Meistern Sie die Herausforderungen des Hochdurchsatz-3D-Imagings
Dank neuester Fortschritte in der Imaging-Technologie sind wir nun in der Lage, komplexe zelluläre Netzwerke in drei Dimensionen zu analysieren. Durch das 3D-Imaging können wir Interaktionen in Zellen und Geweben mit mehr Details und höherer Genauigkeit erfassen und analysieren. Das 3D-Imaging ist jedoch ein komplizierter Prozess mit vielen Schwierigkeiten, von langen Bildscanzeiten bis hin zu niedriger Auflösung und unzureichenden Analysewerkzeugen.
Hier finden Sie eine Zusammenfassung der häufigsten Herausforderungen im 3D-Zell-Imaging und wie Sie diese mit Hilfe von Molecular Devices-Produkten meistern können.
Licht außerhalb des Fokus
3D-Bilder zu erhalten, kann eine Herausforderung darstellen, insbesondere wenn Sie Weitwinkelmikroskopie verwenden. Trotz der schnellen Bilderfassung ist die Weitwinkelmikroskopie nicht in der Lage, Signale zu eliminieren, die außerhalb des Fokus liegen. Dadurch erhalten Sie verschwommene Bilder mit intensivem Licht außerhalb des Fokus, was Ihre Bildanalyse behindert.
Die Alternative ist ein konfokales Mikroskop mit einem Loch, das die Empfindlichkeit gegenüber Licht außerhalb des Fokus verringert, wenn Sie sich vom In-Fokusbereich wegbewegen, wodurch schärfere Bilder erzeugt werden. Das Problem tritt auf, wenn ein einzelnes Loch das gesamte Bild scannen muss, was zeitaufwendig ist.
Hier kann ein Spinning-Disk-Konfokalmikroskop (SCDM) als Upgrade dienen. Anstelle eines einzelnen Loches besteht ein SDCM aus Hunderten von Lochungen, die sich schnell drehen, um das Bild zu scannen, was zu einer besseren Auflösung in kurzer Zeit führt. Die AgileOptix Spinning Disk Confocal Technology ist ein perfektes Beispiel dafür.
Das ImageXpress® Micro Confocal High-Content Imaging System verfügt über die revolutionäre AgileOptix™ Spinning Disk Confocal Technology, die mit einer hochintensiven Laser-Lichtquelle für eine tiefere Gewebepenetration einen Schritt weiter geht, sodass Sie auch aus dicken Gewebeproben hochauflösende Bilder erhalten können. So können Sie ein schärferes Bild mit verbesserter Zellsichtbarkeit und einer mindestens 30%igen Erhöhung der Zellzahl erzielen.
Lange Aufnahmezeit
Vor den 3D-Laserscan-Technologien erforderte das Erzielen qualitativ hochwertiger Bilder eine längere Exposition, was eine Herausforderung darstellte, da die 3D-Bilder von der Mitte des Wells wegdriften. Heute lösen konfokale Mikroskope dieses Problem, indem sie hochintensive Laserquellen implementieren.
Hochintensive Quellen haben mehrere Vorteile, die nicht nur die Bildqualität verbessern, sondern auch die Scangeschwindigkeit durch die Reduzierung der Belichtungszeit erhöhen.
Das ImageXpress® Confocal HT.ai High-Content Imaging System verfügt beispielsweise über eine Laser-Lichtquelle mit sieben Kanälen und acht Imaging-Kanälen, die die Expositionszeit um bis zu 75% verkürzen können, was die Scangeschwindigkeit insgesamt um das Zweifache erhöht.
Dies ist insbesondere bei gelbem oder zyanfluoreszentem Protein-Imaging nützlich, das das Imaging komplexer Proteinnetzwerke mit interzellulärer und intrazellulärer Heterogenität erfordert.
Zuverlässige automatisierte Fokussierung
Die Konzentration auf Proben mit thermischen und mechanischen Schwankungen ist eine Herausforderung und kann insbesondere das Zeitraffer-Imaging stören. Deswegen sollte Ihr Mikroskop fokale Ebenen automatisch erkennen und stabilisieren. Digitalkamera-basierte Autofokussysteme sind zeitaufwändig, da es einen Vorfokus-Prozess mit einer komplizierten Suche über einen breiten Fokusbereich hinweg gibt.
Mit den jüngsten Fortschritten in der Laser-Autofokus-Technologie können Sie die automatisierte Fokussierung auf verschiedene Arten von Platten beschleunigen, darunter Organ-on-a-Chip und U-Bottom.
Insbesondere ein Hybrid-Autofokussystem, das aus Laser und bildbasiertem Autofokus besteht, erzeugt die besten Ergebnisse. Diese Art von Autofokus ist viel schneller, da der Laser nur einmal pro Well blinkt. Dennoch können Sie von der Probenkompatibilität der bildbasierten Fokussierung profitieren. Am wichtigsten ist, dass die minimale Laserexposition bedeutet, dass Sie das Risiko einer Phototoxizität minimieren, was in Lebendzell-Assays von entscheidender Bedeutung ist.
