Частота Смешивание Магнитный сканер обнаружения для визуализации магнитных частиц в планарных образцах
9 июня 2016 г.
Сканер для визуализации магнитных частиц в плоских образцах была разработана с использованием планарной смешения частот магнитного метода обнаружения. Магнитный отклик интермодуляционный продукт из нелинейного безгистерезисный намагниченности частиц регистрируется на двухчастотного возбуждения в. Он может быть использован, чтобы принимать 2D изображения тонких биологических образцов.
Общая цель данной процедуры — использование двумерного смешанного магнитного детектирования для анализа тонких биологических образцов, содержащих наномагнитные частицы. Этот метод позволяет ответить на ключевые вопросы в области биохимии и медицинской диагностики, например, при анализе срезов тканей с использованием наномагнитных частиц в качестве выравнивающего соединения. Основным преимуществом данной методики является возможность определения распределения наномагнитных частиц.
Демонстрацию процедуры проведут Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong и Jiho Chang, три исследователя из моей лаборатории. Измерительная головка p-FMMD должна быть сконструирована в соответствии с текстовыми протоколами. Подробные сведения приведены во всех спецификациях по разводке и намотке.
Сборка и настройка подробно описаны в текстовом протоколе. Это включает в себя регулировку высокочастотного баланса и наведенного напряжения. Далее настраивается электронная часть измерительной системы, включающая блок возбуждения, секции низкочастотного и высокочастотного драйверов, а также блок детектирования FMMD.
После этого устанавливаются предусилитель, первый демодулятор, промежуточный усилитель с фильтрацией, второй демодулятор и финальный усилитель с фильтрацией. Наконец, монтируется 2D-сканер и подключается к компьютеру управления. Для данной процедуры подготовьте частицы магнетита диаметром 50 нанометров и 100 нанометров, а также частицы маггемита диаметром 1 микрон.
Промойте стоковые растворы частиц в воде и соберите частицы с помощью магнита. Слейте воду и промойте их таким образом еще дважды. Затем разбавьте частицы дистиллированной водой до получения растворов с концентрацией 25 mg/mL.
Из раствора частиц размером 100 нанометров приготовьте серию пятикратных разведений для получения концентраций 5, 1, 0,2 и 0,04 мг/мл. Затем с помощью биопсийного панча вырежьте фрагменты абсорбирующей фильтровальной бумаги. После этого погрузите вырезанные фрагменты бумаги в соответствующие растворы частиц размером 100 нанометров на 30 секунд.
После замачивания дайте высеченным кружкам бумаги высохнуть на воздухе. Затем подготовьте вырезанные кусочки нитроцеллюлозы размером 2 × 18 мм. Погрузите один кусочек нитроцеллюлозы в неразбавленный раствор частиц диаметром 1 мкм на 10–15 секунд и высушите потоком холодного воздуха.
Замочите другой фрагмент нитроцеллюлозы в двух растворах разной концентрации для создания градиента концентрации, а затем высушите его аналогично первому. В завершение, используя капиллярный эффект, заполните капиллярную трубку 30 µL неразбавленного раствора частиц диаметром 50 nm. Затем заполните второй капилляр 10 µL того же раствора частиц в 20-кратном разведении.
Направление сканирования должно соответствовать меньшему из двух плоских размеров. Установите начальную точку и длину сканирования, используя измерительную шкалу на палитре. Введите эти значения в программном обеспечении для сканирования, затем установите смещение сканирования так, чтобы оно было немного меньше достижимого пространственного разрешения.
Затем установите скорость сканирования с учетом снижения интенсивности сигнала, возникающего из-за фильтрации низких частот. Используйте значение от 1 до 7 мм/с. Теперь установите шаг сканирования.
Общее время сканирования рассчитывается по формуле, приведенной в текстовом протоколе. Перед началом сканирования закрепите образец с помощью клейкой ленты. Для сканирования создайте NVD-файл для программы управления перемещением.
Откройте программу управления движением PMC и загрузите NVD-файл. Нажмите кнопку Home, чтобы установить точки механического начала координат. Закройте программу управления движением и вернитесь в программу сканера.
