Le moderne tecniche al microscopio ottico forniscono informazioni estremamente dettagliate sugli organi, ma i terabyte di dati che producono sono solitamente quasi impossibili da elaborare. Nuovo software, sviluppato da un team guidato dallo scienziato MDC Dr. Stephan Preibisch e ora presentato in Metodi della natura , sta aiutando i ricercatori a dare un senso a queste risme di dati.

Funziona quasi come una bacchetta magica. Con l'aiuto di alcuni trucchi e stratagemmi chimici, da alcuni anni gli scienziati sono in grado di rendere trasparenti grandi strutture come il cervello dei topi e gli organoidi umani. CLARITY è forse la più nota tra le diverse tecniche di clearing del campione, con cui quasi ogni oggetto di studio può essere reso trasparente quasi quanto l'acqua. Ciò consente ai ricercatori di studiare le strutture cellulari in modi che in precedenza potevano solo sognare.

E non è tutto. Nel 2015 un altro trucco di prestigio, chiamato microscopia ad espansione, è stato presentato sulla rivista Scienza . Un gruppo di ricerca del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge ha scoperto che era possibile espandere fette ultrasottili di cervello di topo quasi cinque volte il loro volume originale, consentendo così di esaminare i campioni in modo ancora più dettagliato.

Il software porta gli ordini al caos dei dati

"Con l'aiuto dei moderni microscopi a foglio di luce, che ora si trovano in molti laboratori, campioni di grandi dimensioni elaborati con questi metodi possono essere rapidamente visualizzati, " dice il dottor Stephan Preibisch, capo del gruppo di ricerca sulla Microscopia, Analisi dell'immagine e modellazione di organismi in via di sviluppo presso l'Istituto di biologia dei sistemi medici (BIMSB) di MDC a Berlino. "Il problema, però, è che la procedura genera così grandi quantità di dati, diversi terabyte, che i ricercatori spesso faticano a setacciare e organizzare i dati".

Per creare ordine nel caos, Preibisch e il suo team hanno ora sviluppato un programma software che, dopo una complessa ricostruzione dei dati, assomiglia in qualche modo a Google Maps in modalità 3D. "Non si può solo avere una panoramica del quadro generale, ma può anche ingrandire per esaminare in modo specifico le singole strutture alla risoluzione desiderata, " spiega Preibisch, che ha battezzato il software "BigStitcher". Ora, il programma informatico, che qualsiasi scienziato interessato può utilizzare, è stato presentato sulla rivista scientifica Metodi della natura .

Un team di dodici ricercatori di Berlino, Monaco, il Regno Unito, e gli Stati Uniti sono stati coinvolti nello sviluppo. I due autori principali del documento sono David Hoerl, della Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, l'Istituto di Berlino per la biologia dei sistemi medici (BIMSB) del MDC, così come il ricercatore MDC Dr. Fabio Rojas Rusak. I ricercatori mostrano nel loro articolo che gli algoritmi possono essere utilizzati per ricostruire e ridimensionare i dati acquisiti dalla microscopia a foglio leggero in modo tale da rendere superfluo un supercomputer. "Il nostro software funziona su qualsiasi computer standard, " afferma Preibisch. "Questo consente di condividere facilmente i dati tra i team di ricerca".

Anche la qualità dei dati è determinata

Lo sviluppo di BigStitcher è iniziato circa dieci anni fa. "A quel tempo, Ero ancora un dottorato di ricerca. studente e stavo pensando molto a come gestire al meglio grandi quantità di dati, " ricorda Preibisch. "Le strutture che abbiamo creato allora ci hanno aiutato ad affrontare con successo un problema molto attuale". Certo, Aggiunge, anche molti nuovi algoritmi sono stati incorporati nel software.

BigStitcher può visualizzare sullo schermo i campioni precedentemente ripresi con qualsiasi livello di dettaglio desiderato, ma può anche fare molto di più. "Il software valuta automaticamente la qualità dei dati acquisiti, " dice Preibisch. Di solito è meglio in alcune parti dell'oggetto che si sta studiando che in altre. "A volte, Per esempio, la pulizia non funziona così bene in un'area particolare, il che significa che lì vengono catturati meno dettagli, " spiega il ricercatore MDC.

"Più luminosa è una particolare regione di, dire, sullo schermo viene visualizzato il cervello di un topo o un organo umano, maggiore è la validità e l'attendibilità dei dati acquisiti, "dice Preibisch, descrivendo questa caratteristica aggiuntiva del suo software. E poiché anche le migliori tecniche di compensazione non raggiungono mai il 100% di trasparenza del campione, il software consente agli utenti di ruotare e girare l'immagine catturata dal microscopio in qualsiasi direzione sullo schermo. È così possibile visualizzare il campione da qualsiasi angolazione. "Questa è un'altra nuova funzionalità del nostro software, "dice Preibisch.

Chiunque può scaricare il software gratuitamente

La funzione di zoom consente ai biologi di trovare risposte a molte domande, come:dove nel cervello è attualmente in corso la divisione cellulare? Dove viene espresso l'RNA? O dove finiscono particolari proiezioni neuronali? "Per scoprire tutto questo, è prima necessario avere una visione d'insieme dell'intero oggetto di studio, ma poi essere in grado di ingrandire per visualizzare i più piccoli dettagli in alta risoluzione, " spiega Preibisch. Pertanto, molti laboratori oggi hanno bisogno di software come BigStitcher. Il programma è distribuito nell'ambito delle Fiji, dove qualsiasi scienziato interessato può scaricare e utilizzare il plug-in gratuitamente.