Google Maps til væv

Moderne lysmikroskopiske teknikker giver ekstremt detaljeret indsigt i organer, men de terabyte af data, de producerer, er normalt næsten umulige at behandle. Ny software, udviklet af et team ledet af MDC-forskeren Dr. Stephan Preibisch og nu præsenteret i Naturens metoder , hjælper forskere med at forstå disse bunker af data.

Det fungerer næsten som en tryllestav. Ved hjælp af et par kemiske tricks og lister, forskere har i et par år nu været i stand til at gøre store strukturer som musehjerner og menneskelige organoider gennemsigtige. CLARITY er måske den mest kendte af de mange forskellige prøverydningsteknikker, hvormed næsten ethvert studieobjekt kan gøres næsten lige så gennemsigtigt som vand. Dette gør det muligt for forskere at undersøge cellulære strukturer på måder, de tidligere kun kunne drømme om.

Og det er ikke alt. I 2015 blev et andet trylletrick - kaldet ekspansionsmikroskopi - præsenteret i tidsskriftet Videnskab . Et forskerhold ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Cambridge opdagede, at det var muligt at udvide ultratynde skiver af musehjerner næsten fem gange deres oprindelige volumen, hvorved prøverne kan undersøges endnu mere detaljeret.

Softwaren bringer ordrer til datakaosset

"Ved hjælp af moderne lysarkmikroskoper, som nu findes i mange laboratorier, store prøver behandlet med disse metoder kan hurtigt afbildes, " siger Dr. Stephan Preibisch, leder af forskningsgruppen for mikroskopi, Billedanalyse og modellering af udviklende organismer ved MDC's Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB). "Problemet, imidlertid, er, at proceduren genererer så store mængder data - adskillige terabyte - at forskere ofte kæmper for at gennemskue og organisere dataene."

For at skabe orden i kaosset, Preibisch og hans team har nu udviklet et softwareprogram, der efter kompleks rekonstruktion af dataene ligner noget Google Maps i 3-D-tilstand. "Man kan ikke kun få et overblik over det store billede, men kan også zoome ind for specifikt at undersøge individuelle strukturer ved den ønskede opløsning, " forklarer Preibisch, der har døbt softwaren "BigStitcher". Nu, computerprogrammet, som enhver interesseret videnskabsmand kan bruge, er blevet præsenteret i det videnskabelige tidsskrift Naturens metoder .

Et hold på tolv forskere fra Berlin, München, Det Forenede Kongerige, og USA var involveret i udviklingen. Avisens to hovedforfattere er David Hoerl, fra Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) under MDC, samt MDC-forskeren Dr. Fabio Rojas Rusak. Forskerne viser i deres papir, at algoritmer kan bruges til at rekonstruere og skalere de data, der er erhvervet ved lysarkmikroskopi, på en sådan måde, at en supercomputer bliver unødvendig. "Vores software kører på enhver standardcomputer, " siger Preibisch. "Dette gør det nemt at dele data på tværs af forskerhold."

Datakvaliteten bestemmes også

Udviklingen af ​​BigStitcher begyndte for omkring ti år siden. "På det tidspunkt, Jeg var stadig ph.d. studerende og tænkte meget over, hvordan man bedst håndterer meget store mængder data, " husker Preibisch. "De rammer, vi skabte dengang, har hjulpet os til med succes at tackle et meget aktuelt problem." selvfølgelig, tilføjer han, mange nye algoritmer blev også indarbejdet i softwaren.

BigStitcher kan visualisere de tidligere afbildede prøver på skærmen i et hvilket som helst detaljeniveau. men den kan også meget mere. "Softwaren vurderer automatisk kvaliteten af ​​de indsamlede data, " siger Preibisch. Dette er normalt bedre i nogle dele af det objekt, der undersøges, end i andre. "Nogle gange, for eksempel, rydning fungerer ikke så godt i et bestemt område, hvilket betyder, at færre detaljer fanges der, " forklarer MDC-forskeren.

"Jo lysere en bestemt region af, sige, en musehjerne eller et menneskeligt organ vises på skærmen, jo højere validitet og pålidelighed af de indhentede data, " siger Preibisch, beskriver denne ekstra funktion i hans software. Og fordi selv de bedste clearingteknikker aldrig opnår 100 procent gennemsigtighed af prøven, softwaren lader brugerne rotere og dreje billedet, der er taget af mikroskopet, i en hvilken som helst retning på skærmen. Det er således muligt at se prøven fra enhver vinkel. "Dette er endnu en ny funktion i vores software, " siger Preibisch.

Alle kan downloade softwaren gratis

Zoomfunktionen gør det muligt for biologer at finde svar på mange spørgsmål, såsom:Hvor i hjernen foregår celledeling i øjeblikket? Hvor udtrykkes RNA? Eller hvor ender bestemte neuronale projektioner? "For at finde ud af alt dette, det er først nødvendigt at få et overblik over hele undersøgelsesobjektet, men så for at kunne zoome ind for at se de mindste detaljer i høj opløsning, " forklarer Preibisch. Derfor, mange laboratorier i dag har behov for software som BigStitcher. Programmet er distribueret inden for Fiji-rammen, hvor enhver interesseret videnskabsmand kan downloade og bruge plug-in'et gratis.