新型 APIC 方法消除了显微镜中的模糊和失真
数百年来，显微镜的清晰度和放大倍数最终受到光学镜头的物理特性限制。显微镜制造商通过制造越来越复杂和昂贵的镜头元件堆栈来突破这些界限。尽管如此，科学家还是必须在高分辨率和小视野之间做出选择，还是低分辨率和大视野之间做出选择。 2013 年，加州理工学院的工程师团队推出了一种名为 FPM（傅立叶叠层显微技术）的显微镜技术。该技术标志着计算显微镜的出现，该技术将传统显微镜的传感与计算机算法相结合，以新的方式处理检测到的信息，从而创建覆盖更大区域的更深、更清晰的图像。自那时起，FPM 就被广泛采用，因为它能够使用相对便宜的设备获取样本的高分辨率图像，同时保持较大的视野。 现在，同一实验室开发了一种新方法，该方法在获取无模糊或失真图像方面优于 FPM，即使测量次数较少。这项新技术在发表于《科学》杂志的一篇论文中进行了描述 自然通讯，可能推动生物医学成像、数字病理学和药物筛选等领域的进步。 这种新方法被称为 APIC（即采用闭式方法的角度叠层成像），它具有 FPM 的所有优点，而没有其最大的缺点，即，为了得到最终图像，FPM 算法依赖于从一个或多个最佳猜测开始，然后一次调整一点以达到其“最优”解决方案，但该解决方案可能并不总是符合原始图像。 在电气工程、生物工程和医学工程 Thomas G. Myers 教授兼 Heritage 医学研究所研究员 Changhuei Yang 的领导下，加州理工学院的研究团队意识到可以消除该算法的这种迭代性质。 APIC 不是依靠反复试验来寻找解决方案，而是通过求解线性方程来获得像差或显微镜光学系统引入的扭曲的详细信息。一旦知道了像差，系统就可以对其进行校正，基本上就像理想状态一样运行，并产生覆盖大视野的清晰图像。 “我们以封闭形式的方式得到了高分辨率复杂场的解决方案，因为我们现在对显微镜捕捉到的内容、我们已经知道的内容以及我们需要真正弄清楚的内容有了更深入的了解，所以我们不需要任何迭代，“该论文的共同主要作者、杨氏实验室前研究生、现任加州大学伯克利分校博士后学者曹瑞志 (24 届博士) 说道。”通过这种方式，我们基本上可以保证我们看到的是样品的真实最终细节。” 除了消除相位求解算法的迭代性质之外，新技术还允许研究人员在大视野范围内收集清晰的图像，而无需反复重新调焦显微镜。使用 FPM，如果样本的高度从一个部分到另一个部分相差几十微米，使用显微镜的人就必须重新调焦才能使算法正常工作。由于这些计算显微镜技术经常涉及将 100 多张低分辨率图像拼接在一起以拼凑出更大的视野，这意味着 APIC 可以使该过程更快，并防止在许多步骤中可能出现人为错误。 “我们已经开发了一个框架来纠正像差并提高分辨率。” ”曹说。 “这两种功能可能会为更广泛的成像系统带来巨大的潜力。“ 杨说，APIC 的开发对于他的实验室目前正在开展的更广泛的工作至关重要，旨在优化人工智能 (AI) 应用的图像数据输入。杨说：“最近，我的实验室表明，人工智能在预测肺癌患者简单的组织病理学切片的转移进展方面可以胜过专家病理学家。”“这种预测能力高度依赖于获得均匀聚焦和高质量的显微镜图像，而 APIC 非常适合这一点。” 这篇题为“通过像差校正、闭式复杂场重建实现高分辨率、大视场无标记成像”的论文在线发表于 自然通讯 6月3日。该项研究得到了Heritage医学研究所的支持。 数百年来，显微镜的清晰度和放大倍数最终受到光学镜头的物理特性限制。显微镜制造商通过制造越来越复杂和昂贵的镜头元件堆栈来突破这些界限。