Новый рабочий процесс для выборки и оцифровки инкрементных кернов
27 сентября 2024 г.
Мы представляем протокол использования напечатанных на 3D-принтере креплений для фиксации приращенных ядер в полевых условиях без необходимости их распаковки и наклеивания на деревянные крепления. Новый держатель GSC позволяет помещать стержни в микротом ядра для разрезания их поверхности и непосредственного переноса на цифровую обработку изображений.
Разрабатывая новые устройства, мы намерены раздвинуть границы в исследованиях годичных колец деревьев. Применение программного обеспечения для 3D-моделирования и 3D-принтеров позволяет быстро и дешево разрабатывать новые устройства. Одной из таких является система захвата изображений Skippy, которая позволяет оцифровывать поверхность пошагового хода в высоком разрешении и за короткое время.
Обычно при отборе проб в области дендроэкологии, дендрогеоморфологии или дендроклиматологии мы берем образцы деревьев в отдаленных регионах, таких как регионы очень высоких широт, и где также суровые климатические условия. Поэтому экономия времени очень важна, и принятие этого протокола сэкономит время, а это деньги. Применение нашего протокола позволит получать большие наборы данных за более короткое время.
Обзор
В данной статье представлен протокол использования напечатанных на 3D-принтере креплений для фиксации кернов прироста в полевых условиях, что упрощает процесс подготовки образцов к анализу. Инновационный держатель GSC облегчает прямой перенос образца в микротом для кернов для получения изображений с высоким разрешением.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Дендроэкология
- Дендрогеоморфология
- Дендроклиматология
Теоретические основы
- Исследования годичных колец деревьев часто проводятся в отдаленных районах и суровых условиях окружающей среды.
- Традиционные методы требуют значительных временных и материальных затрат на подготовку образцов.
- Технология 3D-печати предлагает экономически эффективное решение для разработки новых инструментов исследования.
- Визуализация с высоким разрешением имеет решающее значение для точного дендрохронологического анализа.
Цель исследования
- Для повышения эффективности отбора и анализа проб годичных колец деревьев.
- Для разработки надежного метода подготовки кернов прироста в сложных полевых условиях.
- Для получения более крупных наборов данных за более короткие промежутки времени.
Используемые методы
- 3D-моделирование и печать держателей кернов.
- Использование аккумуляторной дрели для извлечения керна.
- Заливка кернов парафином для стабилизации.
- Визуализация с высоким разрешением с помощью системы Skippy.
Основные результаты
- Новая конструкция держателя упрощает процесс подготовки керна.
- Были получены изображения поверхностей керна с высоким разрешением, что позволило провести детальный анализ.
- Данный протокол значительно сокращает время, затрачиваемое на полевые и лабораторные работы.
- Четкие изображения облегчили точную идентификацию границ колец.
Выводы
- Разработанный протокол повышает эффективность исследований годичных колец деревьев.
- Технология 3D-печати оказывается полезной для создания исследовательских инструментов.
- Визуализация с высоким разрешением имеет важное значение для развития дендрохронологических исследований.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Цифровые рабочие процессы анализа приростных кернов с использованием 3D-печатных держателей и систем визуализации высокого разрешения обеспечивают быструю и воспроизводимую обработку образцов для генерации больших объемов биологических данных. Этот подход позволяет проводить высокопроизводительный количественный анализ структурных особенностей, что способствует надежной проверке гипотез и сопоставимости результатов различных исследований. Данный рабочий процесс стратегически направлен на повышение прогностической достоверности и операционной эффективности в рамках ранних этапов поиска и трансляционных исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает стандартизированный отбор проб и оцифровку для количественного структурного анализа.
- Поддерживает проверку гипотез относительно паттернов биологического роста и соответствующих реакций.
- Способствует воспроизводимой генерации данных для механистического снижения рисков и валидации мишеней.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных цифровых образцов с высоким разрешением для последующих рабочих процессов анализа изображений.
- Повышение воспроизводимости и масштабируемости анализа за счет стандартизации обработки образцов и получения изображений.
- Обеспечение надежного количественного измерения структурных особенностей для целей скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает преемственность от отбора проб в полевых условиях до лабораторного анализа, способствуя поиску трансляционных биомаркеров.
- Приводит цифровые результаты в соответствие с требованиями доклинических моделей для интеграции данных между различными исследованиями.
- Сокращает количество операционных затруднений, поддерживая принятие решений о продвижении проекта с учетом рисков.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный рабочий процесс объединяет этапы от полевого сбора образцов до цифровой визуализации, обеспечивая поддержку стадий первичного поиска, скрининга и трансляционных исследований.
- Биология открытий: Обеспечивает количественную проверку гипотез и уточнение сигнальных путей с помощью оцифрованных структурных данных.
- Скрининг: Позволяет получать воспроизводимые изображения высокого разрешения, подходящие для автоматизированного или ручного анализа.
- Аналитика: Предоставляет количественные данные для статистического сравнения биологических условий.
- Трансляционные исследования: Обеспечивает непрерывность и сопоставимость данных в доклинических и трансляционных исследованиях.
- Корпоративное использование: Создает масштабируемый, многократно используемый рабочий процесс для различных нужд отбора биологических проб.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования и снижает неопределенность механизмов за счет стандартизированных количественных данных.
- Операционная ценность: Повышает воспроизводимость, масштабируемость и временную эффективность обработки образцов.
- Стратегическая ценность: Улучшает качество принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет создания более крупных и надежных наборов данных.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение проектов в рамках программ поиска и трансляционных исследований.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области 3D-моделирования, печати и систем визуализации высокого разрешения.
- Необходим доступ к совместимым микротомам, платформам визуализации и аналитическому программному обеспечению.
- Требуется межкомандная стандартизация процессов обработки образцов и управления данными.
- Метод адаптируем к различным типам биологических образцов с учетом требований к конкретной модели.
- Работа зависит от инфраструктуры хранения цифровых данных и анализа изображений.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:13
Creating the GSC‐Holder Using 3D Modeling Software
1:58
Extracting, Stabilizing, and Transporting Increment Cores in the Field
3:26
Preparing the Mounted Cores in the Lab for Digitizing the Cores
5:06
Digitizing the Core Surfaces for Analysis and Storage of Cores
