes.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas por meio do mapeamento da distribuição de partículas nanomagnéticas como indicador de interação com o alvo ou presença de biomarcadores em cortes de tecido.
- Valor Operacional: Fornece leituras espaciais baseadas em marcadores que esclarecem os padrões de ativação de vias e apoiam a validação funcional de alvos em sistemas relevantes para a doença.
- Valor Preditivo: Gera saídas quantitativas de imagem que aumentam a confiança nos ensaios de modulação de alvo e auxiliam na triagem de portfólios com base em métricas de confiança no alvo.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prontidão do Ensaio: Produz mapas de sinal 2D padronizados e reprodutíveis a partir de amostras carregadas com partículas, permitindo triagem confiável de compostos frente a sistemas repórteros nanomagnéticos.
- Saída Quantitativa: Mede amplitudes de produtos de intermodulação que se correlacionam com a concentração de partículas, apoiando análises de resposta à dose e confirmação de hits em campanhas de triagem.
- Escalabilidade da Plataforma: Acomoda tamanhos de amostra limitados apenas pelo alcance de varredura e pela geometria do suporte, permitindo reutilização em múltiplos formatos de ensaio e sistemas modelo.
Pesquisa Translacional e Pré-Clinica
- Continuidade Translacional: Conecta descobertas e fluxos de trabalho pré-clínicos ao fornecer dados consistentes sobre distribuição de partículas desde cortes teciduais até explantes de órgãos inteiros.
- Alinhamento de Biomarcadores: Apoia a validação translacional de biomarcadores quando partículas nanomagnéticas são conjugadas a ligantes específicos para o alvo, permitindo a correlação entre sinal de imagem e expressão do alvo.
- Avanço Ajustado ao Risco: Reduz a ambiguidade mecanicista na otimização de compostos líderes ao fornecer validação espacial do engajamento do alvo em modelos de doença ex vivo.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método p-FMMD insere-se no continuum de descoberta, desde a validação inicial do alvo até a identificação de compostos líderes e a avaliação pré-clínica, oferecendo uma capacidade de imagem reutilizável para acompanhar a distribuição de partículas nanomagnéticas ao longo das etapas do fluxo de trabalho.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a clarificação de vias ao visualizar onde os marcadores magnéticos se acumulam em amostras biológicas, reduzindo a incerteza nos estudos de mecanismos-alvo.
- Triagem: Permite a padronização de ensaios por meio de sinais quantificáveis que possibilitam a comparação dos efeitos de compostos sobre a distribuição de partículas ou ligação ao alvo.
- Análises: Fornece medições de intensidade espacial e leituras dependentes da concentração que ajudam as equipes a comparar condições e avaliar a eficácia da modulação do alvo.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à validação pré-clínica ao fornecer continuidade de imagem na avaliação de sondas baseadas em nanopartículas em tecidos excisados ou seções de órgãos.
- Reutilização Corporativa: Funciona como uma tecnologia de plataforma aplicável a múltiplos projetos, reduzindo a necessidade de revalidação quando aplicada a novos alvos ou modelos de doenças.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva na validação de alvos ao reduzir a ambiguidade mecanicista por meio da visualização espacial direta da distribuição de nanopartículas.
- Valor Operacional: Garante reprodutibilidade e padronização por meio de frequências de excitação fixas e protocolos de desmodulação que geram sinais de intermodulação consistentes entre ensaios.
- Valor Estratégico: Melhora a eficiência do capital ao permitir decisões precoces de prosseguir/não prosseguir com base em imagens de engajamento do alvo, reduzindo investimentos em falsos positivos.
- Impacto na Carteira: Apoia a priorização ajustada ao risco ao fornecer dados espaciais que orientam decisões de avanço em processos de identificação de candidatos promissores.
Considerações de Implementação
- Requer experiência no manuseio de partículas magnéticas, demodulação de sinal e configuração de instrumentação de varredura bidimensional conforme detalhado nas especificações de fiação e bobinagem.
- Depende do acesso a fontes de excitação específicas por frequência (77 kHz e 61 Hz) e eletrônica de detecção sensível capaz de isolar produtos de intermodulação em frequência soma.
- Necessita padronização dos protocolos de preparação de amostras, incluindo diluição de partículas, imobilização em substratos (por exemplo, nitrocelulose, papel para blotting) e procedimentos de secagem para garantir consistência do sinal.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes espessuras de amostra, já que a resolução espacial é limitada pela altura da amostra (limitada a 2 mm na configuração atual).
- Inclui limitações práticas, como compensações entre velocidade de varredura e intensidade do sinal, bem como a influência do perfil de sensibilidade da cabeça de medição na largura da imagem.