尽管如此，科学家还是必须在高分辨率和小视野之间做出选择，还是低分辨率和大视野之间做出选择。 2013 年，加州理工学院的工程师团队推出了一种名为 FPM（傅立叶叠层显微技术）的显微镜技术。该技术标志着计算显微镜的出现，该技术将传统显微镜的传感与计算机算法相结合，以新的方式处理检测到的信息，从而创建覆盖更大区域的更深、更清晰的图像。自那时起，FPM 就被广泛采用，因为它能够使用相对便宜的设备获取样本的高分辨率图像，同时保持较大的视野。 现在，同一实验室开发了一种新方法，该方法在获取无模糊或失真图像方面优于 FPM，即使测量次数较少。这项新技术在发表于《科学》杂志的一篇论文中进行了描述 自然通讯，可能推动生物医学成像、数字病理学和药物筛选等领域的进步。 […]
UBC 研究人员利用人工智能改善子宫内膜癌的诊断和治疗
不列颠哥伦比亚大学研究人员的一项发现有望改善对子宫内膜癌（最常见的妇科恶性肿瘤）患者的护理。 研究人员利用人工智能（AI）在数千张癌细胞图像中识别模式，确定了子宫内膜癌的一个独特亚群，这种亚群使患者面临更大的复发和死亡风险，但传统病理学和分子诊断学却无法识别。 研究结果发表于今日 自然通讯将帮助医生识别可从更全面的治疗中受益的高危疾病患者。 “子宫内膜癌是一种多样化的疾病，有些患者比其他患者更容易出现癌症复发，”UBC 教授兼 Chew Wei 博士妇科肿瘤学主任、BC 癌症和温哥华总医院外科科学家 Jessica McAlpine 博士说。“识别高风险疾病患者非常重要，这样我们才能进行干预并希望防止复发。这种基于人工智能的方法将有助于确保没有患者错过可能挽救生命的干预机会。” 人工智能精准医疗 这一发现以 McAlpine 博士及其不列颠哥伦比亚省妇科癌症计划同事的研究为基础。该计划是由不列颠哥伦比亚省、不列颠哥伦比亚省癌症中心、温哥华沿岸卫生局和不列颠哥伦比亚省妇女医院之间的多机构合作。他们在 2013 年帮助证明，基于癌细胞的分子特征，子宫内膜癌可分为四种亚型，每种亚型对患者的风险程度不同。 麦卡尔平博士及其团队随后开发了一种名为 ProMiSE 的创新分子诊断工具，可以准确辨别亚型。该工具目前已在不列颠哥伦比亚省、加拿大部分地区和国际范围内用于指导治疗决策。 然而，挑战依然存在。最常见的分子亚型约占所有病例的 50%，基本上是缺乏可辨别分子特征的子宫内膜癌的统称。 这一大类患者中，有些患者的治疗效果非常好，而有些患者的癌症治疗效果则非常差。但到目前为止，我们仍然缺乏识别高风险患者的工具，因此我们无法为他们提供适当的治疗。” Jessica McAlpine 博士，不列颠哥伦比亚大学教授 McAlpine 博士向长期合作者和机器学习专家、UBC 生物医学工程和病理学及实验室医学助理教授 Ali Bashashati 博士寻求帮助，尝试使用先进的人工智能方法进一步细分类别。 Bashashati 博士及其团队开发了一种深度学习 AI 模型，用于分析从患者身上采集的组织样本图像。该 AI 经过训练可以区分不同的亚型，在分析了 2,300 多张癌症组织图像后，确定了存活率明显较低的新亚型。 “人工智能的强大之处在于它可以客观地查看大量图像并识别出人类病理学家无法识别的模式，”Bashashati 博士说。“它就像大海捞针。它告诉我们，具有这些特征的癌症是最严重的罪犯，对患者的风险更高。” 将这一发现带给患者 在特里福克斯研究所的资助下，该团队目前正在探索如何将人工智能工具与传统的分子和病理诊断结合起来应用到临床实践中。 