Duas seções transversais virtuais em ângulo reto através do sistema nervoso completo de uma larva de mosca da fruta. A combinação de microscopia de expansão, A microscopia óptica e o processamento de dados agora tornam possível reconstruir esse órgão complexo opticamente com resolução nanométrica. Esses dados têm o potencial de rastrear células nervosas individuais sem microscopia eletrônica complexa e, assim, acelerar significativamente os estudos para investigar a função neuronal. Cada seção destacada em cores é uma grande imagem 3D que foi montada automaticamente como um mosaico em uma imagem geral de centenas de gigabytes de tamanho. Crédito:Janelia / MDC
As técnicas modernas de microscopia de luz fornecem percepções extremamente detalhadas sobre os órgãos, mas os terabytes de dados que eles produzem geralmente são quase impossíveis de processar. Novo software, desenvolvido por uma equipe liderada pelo cientista do MDC Dr. Stephan Preibisch e agora apresentado em Métodos da Natureza , está ajudando os pesquisadores a entender essas resmas de dados.
Funciona quase como uma varinha mágica. Com a ajuda de alguns truques e artifícios químicos, os cientistas já há alguns anos conseguem tornar transparentes grandes estruturas, como cérebros de camundongos e organóides humanos. CLARITY é talvez a mais conhecida das muitas técnicas diferentes de limpeza de amostra, com o qual quase qualquer objeto de estudo pode ser tornado quase tão transparente quanto a água. Isso permite que os pesquisadores investiguem as estruturas celulares de maneiras que antes só podiam sonhar.
E isso não é tudo. Em 2015, outro truque de mágica - chamado de microscopia de expansão - foi apresentado na revista Ciência . Uma equipe de pesquisa do Massachusetts Institute of Technology (MIT) em Cambridge descobriu que era possível expandir fatias ultrafinas de cérebros de camundongos quase cinco vezes seu volume original, permitindo assim que as amostras sejam examinadas com ainda mais detalhes.
O software traz ordens para o caos de dados
"Com a ajuda de modernos microscópios de folha de luz, que agora são encontrados em muitos laboratórios, grandes amostras processadas por esses métodos podem ter imagens rapidamente, "diz o Dr. Stephan Preibisch, chefe do grupo de pesquisa em microscopia, Análise de imagens e modelagem de organismos em desenvolvimento no MDC's Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB). "O problema, Contudo, é que o procedimento gera grandes quantidades de dados - vários terabytes - que os pesquisadores muitas vezes lutam para filtrar e organizar os dados. "
Para criar ordem no caos, Preibisch e sua equipe desenvolveram agora um programa de software que, após reconstrução complexa dos dados, lembra um pouco o Google Maps no modo 3-D. "Não se pode apenas ter uma visão geral do quadro geral, mas também pode ampliar para examinar especificamente estruturas individuais na resolução desejada, "explica Preibisch, que batizou o software de "BigStitcher". Agora, o programa de computador, que qualquer cientista interessado pode usar, foi apresentado em revista científica Métodos da Natureza .
Uma equipe de doze pesquisadores de Berlim, Munique, o Reino Unido, e os Estados Unidos estiveram envolvidos no desenvolvimento. Os dois principais autores do artigo são David Hoerl, de Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, o Instituto de Biologia de Sistemas Médicos de Berlim (BIMSB) do MDC, bem como o pesquisador do MDC Dr. Fabio Rojas Rusak. Os pesquisadores mostram em seu artigo que algoritmos podem ser usados para reconstruir e dimensionar os dados adquiridos por microscopia de folha de luz de tal forma que torne um supercomputador desnecessário. "Nosso software funciona em qualquer computador padrão, "diz Preibisch." Isso permite que os dados sejam facilmente compartilhados entre as equipes de pesquisa. "
A qualidade dos dados também é determinada
O desenvolvimento do BigStitcher começou há cerca de dez anos. "Naquela hora, Eu ainda era um Ph.D. aluno e estava pensando muito sobre a melhor forma de lidar com grandes quantidades de dados, "lembra Preibisch." As estruturas que criamos naquela época nos ajudaram a resolver com sucesso um problema muito atual. " claro, ele adiciona, muitos novos algoritmos também foram incorporados ao software.
O BigStitcher pode visualizar na tela as amostras previamente capturadas em qualquer nível de detalhe desejado, mas também pode fazer muito mais. "O software avalia automaticamente a qualidade dos dados adquiridos, "diz Preibisch. Isso geralmente é melhor em algumas partes do objeto que está sendo estudado do que em outras." Às vezes, por exemplo, a limpeza não funciona tão bem em uma área específica, o que significa que menos detalhes são capturados lá, ”explica o pesquisador do MDC.
"Quanto mais brilhante uma determinada região de, dizer, um cérebro de rato ou um órgão humano é exibido na tela, quanto maior a validade e confiabilidade dos dados adquiridos, "diz Preibisch, descrevendo este recurso adicional de seu software. E porque mesmo as melhores técnicas de limpeza nunca alcançam 100 por cento de transparência da amostra, o software permite que os usuários girem e girem a imagem capturada pelo microscópio em qualquer direção na tela. Assim, é possível visualizar a amostra de qualquer ângulo. "Este é outro novo recurso do nosso software, "diz Preibisch.
Qualquer pessoa pode baixar o software gratuitamente
A função de zoom permite que os biólogos encontrem respostas para muitas perguntas, tais como:Onde no cérebro a divisão celular está ocorrendo atualmente? Onde o RNA é expresso? Ou onde terminam as projeções neuronais específicas? "Para descobrir tudo isso, é necessário primeiro obter uma visão geral de todo o objeto de estudo, mas, em seguida, ser capaz de aumentar o zoom para ver os menores detalhes em alta resolução, "explica Preibisch. Portanto, muitos laboratórios hoje precisam de softwares como o BigStitcher. O programa é distribuído dentro da estrutura de Fiji, onde qualquer cientista interessado pode baixar e usar o plug-in gratuitamente.
