Een gecombineerd onderzoeksteam van de Carnegie Mellon University en het Benaroya Research Institute in Virginia Mason combineert een beeldvormingstechniek op nanoschaal met virtual reality (VR) -technologie om een ​​methode te creëren waarmee onderzoekers hun biologische gegevens kunnen 'binnenstappen'.

Door de techniek te combineren, expansiemicroscopie genoemd, met VR, wetenschappers kunnen vergroten, verken en analyseer celstructuren die veel verder gaan dan de mogelijkheden van traditionele lichtmicroscopie.

De ontwikkeling van deze technologieën, een proces in twee stappen gefinancierd op $ 200, 000 via grote uitdagingen, een initiatief van de Bill &Melinda Gates Foundation, zal het begrip van onderzoekers van infectieuze en auto-immuunziekten versnellen en hun vermogen vergroten om ziektediagnostiek en preventie- en behandelingsmethoden te ontwikkelen.

Yongxin (Leon) Zhao, een assistent-professor biologische wetenschappen aan Carnegie Mellon's Mellon College of Science, heeft de expansiemicroscopietechniek ontwikkeld om een ​​biopsie fysiek te vergroten, waardoor onderzoekers fijne details in biologische monsters kunnen zien met behulp van standaardmicroscopen.

Zhao laat biopsiemonsters groter worden door ze chemisch om te zetten in wateroplosbare hydrogels. Vervolgens past hij een behandeling toe die de weefsels losmaakt en ze meer dan 100 keer in volume laat uitzetten. De weefsels en moleculen in het monster kunnen dan worden gelabeld, afgebeeld en gecompileerd tot een complexe set gegevens, te gebruiken om interacties tussen cellen en hun structuren te bestuderen.

Echter, een beperking van de technologie is dat het twee tot drie ordes van grootte meer gegevens extraheert dan de huidige technieken kunnen interpreteren. Om dat probleem te helpen oplossen, de Gates Foundation-beurs koppelt expansiemicroscopie aan een virtual reality-techniek die is ontwikkeld aan het Benaroya Research Institute in Virginia Mason (BRI).

Door speciaal voor dit doel ontwikkelde VR-technologie, onderzoekers zullen de oorspronkelijk 2D-expansiemicroscopiebeelden in 3D kunnen zien en manipuleren, waardoor ze een 360 graden beeld krijgen van weefsel- en eiwitorganisaties en interacties.

"Bij BRI, we zullen de levende monsters van infectieuze en auto-immuunziekten voorbereiden, " zei Caroline Stefani, senior postdoctoraal onderzoeksmedewerker. "We sturen die naar Carnegie Mellon, waar ze de monsters vergroten en afbeeldingen terugsturen naar BRI om ze in VR te bekijken."

"Dit is de toekomst van hoe wetenschappers met complexe gegevens kunnen omgaan, "Zei Zhao. "Het is een meeslepende ervaring, net alsof u in uw gegevens zit. Je hebt de vrijheid om je gegevens vanuit elke hoek en elke plek te verkennen."

De virtual reality-technologie is ontwikkeld door Tom Skillman, BRI's voormalige directeur van onderzoekstechnologie, die sindsdien een VR-bedrijf heeft opgericht, Immersieve wetenschap.

"Mijn rol in deze subsidie ​​is het ontwikkelen van een softwaretool waarmee wetenschappers die ziekten bestuderen een manier kunnen vinden om grote hoeveelheden gegevens te begrijpen door middel van een rekentechniek die 'immersive science' wordt genoemd. '", zei Skillman. "Door al die gegevens in VR te brengen, kunnen de wetenschapper niet alleen hun 2D-microscoopbeelden in volledig 3D zien, maar om met de gegevens om te gaan, kanalen selecteren, het aanpassen van de weergaven, kleuren en contrasten, en het grijpen en draaien van de afbeeldingen om snel de belangrijkste aspecten van de afbeelding te identificeren die verband houden met de ziekte die wordt bestudeerd."

Het uiteindelijke doel is voor de VR-tool, genaamd ExMicroVR, te delen op open platforms met andere onderzoekers, samen met expansiemicroscopie, zodat ook zij nieuwe details van ziekteprocessen kunnen bekijken en grotere, complexere datasets.

Het systeem om expansiemicroscopiegegevens om te zetten in VR 3D-beelden zal betaalbaar en gemakkelijk toegankelijk zijn voor onderzoekers en artsen in ontwikkelingslanden. Het zal ook mogelijk maken voor maximaal zes mensen om samen te werken en hetzelfde monster tegelijkertijd op afstand te bekijken.