麦卡尔平博士说：“两者相辅相成，人工智能为我们现有的测试提供了额外的保障。” 基于人工智能的方法的一个好处是它具有成本效益，并且易于跨地域部署。人工智能可以分析病理学家和医疗保健提供者定期收集的图像，即使是在农村和偏远社区的小型医院，也可以在寻求第二诊断意见时共享这些图像。 分子分析和人工智能分析的结合使用可以让许多患者留在自己的社区接受强度较低的手术，同时确保那些需要在大型癌症中心接受治疗的患者能够接受治疗。 “对我们来说，真正有吸引力的是实现更大公平和可及性的机会，”Bashashati 博士说。“人工智能不会在意你是在大城市中心还是农村社区，它随时可用，所以我们希望这能真正改变我们为世界各地患者诊断和治疗子宫内膜癌的方式。” 来源： 不列颠哥伦比亚大学 2024-06-27 05:21:00 […]
使用分子诊断检测方法检测发热性疟疾患者的 Duffy 血型基因型和亚微观疟原虫感染 | 《疟疾杂志》
Howard CT、McKakpo US、Qyakyi IA、Bosopem KM、Addison EA、Sun K 等。《加纳无并发症恶性疟原虫疟疾患者中铁调素与寄生虫血症和贫血的关系》。《Am J Trop Med Hyg》。2007；77：23-6。 谷歌学术 Ghebreyesus TA、Haile M、Witten KH、Getachew A、Yohannes M、Lindsay SW 等。埃塞俄比亚高地儿童疟疾的家庭危险因素。Trans R Soc Trop Med Hyg。2000；94：17-21。 中科院 PubMed 谷歌学术 Peterson I, Borrell LN, El-Sadr W, Teklehaimanot A. 埃塞俄比亚高地地区与疟疾发病率相关的个人和家庭层面因素：多层次分析。Am J Trop Med Hyg. 2009;80:103–11。 PubMed 谷歌学术 Negash K、Kebede A、Medhin A、Argaw D、Babaniyi O、Guintran JO 和 Delacollette C. […]
世界上第一个用于医疗过程中高光谱成像的刚性内窥镜系统
高光谱成像 (HSI) 是一种最先进的技术，可以捕获和处理给定电磁频谱的信息。 与捕获特定波长光强度的传统成像技术不同，HSI 收集图像中每个像素的全光谱。 这些丰富的光谱数据可以根据其独特的光谱特征来区分不同的材料和物质。 近红外高光谱成像（NIR-HSI）作为一种分析物体成分的无损技术，在食品和工业领域引起了极大的关注。 NIR-HSI 的一个值得注意的方面是超千纳米 (OTN) 光谱，可用于有机物质的识别、浓度估计和 2D 图创建。 此外，NIR-HSI 可用于获取身体深处的信息，使其可用于隐藏在正常组织中的病变的可视化。 人们已经开发出各种类型的 HSI 设备来适应不同的成像目标和情况，例如用于显微镜下成像或便携式成像以及密闭空间内成像。 然而，对于 OTN 波长，普通可见光相机会失去灵敏度，并且只有少数商用镜头可以校正色差。 此外，有必要为便携式NRI-HSI设备构建相机、光学系统和照明系统，但目前还没有报道能够通过刚性范围采集NIR-HSI的设备，这对便携性至关重要。 现在，在一项新的研究中，由东京理科大学 (TUS) 的 Hiroshi Takemura 教授领导的研究小组包括来自 TUS 的 Toshihiro Takamatsu、Ryodai Fukushima、Kounosuke Sato、Masakazu Umezawa 和 Kohei Soga，以及来自 TUS 的 Hideo Yokota RIKEN 以及来自大加那利岛拉斯帕尔马斯大学的 Abian Hernandez Guedes 和 Gustavo M. Calico 最近开发了世界上第一个能够进行从可见光到 OTN 波长的 HSI […]