Затем выполните сканирование. Для данных сканов интенсивность сигнала анализировали в зависимости от концентрации магнитных микросфер, при этом скорость сканирования составляла 10 millimeters per minute. Была обнаружена сильная корреляция между концентрацией микросфер и сигналом.
Зависимость между скоростью перемещения сканирующей платформы и интенсивностью сигнала была проверена с использованием бумажных пеллет, пропитанных магнитными частицами. Более сильные сигналы наблюдались при более низких скоростях сканирования. Сравнение результатов сканирования p-FMMD с оптическим изображением образца на нитроцеллюлозной мембране наглядно продемонстрировало применимость p-FMMD в качестве MPI-сканера.
Ширина сканирования обусловлена главным образом профилем чувствительности измерительной головки. Аналогичным образом были сфотографированы и просканированы с помощью p-FMMD два капилляра, заполненных магнитными частицами с разной концентрацией. Очевидно, что концентрации, различающиеся в 20 раз, легко дифференцируются.
После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как анализировать 10 образцов, содержащих наномагнитные частицы, с помощью метода FMMD. При должном исполнении и наличии соответствующего навыка процедура занимает около одного часа. Разработка этого метода открыла исследователям в области биохимии и медицинской диагностики возможность изучать распределение наномагнитных частиц, которые связываются со специфическими антителами в системах органов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен метод визуализации тонких биологических образцов с помощью нового сканера, использующего планарное частотное смешение для магнитного детектирования. Этот метод позволяет регистрировать магнитный интермодуляционный отклик наномагнитных частиц, что делает возможным создание 2D-изображений.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биохимия
- Медицинская диагностика
- Методы магнитной визуализации
Теоретические основы
- Наномагнитные частицы могут использоваться в качестве выравнивающих соединений при анализе тканей.
- Понимание распределения частиц имеет решающее значение для различных областей применения.
- Данный метод представляет собой неинвазивную технику визуализации.
- Предыдущие методы могли быть недостаточно эффективны для фиксации распределения этих частиц.
Цель исследования
- Для анализа тонких биологических образцов, содержащих наномагнитные частицы.
- Для совершенствования методов визуализации в биохимии и медицинской диагностике.
- Для демонстрации эффективности метода планарного частотного смешивания для магнитного детектирования.
Используемые методы
- Двумерное смешанное магнитное детектирующее сканирование.
- Использование измерительной головки p-FMMD, разработанной в соответствии с установленными протоколами.
- Подробные спецификации по разводке и намотке катушек для обеспечения точности измерений.
- Демонстрация исследователями Eul-Gyoon Lim, Jae-chan Jeong и Jiho Chang.
Основные результаты
- Метод позволяет успешно получать 2D-изображения тонких биологических образцов.
- Продемонстрирована эффективность анализа распределения наномагнитных частиц.
- Предложен новый подход к анализу срезов тканей.
- Потенциальные области применения в различных разделах биохимии и диагностики.
Выводы
- Метод планарного частотного смешивания для магнитного детектирования эффективен для визуализации.
- Этот метод углубляет понимание поведения наномагнитных частиц.
- Он открывает новые возможности для исследований в области медицинской диагностики.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Данный сканер для планарного частотного смешивания при магнитном детектировании (p-FMMD) обеспечивает неинвазивную 2D-визуализацию распределения наномагнитных частиц в тонких биологических образцах, что способствует валидации мишеней и разработке анализов на ранних этапах поиска. Путем регистрации сигналов интермодуляции от суперпарамагнитных частиц без необходимости намагничивания всего образца метод предоставляет количественные пространственные данные, которые повышают прогностическую достоверность механистических исследований и сокращают сроки снижения биологических рисков. Этот метод особенно актуален для анализа срезов тканей и диагностических образцов, где точная локализация магнитных меток определяет принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) в конвейерах идентификации соединений-лидеров.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем картирования распределения наномагнитных частиц в качестве индикатора взаимодействия с мишенью или наличия биомаркера в срезах тканей.
- Операционная ценность: обеспечивает пространственное считывание на основе меток, что позволяет уточнить паттерны активации путей и подтвердить функциональную валидацию мишени в системах, релевантных заболеванию.
