Brendan Gallagher, uno studente laureato in scienze biologiche presso la Carnegie Mellon University, utilizza la realtà virtuale per esaminare i dati biologici 3D raccolti utilizzando la microscopia ad espansione. Credito:Carnegie Mellon University
Un team di ricerca combinato della Carnegie Mellon University e del Benaroya Research Institute della Virginia Mason sta abbinando una tecnica di imaging su nanoscala con la tecnologia della realtà virtuale (VR) per creare un metodo che consenta ai ricercatori di "entrare" nei loro dati biologici.
Combinando la tecnica, chiamata microscopia ad espansione, con realtà virtuale, gli scienziati potranno ampliare, esplorare e analizzare strutture cellulari ben oltre le capacità della microscopia ottica tradizionale.
Lo sviluppo di queste tecnologie, un processo in due fasi finanziato a $ 200, 000 attraverso Grandi Sfide, un'iniziativa della Fondazione Bill &Melinda Gates, accelererà la comprensione da parte dei ricercatori delle malattie infettive e autoimmuni e migliorerà la loro capacità di sviluppare metodi diagnostici e di prevenzione e cura delle malattie.
Yongxin (Leon) Zhao, un assistente professore di scienze biologiche presso il Mellon College of Science di Carnegie Mellon, ha sviluppato la tecnica della microscopia ad espansione per ingrandire fisicamente una biopsia, consentendo ai ricercatori di vedere dettagli fini nei campioni biologici utilizzando microscopi standard.
Zhao fa crescere i campioni di biopsia trasformandoli chimicamente in idrogel idrosolubili. Quindi applica un trattamento che scioglie i tessuti e consente loro di espandersi più di 100 volte in volume. I tessuti e le molecole all'interno del campione possono quindi essere etichettati, ripreso e compilato in un insieme complesso di dati, da utilizzare per studiare le interazioni tra le cellule e le loro strutture.
Però, un limite della tecnologia è che estrae da due a tre ordini di grandezza in più di dati di quanti le tecniche attuali siano in grado di interpretare. Per aiutare a risolvere quel problema, la concessione di Gates Foundation accoppia la microscopia di espansione con una tecnica di realtà virtuale sviluppata presso il Benaroya Research Institute di Virginia Mason (BRI).
Attraverso la tecnologia VR sviluppata appositamente per questo scopo, i ricercatori saranno in grado di vedere e manipolare le immagini di microscopia ad espansione originariamente 2-D in 3-D, dando loro una visione a 360 gradi delle organizzazioni e delle interazioni di tessuti e proteine.
"A BRI, prepareremo i campioni vivi di malattie infettive e autoimmuni, " ha detto Carolina Stefani, ricercatore postdottorato senior. "Li manderemo a Carnegie Mellon, dove ingrandiranno i campioni e invieranno le immagini alla BRI per essere visualizzate in VR."
"Questo è il futuro di come gli scienziati possono gestire dati complessi, " Zhao ha detto. "È un'esperienza coinvolgente, proprio come se fossi seduto all'interno dei tuoi dati. Hai la libertà di esplorare i tuoi dati da ogni angolazione e da ogni punto."
Il biologo di Carnegie Mellon Yongxin (Leon) Zhao espande un campione biologico. Questa tecnica di microscopia ad espansione consente ai ricercatori di visualizzare i dettagli più fini dei campioni utilizzando apparecchiature di microscopia standard. Credito:Carnegie Mellon University
La tecnologia della realtà virtuale è stata sviluppata da Tom Skillman, L'ex direttore della tecnologia di ricerca della BRI, che da allora ha fondato una società di realtà virtuale, Scienza immersiva.
"Il mio ruolo in questa sovvenzione è quello di sviluppare uno strumento software che consentirà agli scienziati che studiano le malattie di comprendere grandi quantità di dati attraverso una tecnica computazionale chiamata "scienza immersiva, '", ha detto Skillman. "Portare tutti quei dati nella realtà virtuale non solo consente allo scienziato di vedere le immagini del microscopio 2-D in 3-D, ma per interagire con i dati, selezione dei canali, aggiustare le viste, colori e contrasto, e afferrando e ruotando le immagini per identificare rapidamente gli aspetti chiave dell'immagine che sono ricollegati alla malattia in studio".
L'obiettivo finale è per lo strumento VR, chiamato ExMicroVR, da condividere su piattaforme aperte con altri ricercatori insieme alla microscopia ad espansione in modo che anche loro possano visualizzare nuovi dettagli dei processi patologici e comprendere in modo più ampio, set di dati più complessi.
Il sistema per convertire i dati della microscopia ad espansione in immagini VR 3-D sarà conveniente e facilmente accessibile a ricercatori e medici nei paesi in via di sviluppo. Consentirà inoltre a un massimo di sei persone di collaborare e visualizzare lo stesso campione in remoto contemporaneamente.