原子的“幽灵”特性，由西班牙开创性显微镜拍摄
在量子领域，即支配分子和原子现实的世界，事情以一种奇怪的方式发生：粒子可以同时处于两种不同的状态（就像薛定谔著名的猫，同时生和死）。 ）、传送、跨墙、“感觉”和交织在一起，即使它们相隔数千公里……尽管这些被阿尔伯特·爱因斯坦本人称为“幽灵”的属性在我们每天经历的现实中没有意义，他们确实干扰了它。 更重要的是，科学家们努力用自己的法则来理解整个微型宇宙，因为它可能是我们未来的关键，使我们能够创造出新的、有前途的材料来解开宇宙的奥秘。 目前，人类仍处于了解量子世界的过程中，但正在一点一点地让我们离量子世界越来越近。 其中一项进展是由研究人员领导的 光子科学研究所（ICFO），在卡斯特尔德费尔斯（巴塞罗那），他们建造了一台能够观察单个原子的量子气体显微镜。 用一种更简单的方式解释：一台名为 QUIONE 的机器，以纪念希腊雪女神，它能够“冻结”原子，能够同时存在于多个地方，并对它们进行拍照。 不仅如此：您可以以某种方式放置它们并观察它们的个人行为。 结果刚刚发表在《PRX量子。 加泰罗尼亚研究与高级研究所 (ICREA) 教授莱蒂西亚·塔鲁尔 (Leticia Tarruell) 表示：“这是西班牙首次建造量子气体显微镜（适用于任何原子物种），也是世界上第一台使用锶的显微镜。”向ABC 解释。 ）和该项目的领导者，研究人员 Sandra Buob、Jonatan Höschele、Vasiliy Makhalov 和 Antonio Rubio-Abadal 也参与其中。 到目前为止，这些显微镜都是基于锂和钾等碱性原子，与锶等碱土原子相比，它们的光谱特性更简单。 “这意味着在这些实验中，锶提供了更多可以使用的成分。” 即进行更精确、更复杂的模拟。 实验室团队 – 从左到右：Sandra Buob、Antonio Rubio-Abadal、Vasiliy Makhalov、Jonatan Höschele 和 Leticia Tarruell ICFO 具体来说，QUIONE 将对未来的材料进行模拟，例如，这些材料可能是高温下的超导体或具有某些磁性。 “无论我们需要什么，”塔鲁尔说。 因为材料是否具有某些特性或其他特性的关键在于微观层面：特别是它们的电子及其排列方式。 而且，使用原子就像材料的电子一样，可以模拟不同的属性，从而节省了传统方法需要花费的大量时间的计算。 就像在 QUIONE 中创建材料的模拟双胞胎一样。 研究人员说：“量子模拟可用于将非常复杂的系统简化为更简单的模型，然后理解当前计算机无法回答的开放性问题，例如为什么某些材料即使在相对较高的温度下也能导电而不会损失。” “冻结”原子的方法 让我们的技术“眼睛”进入量子世界并不是一件容易的事。 QUIONE 需要非常低的温度（纳开尔文量级，仅比绝对零高几亿分之一度；比外太空温度低）来“冻结”原子。 在短短几毫秒内，系统突然降低温度。 […]
研究指出 APOE4 对脂质的有害影响
