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 utilizar varreduras bidimensionais mistas de detecção magnética para analisar amostras biológicas finas contendo partículas nanomagnéticas. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de bioquímica e diagnóstico médico, como a análise de cortes de tecidos utilizando partículas nanomagnéticas como um composto nivelador. A principal vantagem desta técnica é que ela permite a visualização da distribuição das partículas nanomagnéticas.
Os pesquisadores Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong e Jiho Chang, do meu laboratório, demonstrarão o procedimento. A cabeça de medição p-FMMD deve ser projetada de acordo com os protocolos descritos no texto. São fornecidos detalhes sobre todas as especificações de fiação e enrolamento.
A montagem e a configuração são detalhadas no protocolo textual. Isso inclui o ajuste do equilíbrio de alta frequência e da tensão induzida. Em seguida, configura-se a eletrônica de medição, que inclui a seção de excitação, as seções de acionamento de baixa e alta frequência e a seção de detecção do FMMD.
Em seguida, configura-se o pré-amplificador, o primeiro demodulador, o amplificador intermediário com filtragem, o segundo demodulador e o amplificador final com filtragem. Por fim, o scanner 2D é montado e conectado a um controle por computador. Para este procedimento, tenha partículas de magnetita com diâmetros de 50 nanômetros e 100 nanômetros e partículas de maghemita com diâmetro de 1 micrômetro.
Lave as soluções estoque de partículas com água e colete as partículas usando um ímã. Descarte a água e lave-as mais duas vezes. Em seguida, dilua as partículas em soluções de 25 miligramas por mililitro utilizando água destilada.
A partir da solução de partículas de 100 nanômetros, prepare uma série de diluições cinco vezes para concentrações de cinco, um, 0,2 e 0,04 miligramas por mililitro. Em seguida, recorte pedaços de papel absorvente usando um furador de biópsia. Depois, mergulhe os discos de papel nas diferentes soluções de partículas de 100 nanômetros por 30 segundos.
Após a imersão, deixe os discos de papel secarem ao ar. Em seguida, prepare pedaços recortados de nitrocelulose de dois por 18 milímetros. Mergulhe um pedaço de nitrocelulose na solução de partículas de um mícron de diâmetro sem diluição por 10 a 15 segundos e seque com ar frio.
Encharque o outro pedaço de nitrocelulose em duas soluções de concentrações diferentes para criar um gradiente de concentração e seque-o como o anterior. Por fim, utilizando ação capilar, carregue um tubo capilar com 30 microlitros de solução de partículas não diluída com diâmetro de 50 nanômetros. Em seguida, carregue um segundo capilar com 0 microlitros de uma diluição 20 vezes da mesma partícula.
A direção de varredura deve ser a menor das duas dimensões planares. Defina o ponto inicial e o comprimento da varredura utilizando as marcas da régua na paleta. Insira esses valores no software de varredura e, em seguida, ajuste o deslocamento da varredura para ser um pouco menor que a resolução espacial alcançável.
Em seguida, ajuste a velocidade de varredura considerando a redução do sinal que ocorre devido ao filtro passa-baixa. Utilize um valor entre um e sete milímetros por segundo. Agora, defina a distância de avanço.
O tempo total de varredura é calculado utilizando uma fórmula fornecida no protocolo do texto. Antes da varredura, fixe a amostra com fita adesiva. Para a varredura, 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 mecânica. Feche o programa de controle de movimento e retorne ao programa do scanner.
Em seguida, realize os varredores. Para esses varredores, a intensidade do sinal foi analisada em função da concentração de microesferas magnéticas e a velocidade de varredura foi de 10 milímetros por minuto. Foi encontrada uma forte correlação entre a concentração das microesferas e o sinal.
A relação entre a velocidade do estágio de varredura e a intensidade do sinal foi verificada utilizando comprimidos de papel embebidos com microesferas magnéticas. Sinais mais altos foram obtidos em velocidades de varredura mais baixas. A comparação do varredor p-FMMD com uma imagem óptica da amostra de membrana de nitrocelulose demonstrou claramente a utilidade do p-FMMD como um scanner MPI.
A amplitude da varredura deve-se principalmente ao perfil de sensibilidade da cabeça de medição. De forma semelhante, duas capilares preenchidas com concentrações diferentes de partículas magnéticas foram fotografadas e escaneadas por p-FMMD. É evidente que concentrações que diferem por um fator de 20 são facilmente distinguíveis.
Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como analisar 10 amostras contendo partículas nanomagnéticas com a técnica FMMD. Uma vez dominada, essa técnica pode ser realizada em cerca de uma hora, se executada corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de bioquímica e diagnóstico médico explorarem a distribuição das partículas nanomagnéticas que, em vez disso, citam anticorpos específicos no sistema orgânico.
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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.
