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显微镜和VR照亮了预防和治疗疾病的新方法

来自卡内基梅隆大学和弗吉尼亚梅森贝纳罗亚研究所的联合研究小组正在将纳米级成像技术与虚拟现实技术相结合,创建一种方法,使研究人员能够“深入”他们的生物数据。

通过将称为扩展显微镜的技术与虚拟现实(VR)相结合,科学家们将能够扩展,探索和分析远远超出传统光学显微镜功能的细胞结构。

这些技术的发展,通过比尔和梅林达盖茨基金会的一项倡议,通过大挑战获得20万美元的两步流程,将加速研究人员对传染病和自身免疫疾病的认识,并提高他们开发疾病诊断和预防和治疗的能力。方法。

永新(莱昂)赵,助理教授生物科学在卡内基梅隆大学科学学院梅隆,一直在发展扩张显微技术物理放大活检,使研究人员能够看到使用标准的显微镜生物样品中的细节。

Zhao通过将活检样品化学转化为水溶性水凝胶,使活检样品的大小增大。然后,他应用一种松弛组织的处理,使其膨胀超过100倍。然后可以对样品内的组织和分子进行标记,成像并编译成一组复杂的数据,用于研究细胞及其结构之间的相互作用。

然而,该技术的局限性在于它比当前技术能够解释的提取2-3个数量级的数据。为了帮助解决这个问题,盖茨基金会使用弗吉尼亚梅森(BRI)贝纳罗亚研究所开发的虚拟现实技术授予对扩展显微镜。

通过专门为此目的开发的VR技术,研究人员将能够以3D形式查看和操作最初的2D扩展显微镜图像,为他们提供组织和蛋白质组织和相互作用的360度视图。

“在BRI,我们将准备活的传染病和自身免疫性疾病样本,”高级博士后研究员Caroline Stefani说。“我们会把这些发送到卡内基梅隆,在那里他们将扩大样本并将图像发送回BRI以便在VR中观看。”

“这是科学家如何处理复杂数据的未来,”赵说。“这是一种身临其境的体验,就像你坐在你的数据中一样。你可以自由地从各个角度和每个地点探索你的数据。”

虚拟现实技术由BRI前研究技术总监Tom Skillman开发,后来他成立了VR公司Immersive Science。

“我在这项拨款中的作用是开发一种软​​件工具,让研究疾病的科学家能够通过一种称为”沉浸式科学“的计算技术来理解大量数据,”Skillman说。“将所有数据整合到VR中不仅可以让科学家在全3D中看到他们的2D显微镜图像,而且可以与数据交互,选择通道,调整视图,颜色和对比度,以及抓取和旋转图像以快速识别关键与研究中的疾病相关的图像方面。“

最终目标是将VR工具(称为ExMicroVR™)与其他研究人员一起在开放平台上与扩展显微镜共享,以便他们也可以查看疾病过程的新细节并了解更大,更复杂的数据集。

将扩展显微镜数据转换为VR 3D图像的系统将是负担得起的,并且发展中国家的研究人员和医生可以轻松访问。它还允许最多六个人同时远程协作和查看相同的样本。

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