北卡罗来纳大学医学院研究员 Sarah Cohen 博士和 Cohen 实验室前博士生 Ian Windham 有了关于载脂蛋白 E (APOE) 的新发现，载脂蛋白 E (APOE) 是晚发性阿尔茨海默病的最大遗传风险因素。 从父母那里继承了 APOE4 基因变异的老年人，患迟发性神经退行性疾病的风险要高出两到三倍。 如果研究人员能够更好地了解 APOE4 如何影响脑细胞，可能会帮助他们设计有效的治疗方法并针对导致疾病风险增加的机制。 Cohen 和 Windham 进行了一项为期五年的极其彻底的研究，以更好地理解和可视化 APOE4、阿尔茨海默病和大脑中称为脂质的脂肪分子之间的关系。 “我们发现，当 APOE4 围绕脂质储存中心时，被称为星形胶质细胞的脑细胞更容易受到损伤，甚至可能出现功能障碍，”细胞生物学和生理学助理教授、发表在《自然》杂志上的论文的资深作者 Cohen 说。 细胞生物学杂志。 “这种机制可以解释为什么 APOE4 在细胞水平上会增加患阿尔茨海默病的风险。” 脂质在大脑中的作用 大脑干物质的百分之六十由脂质组成，脂质在大脑中发挥着重要作用，例如储存细胞能量和形成髓磷脂（包围和隔离神经元的物质）。 脂质存在于星形胶质细胞内称为脂滴的专门脂肪储存室中。 尽管脂质可能很有帮助，但如果条件合适，它们也可能变得有毒。 当兴奋或压力时，神经元会向环境中释放有毒脂质。 星形胶质细胞的任务是清理自由漂浮的有毒脂质并防止它们在大脑中积聚。 如果星形胶质细胞以任何方式受损或功能失调，它们就无法履行其清洁职责。 因此，其他被称为小胶质细胞的脑细胞也无法清除大脑中的β淀粉样蛋白斑块，而β淀粉样蛋白斑块是阿尔茨海默病的另一个驱动因素。 实时查看 APOE APOE 由星形胶质细胞产生。 就像出租车或优步一样，这种蛋白质负责监督大脑细胞类型之间脂质的释放和运输。 温德姆和科恩想了解星形胶质细胞中的脂质到底发生了什么。 温德姆领导了这项工作，创建了一个标记和标签系统，使他们能够在显微镜下看到星形胶质细胞的内部活动。 用绿色荧光蛋白标记 APOE 使我们能够看到 APOE 在活细胞内的不同位置。” […]
探索胰岛细胞损失与年龄相关健康状况之间的联系
东京都立大学的研究人员研究了以前没有胰腺问题的人的胰岛细胞损失情况。 他们确定了不同年龄组和性别中因胰岛细胞丢失而丢失的细胞类型的主要趋势，发现老年人群中的 ICL 很大程度上是由于产生胰岛素的 β 细胞丢失所致。 这可能是与年龄相关的糖尿病的原因，并有助于为新的预防性治疗提供信息。 胰腺是人体消化系统极其重要的一部分，特别是通过分泌胰岛素来调节血糖水平。 虽然胰腺的每个部分都很重要，但并非每个部分都具有相同的功能。 仔细观察就会发现一个有趣的内部结构，其中的细胞胰岛被称为朗格汉斯胰岛，以其发现者的名字命名，其中含有产生激素（内分泌）的细胞。 它们只占胰腺所有细胞的一小部分（大约 1%），对其形态的任何改变或表明健康问题的潜在驱动因素。 东京都立大学易双勤教授领导的团队一直在研究胰岛细胞丢失（ICL）现象，在显微镜下观察时，这些胰岛区域会出现空隙。 这些胰岛可能被健康细胞或病变包围，它们能否告诉我们有关一个人健康的信息还有待观察。 这使得研究小组对死前没有胰腺疾病（年龄在 65 岁至 104 岁）的人的尸体上采集的胰腺切片进行了彻底的调查。健康人群中的胰岛细胞损失很少被研究。 通过在显微镜下观察胰腺的染色切片并分析图像来确定每个样本中的细胞损失程度。 他们关注年龄和性别的趋势，并密切关注胰腺中剩余的细胞类型，涵盖四种最丰富的细胞类型：α、β、δ 和 PP（产生胰腺多肽）细胞。 研究小组特别关注β细胞（负责产生胰岛素的细胞）的数量。 