Google карты для тканей

Современные световые микроскопические методы обеспечивают чрезвычайно детальное понимание органов, но терабайты данных, которые они производят, обычно практически невозможно обработать. Новое программное обеспечение помогает исследователям разобраться в этих данных.

Современные световые микроскопические методы обеспечивают чрезвычайно детальное понимание органов, но терабайты данных, которые они производят, обычно практически невозможно обработать. Новое программное обеспечение, разработанное командой, возглавляемой ученым MDC доктором Стефаном Прейбишем и представленное в журнале Nature Methods, помогает исследователям разобраться в этих данных.

Это работает почти как волшебная палочка. С помощью нескольких химических уловок и уловок ученые в течение нескольких лет смогли сделать прозрачными большие структуры, такие как мозг мыши и человеческие органоиды. Ясность, пожалуй, самая известная из множества различных методов очистки образцов, с помощью которых практически любой объект исследования можно сделать почти таким же прозрачным, как вода. Это позволяет исследователям исследовать клеточные структуры способами, о которых они раньше могли только мечтать.

И это еще не все. В 2015 году в журнале Science был представлен еще один фокус — расширение микроскопии. Исследовательская группа из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже обнаружила, что можно увеличить ультратонкие срезы мозга мыши почти в пять раз по сравнению с их первоначальным объемом, что позволяет исследовать образцы еще более подробно.

Программное обеспечение приносит заказы в хаос данных

«С помощью современных световых микроскопов, которые сейчас можно найти во многих лабораториях, можно быстро получить большие образцы, обработанные этими методами», — говорит д-р Стефан Прейбиш, руководитель исследовательской группы по микроскопии, анализу изображений и моделированию Развивающиеся организмы в Берлинском институте медицинской системной биологии MDC (BIMSB). «Проблема, однако, заключается в том, что процедура генерирует такие большие объемы данных — несколько терабайт — что исследователи часто пытаются просеять и систематизировать данные».

Чтобы навести порядок в хаосе, Прейбиш и его команда в настоящее время разработали программное обеспечение, которое после сложной реконструкции данных напоминает карты Google в 3D-режиме. «Можно не только получить общее представление об общей картине, но также можно увеличить изображение, чтобы специально изучить отдельные конструкции с желаемым разрешением», — объясняет Прейбиш, который окрестил программное обеспечение «BigStitcher». Теперь компьютерная программа, которую может использовать любой заинтересованный ученый, представлена в научном журнале Nature Methods.

Команда из двенадцати исследователей из Берлина, Мюнхена, Великобритании и Соединенных Штатов была вовлечена в разработку. Двумя ведущими авторами статьи являются Дэвид Хёрл из Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, Берлинский институт биологии медицинских систем (BIMSB) MDC, а также исследователь MDC доктор Фабио Рохас Русак. Исследователи показывают в своей статье, что алгоритмы могут использоваться для реконструкции и масштабирования данных, полученных с помощью микроскопии на легких листах, таким образом, что суперкомпьютер становится ненужным. «Наше программное обеспечение работает на любом стандартном компьютере», — говорит Прейбиш. «Это позволяет легко обмениваться данными между исследовательскими группами».

Качество данных также определяется

Разработка BigStitcher началась около десяти лет назад. «В то время я еще был аспирантом и много думал о том, как лучше всего обрабатывать очень большие объемы данных», — вспоминает Прейбиш. «Фреймворки, которые мы создали в то время, помогли нам успешно решить очень актуальную проблему». Но, конечно, добавляет он, многие новые алгоритмы были также включены в программное обеспечение.

BigStitcher может визуализировать на экране ранее сэмплированные образцы с любым уровнем детализации, но он также может делать гораздо больше. «Программное обеспечение автоматически оценивает качество полученных данных», — говорит Прейбиш. Это обычно лучше в некоторых частях изучаемого объекта, чем в других. «Иногда, например, очистка не работает так хорошо в определенной области, а это означает, что там фиксируется меньше деталей», — объясняет исследователь MDC.

«Чем ярче конкретная область, скажем, мозга мыши или человеческого органа, отображается на экране, тем выше достоверность и достоверность полученных данных», — говорит Прейбиш, описывая эту дополнительную функцию своего программного обеспечения. И поскольку даже самые лучшие методы очистки никогда не достигают 100-процентной прозрачности образца, программное обеспечение позволяет пользователям поворачивать и поворачивать изображение, снятое микроскопом, в любом направлении на экране. Таким образом, можно рассмотреть образец под любым углом. «Это еще одна новая функция нашего программного обеспечения», — говорит Прейбиш.

Любой желающий может скачать программное обеспечение бесплатно

Функция масштабирования позволяет биологам находить ответы на многие вопросы, такие как: где в настоящее время происходит деление клеток в мозге? Где экспрессируется РНК? Или где заканчиваются конкретные нейрональные проекции? «Чтобы выяснить все это, сначала необходимо получить обзор всего объекта исследования, а затем иметь возможность увеличить изображение, чтобы рассмотреть мельчайшие детали в высоком разрешении», — объясняет Прейбиш. Поэтому во многих лабораториях сегодня требуется программное обеспечение, такое как BigStitcher. Программа распространяется в рамках Фиджи, где любой заинтересованный ученый может бесплатно скачать и использовать плагин.