红外光束显示不同光线下的细胞类型

通过将高度聚焦的红外光照射到活细胞上，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家希望揭示个体细胞的身份，并诊断细胞是否患病或健康。

他们将使用他们的技术生成详细的，基于颜色的单个细胞和细胞集合的图谱- 以微观和最终的纳米级细节 - 将使用机器学习技术分析自动分选细胞特征。

使用微观颜色图解锁细胞身份

他们的重点是开发一种快速方法，以便轻松识别细胞类型和细胞内的特征，通过提供一种探测其原生环境中的活细胞而不伤害细胞或需要突出的细胞标记技术来辅助生物和医学研究。

“这完全是非侵入性的，”伯克利实验室分子生物物理和综合生物成像部门的生物化学家和资深科学家Cynthia McMurray说道，他正在与伯克利实验室高级光源(ALS)的物理学家兼高级科学家Michael Martin一起领导这项新的成像工作。 )。

ALS具有数十个光束线，可产生从红外线到X射线的强烈聚焦光束，用于广泛的实验。

“我们正在研究定义细胞是什么的特征。我们对细胞身份及其决定因素感兴趣，”McMurray说。“我长期以来一直在研究组织以及病态和正常状态的差异，我意识到我们可以在ALS上使用这些红外光束来为这些细胞提供签名。”

研究人员还计划使用该技术来识别和破译微生物和植物的分子特性。

基于伯克利实验室在神经科学，红外成像，计算，可视化，工程和机器学习方面的优势，红外成像研究的目标是找出细胞的专业化是由其环境强加的还是它是否属于她说，细胞的固有特性。

例如，该研究有助于为控制细胞的特化提供一条道路。

为了验证该技术的有效性，该团队正在将他们的红外图像与使用更常规的成像技术(称为免疫荧光)捕获的图像并排比较。

通过未发表的研究，该团队已经发现从大脑不同位置采集的相同类型的脑细胞存在差异。“从表面上看，它们看起来并没有什么不同，但如果你用红外线探测，它们就会有所不同，”她说。成像技术可用于显示组织样品中存在的细胞类型和细胞特征的位置和种类。“我们对细胞的相互作用非常感兴趣。”

倡议针对疾病

该研究的长期目标是了解细胞水平的疾病进展，并探索干细胞如何转变为其他细胞类型。“我们希望观察细胞的分化。是什么让细胞做出选择成为别的?”她说。

伯克利实验室的科学家通过慈善机构Chan Zuckerberg Initiative DAF(CZI)获得了一轮种子资金，这是硅谷社区基金会的一个建议基金，以支持他们的努力，称为“光谱表型分析”。

“科学”杂志8月8日的一篇新闻文章强调了他们的工作以及一个名为人类细胞图谱的大型研究项目，该项目旨在为每种细胞类型提供“独特的身份证”，以及如何提供三维地图细胞形成组织，对疾病有新见解。

由扎根伯格和扎克尔伯格(一位与扎克伯格结婚的儿科医生和慈善家)Priscilla Chan发起的Chan Zuckerberg计划有三个重点领域：科学，教育，司法和机会。科学重点的既定目标是支持跨学科团队开发“有助于在本世纪末治愈，预防或管理所有疾病的科学和技术”。

McMurray说，红外成像技术的关键在于它允许细胞存在于其原生环境中，并且不需要任何可能损坏或改变细胞的标记或特殊预备。

全球焦点

作为红外线细胞成像研究的一部分，马丁指出，ALS产生的红外光特性在世界研究机构中很少见，其在细胞鉴定中的可能应用在很大程度上尚未开发。

其中一条ALS红外光束线的探测器能够扫描1000个波长，用于探测器的每个像素 - 像素是图像的最小单位 - 因此细胞成像可以生成大量数据。

在设计计算机算法以理清细胞差异时，马丁说，“这不仅仅是选择一个特征。我们认为提出更广泛的问题更有力：整套差异是什么?”

通过观察每个细胞图像中的各种红外波长，“希望我们能找到更深层次的东西，”他说。

他还指出，计划在ALS上使用新的更高分辨率的红外光束线，可以将细胞特征分解到几十纳米(十亿分之一米)，并开发一种通过红外光束使活细胞流动的方法用于高通量成像。

尽管ALS产生的红外光特性相对独特，但Martin和McMurray表示他们希望它们产生的细胞成像数据对于使用低功率红外成像工具的研究人员也是有用的。

该团队向Chan Zuckerberg Initiative提出的建议概述了开发一个完整的按钮系统的计划，该系统最终可供更广泛的研究团体使用。

“我们希望将所有这些结合起来，开发出对世界其他地方开放的东西，”马丁说。

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