Analyse-Engpass
Datensätze sind oft groß und komplex, sodass ihre Analyse Stunden dauern kann. Um diese Hürde zu überwinden, sind modernste Bildanalysewerkzeuge mit beschleunigter Verarbeitung, präziser Bildklassifizierung und einer einfachen Benutzeroberfläche erforderlich.
Die Bildanalysewerkzeuge von Molecular Devices zeichnen sich durch ihre Funktionen aus, die eine Vielzahl von Analyseanforderungen erfüllen.
Wussten Sie zum Beispiel, dass Sie Ihre Zeitrafferanalyse mit paralleler Multithread-Verarbeitung um das bis zu-40fache beschleunigen können? Dies ist mit unserer MetaXpress® High-Content Image Acquisition and Analysis Software für 2D- und 3D-Imaging Realität geworden. Eine weitere Herausforderung bei der Bildanalyse ist die Klassifizierung von Zellpopulationen für eine umfassende Zellcharakterisierung. Hier kommt maschinelles Lernen ins Spiel. Unsere IN Carta™ Image Analysis Software ermöglicht die automatische Phänotypisierung in großen und komplexen zellulären Profilen.
Mit beiden Analysewerkzeugen können Sie Prozesse mit einer Vielzahl von Proben in nur wenigen Minuten und mit einer hervorragenden Benutzererfahrung durchführen.
Schwierige Lichtdurchdringung
Eine der vielleicht schwierigsten Aufgaben im 3D-Imaging ist die Gewebepenetration, die entscheidend ist, um Informationen über das komplexe biologische Verhalten Ihrer Probe zu erhalten. Wenn Ihr Mikroskop eine begrenzte Eindringtiefe aufweist, nimmt die Bildqualität ab, wenn das Licht in dicken Gewebeproben gestreut oder absorbiert wird.
Wie bereits erwähnt, kann die konfokale Mikroskopie eine bessere Auflösung bieten, aber weitere Entwicklungen können diesen Erfolg in eine tiefe Gewebepenetration übersetzen.
Die Kontrastfähigkeit des Mikroskops ist entscheidend für die Unterdrückung von Licht außerhalb des Fokus, was eine bessere Detektion der aus der Probe emittierten Fluoreszenz ermöglicht. Dies kann durch ein Loch erreicht werden, das das Signal außerhalb des Fokus zurückweist. Der Kontrast kann noch schneller erzielt werden, wenn Sie mehrere Pinholes haben, die während des Bildscans ständig miteinander kommunizieren.
Schließlich ermöglicht die Kombination von konfokaler Mikroskopie und hochintensiver Laseroptik eine tiefere Penetration, indem längere Wellenlängen des Lichts gesendet werden, um Fluoreszenzproben anzuregen, ohne die Probe zu beschädigen oder das Licht zu streuen.
High-Content-Data-Mining
Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, Daten mit mehreren Wells oder Platten zu visualisieren. Mit einer eigenständigen 3D-Imaging-Software müssten Sie wahrscheinlich zwischen Anwendungen wechseln, um mehrere Miniaturansichten und Heatmaps anzuzeigen.
Um das Data Mining praktischer zu gestalten, benötigen Sie eine Informatiksoftware, die Bilderfassung in Bildanalyse und Informatik integrieren kann, damit Sie Daten direkt aus dem Originalbild analysieren können. Vor diesem Hintergrund hat Molecular Devices die AcuityXpress™ High-Content Informatics Software entwickelt.
Die Software verfügt über eine interaktive Zoom-Funktion, mit der Sie problemlos zwischen Bildern und numerischen Daten navigieren können. Mit dieser Technologie sind Sie bei der Bestimmung des Detaillierungsgrads, sei es beim Zoomen in ein einzelnes hochwertiges Bild oder bei der Gesamtansicht aller Bilder und Daten auf einem Bildschirm, am Steuer.
Neben der modernen Navigation bietet die AcuityXpress Software eine Vielzahl an Analyse- und Berechnungswerkzeugen, mit denen Sie komplexe Daten und mehrere Parameter gleichzeitig interpretieren können.
Schlussfolgerung
Das 3D-Imaging kann tiefere Einblicke in das komplexe Verhalten Ihrer Proben liefern; es birgt jedoch einige Herausforderungen. Bei Molecular Devices sind wir bestrebt, Sie bei jedem Schritt des Imaging-Prozesses zu begleiten, um Sie zu Ihrer spezifischen Lösung zu führen – von schärferen Bildern in nur wenigen Minuten bis hin zur Organisation dieser Bilder in einem zentralen Softwaresystem – wir unterstützen Sie dabei, Ihre Entdeckung voranzutreiben.
Erfahren Sie mehr über das High-Content Screening mit der AgileOptix Technology und seine Kombination aus leistungsstarken Solid-State-Lasern, Wasserimmersionsobjektiven, wissenschaftlichem CMOS-Sensor und Dual-Spinning-Disk mit fünf verschiedenen Scheibengeometrien. Oder kontaktieren Sie uns für weitere Informationen.