- Прогностическая ценность: позволяет получать количественные результаты визуализации, которые повышают достоверность анализов модуляции мишени и помогают в приоритизации портфеля на основе показателей уверенности в мишени.
Скрининг и разработка анализа
- Готовность анализа: обеспечивает получение стандартизированных, воспроизводимых 2D-карт сигналов из образцов, содержащих частицы, что позволяет проводить надежный скрининг соединений с использованием наномагнитных репортерных систем.
- Количественные данные: измеряет амплитуды продуктов интермодуляции, которые коррелируют с концентрацией частиц, что поддерживает анализ зависимости «доза-ответ» и подтверждение хитов в ходе скрининговых кампаний.
- Масштабируемость платформы: поддерживает размеры образцов, ограниченные только диапазоном сканирования и геометрией подложки, что позволяет использовать метод в различных форматах анализа и модельных системах.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная преемственность: обеспечивает связь между этапами научных открытий и доклиническими исследованиями, предоставляя согласованные данные о распределении частиц — от срезов тканей до эксплантатов целых органов.
- Сопоставление биомаркеров: поддерживает трансляционную валидацию биомаркеров при конъюгации наномагнитных частиц со специфическими лигандами-мишенями, что позволяет установить корреляцию между сигналом визуализации и экспрессией мишени.
- Оптимизация с учетом рисков: снижает механистическую неопределенность при оптимизации ведущих соединений за счет пространственной валидации взаимодействия с мишенью в моделях заболеваний ex vivo.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Метод p-FMMD вписывается в континуум исследований — от ранней валидации мишени и идентификации ведущих соединений до доклинической оценки, обеспечивая возможность повторного использования визуализации для отслеживания распределения наномагнитных частиц на различных этапах рабочего процесса.
- Биологические исследования: способствует проверке гипотез и уточнению путей за счет визуализации мест накопления магнитных меток в биологических образцах, что снижает неопределенность при изучении целевых механизмов.
- Скрининг: обеспечивает стандартизацию анализа за счет количественных показателей сигнала, которые позволяют сравнивать влияние соединений на распределение частиц или связывание с мишенью.
- Аналитика: предоставляет данные о пространственной интенсивности и показатели, зависящие от концентрации, что помогает исследовательским группам сравнивать условия и оценивать эффективность модуляции мишени.
- Трансляционные исследования: обеспечивает связь с доклинической валидацией за счет непрерывности визуализации при оценке зондов на основе наночастиц в эксплантированных тканях или срезах органов.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как платформенная технология, применимая в нескольких проектах, что снижает необходимость в повторной валидации при применении к новым мишеням или моделям заболеваний.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов при валидации мишени за счет снижения механистической неопределенности путем прямой пространственной визуализации распределения наночастиц.
- Операционная ценность: Обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию благодаря фиксированным частотам возбуждения и протоколам демодуляции, которые позволяют получать стабильные сигналы интермодуляции в разных циклах анализа.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, позволяя принимать ранние решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) на основе визуализации взаимодействия с мишенью, что сокращает инвестиции в ложноположительные результаты.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков, предоставляя пространственные данные, которые служат основой для принятия решений о продвижении кандидатов в конвейерах идентификации ведущих соединений.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с магнитными частицами, демодуляцией сигнала и настройкой оборудования для 2D-сканирования в соответствии со спецификациями по разводке и намотке катушек.
- Необходим доступ к источникам возбуждения с определенными частотами (77 kHz и 61 Hz) и чувствительной электронике детектирования, способной изолировать продукты интермодуляции суммарных частот.
- Требуется стандартизация протоколов подготовки образцов, включая разведение частиц, их иммобилизацию на подложках (например, нитроцеллюлозе, фильтровальной бумаге) и процедуры сушки для обеспечения стабильности сигнала.
- Необходимо учитывать особенности адаптации под разную толщину образцов, так как пространственное разрешение ограничено высотой образца (в текущей установке — не более 2 mm).
- Существуют практические ограничения, такие как компромисс между скоростью сканирования и интенсивностью сигнала, а также влияние профиля чувствительности измерительной головки на ширину изображения.
