Uma equipe de pesquisa combinada da Carnegie Mellon University e do Benaroya Research Institute na Virginia Mason está combinando uma técnica de imagem em nanoescala com a tecnologia de realidade virtual (VR) para criar um método que permite aos pesquisadores "entrar" em seus dados biológicos.

Ao combinar a técnica, chamado microscopia de expansão, com VR, cientistas serão capazes de ampliar, explorar e analisar estruturas celulares muito além das capacidades da microscopia de luz tradicional.

O desenvolvimento dessas tecnologias, um processo de duas etapas financiado em $ 200, 000 através do Grand Challenges, uma iniciativa da Fundação Bill &Melinda Gates, acelerará a compreensão dos pesquisadores sobre doenças infecciosas e autoimunes e aumentará sua capacidade de desenvolver diagnósticos e métodos de prevenção e tratamento de doenças.

Yongxin (Leon) Zhao, professor assistente de ciências biológicas no Carnegie Mellon's Mellon College of Science, vem desenvolvendo a técnica de microscopia de expansão para ampliar fisicamente uma biópsia, permitindo que os pesquisadores vejam pequenos detalhes em amostras biológicas usando microscópios padrão.

Zhao faz as amostras de biópsia crescerem ao transformá-las quimicamente em hidrogéis solúveis em água. Ele então aplica um tratamento que solta os tecidos e permite que eles se expandam mais de 100 vezes em volume. Os tecidos e moléculas dentro da amostra podem ser rotulados, criado e compilado em um conjunto complexo de dados, para ser usado para estudar as interações entre as células e suas estruturas.

Contudo, uma limitação da tecnologia é que ela extrai duas a três ordens de magnitudes a mais de dados do que as técnicas atuais são capazes de interpretar. Para ajudar a resolver esse problema, a Fundação Gates concede microscopia de expansão com uma técnica de realidade virtual desenvolvida no Benaroya Research Institute em Virginia Mason (BRI).

Por meio da tecnologia VR desenvolvida especificamente para esse fim, os pesquisadores serão capazes de ver e manipular as imagens de microscopia de expansão 2-D originalmente em 3-D, dando-lhes uma visão de 360 ​​graus das organizações e interações de tecidos e proteínas.

"Na BRI, vamos preparar as amostras vivas de doenças infecciosas e autoimunes, "disse Caroline Stefani, associado sênior de pesquisa de pós-doutorado. "Vamos enviar para Carnegie Mellon, onde eles irão ampliar as amostras e enviar as imagens de volta para o BRI para serem vistas em VR. "

"Este é o futuro de como os cientistas podem lidar com dados complexos, "Zhao disse." É uma experiência envolvente, assim como você está sentado dentro de seus dados. Você tem a liberdade de explorar seus dados de todos os ângulos e locais. "

A tecnologia de realidade virtual foi desenvolvida por Tom Skillman, Ex-diretor de tecnologia de pesquisa do BRI, que desde então fundou uma empresa de RV, Ciência Imersiva.

"Meu papel nesta bolsa é desenvolver uma ferramenta de software que permitirá aos cientistas que estudam doenças uma maneira de entender grandes quantidades de dados por meio de uma técnica computacional chamada 'ciência imersiva, '", Disse Skillman." Trazer todos os dados para a RV não apenas permite que o cientista veja suas imagens de microscópio 2-D em 3-D completo, mas para interagir com os dados, selecionando canais, ajustando as visualizações, cores e contraste, e agarrar e girar as imagens para identificar rapidamente os principais aspectos da imagem que estão associados à doença em estudo. "

O objetivo final é para a ferramenta VR, chamado ExMicroVR, para ser compartilhado em plataformas abertas com outros pesquisadores junto com microscopia de expansão para que eles também possam visualizar novos detalhes dos processos da doença e entender mais, conjuntos de dados mais complexos.

O sistema para converter dados de microscopia de expansão em imagens VR 3-D será acessível e facilmente acessível a pesquisadores e médicos em países em desenvolvimento. Também permitirá que até seis pessoas colaborem e vejam a mesma amostra remotamente ao mesmo tempo.