虽然其他细胞类型没有显着趋势，但发现胰腺中 β 细胞的比例似乎随着 ICL 显着降低。 由此得出结论，老年人的 ICL 很大程度上是由于胰岛中 β 细胞的丢失造成的。 ICL 还与胰腺中称为胰腺上皮内瘤变 (PanIN) 的微小病变相关，而在年龄较大的情况下，严重的 ICL 似乎不太可能出现。 奇怪的是，我们发现女性更容易出现严重的 ICL。 该团队的研究结果与国际糖尿病基金会 2021 年发布的数据一致，该数据显示 70 岁以上女性的糖尿病发病率高于男性，而 70 岁以下女性的这一趋势则相反。虽然 β 细胞损失的其他机制需要进一步研究。综合考虑，这些发现似乎也表明胰岛细胞丢失现象可能是老年糖尿病的关键驱动因素。 这使得可能特别减缓老年人β细胞数量减少的干预措施成为预防性治疗的潜在有效途径。 这项工作得到了日本教育、文化、体育、科学技术部的 JSPS KAKENHI […]
当你喝瓶装水时，你会喝掉很多很多的塑料颗粒
平均每升瓶装水中含有近 25 万颗如此微小的纳米塑料，这是首次通过使用双激光的显微镜进行检测和分类。 长期以来，科学家们一直认为存在大量这些微小的塑料碎片，但在哥伦比亚大学和罗格斯大学的研究人员进行计算之前，他们永远不知道有多少或是什么种类。 根据研究人员的说法，研究人员对三个常见瓶装水品牌各五个样本进行了观察，发现颗粒物含量在每升 110,000 至 400,000 个之间，平均约为 240,000 个。 周一《美国国家科学院院刊》上的一项研究。 这些是尺寸小于一微米的颗粒。 一英寸有 25,400 微米（也称为微米，因为它是百万分之一米）。 人类头发的宽度约为 83 微米。 之前的研究关注的是稍大的微塑料，范围从可见的五毫米（不到四分之一英寸）到一微米。 研究发现，瓶装水中发现的纳米塑料比微塑料多约 10 至 100 倍。 观看 | 微塑料如何最终进入您的食物、饮料和空气中： 微塑料如何最终进入您的食物、饮料和空气中 新的研究表明，北美人每年吃、喝和吸入数以万计的微小塑料颗粒。 塑料如何进入瓶装水中 该研究的主要作者、哥伦比亚大学物理化学家钱乃新表示，大部分塑料似乎来自瓶子本身和用于阻挡其他污染物的反渗透膜过滤器。 她不会透露有问题的三个品牌，因为研究人员在挑选一个品牌并希望研究更多品牌之前需要更多样本。 不过，她说这些都是常见品牌，是在沃尔玛购买的。 2024 年 1 月 8 日，哥伦比亚大学物理化学家钱乃新将含有纳米塑料的样品膜放在显微镜下。 （玛丽·康伦/美联社） 研究人员仍然无法回答这个大问题：这些纳米塑料碎片对健康有害吗？ “目前正在审查中。我们不知道它是否危险或有多危险，”该研究的合著者、新泽西州罗格斯大学的毒理学家菲比·斯塔普尔顿说。 “我们确实知道它们正在进入（哺乳动物，包括人类）的组织，目前的研究正在研究它们在细胞中的作用。” 国际瓶装水协会在一份声明中表示：“目前，对于纳米和微塑料颗粒对健康的潜在影响，既缺乏标准化（测量）方法，也没有科学共识。因此，媒体对饮用水中这些颗粒的报道确实存在问题。”无非是不必要地吓唬消费者。” 代表塑料制造商的美国化学理事会拒绝立即发表评论。 2020 年世界环境日，塞尔维亚贝尔格莱德，萨瓦河畔，一只白鹭站在废弃的塑料瓶和其他废物之间。 （达科·沃吉诺维奇/美联社） 联合国环境规划署表示，世界“正淹没在塑料污染的重压之下，每年生产超过 4.3 亿吨塑料”，并且在世界海洋、食物和饮用水中发现了微塑料。 11 月份谈判陷入困境后，达成全球塑料条约的努力仍在继续。 研究人员计划减少饮用瓶装水 […]