蘇州醫(yī)工所微小模式生物流式成像研究取得進展
模式生物是生命科學(xué)研究中的理想研究材料,生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展依賴于模式動物資源的開發(fā)與利用,以斑馬魚、線蟲、渦蟲等為代表的微小模式動物,在基于生命體活體表征的疾病模型藥物篩選中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而,目前在利用微小型模式動物開展科學(xué)研究過程中主要以手工分揀篩選和利用傳統(tǒng)顯微鏡進行局部成像為主,不僅工作量大而且數(shù)據(jù)采集效率低下,無法實現(xiàn)大規(guī)模實時分析,無法有效發(fā)揮微小模式動物的自身優(yōu)勢,更無法適應(yīng)中大規(guī)模遺傳/藥物篩選需求。因此,生命科學(xué)領(lǐng)域需要一套基于大顆粒成像的流式分析與分選系統(tǒng),來進行高效率的微小模式生物的成像及分選。
在中國科學(xué)院儀器裝備研制項目的支持下,由中科院上海生命科學(xué)研究院潘巍峻研究員提出需求和應(yīng)用方向,中科院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所李輝課題組開發(fā)了一套針對斑馬魚等微小模式動物高速成像及分選系統(tǒng)。類似于流式細胞儀對細胞進行檢測與成像,該系統(tǒng)實現(xiàn)對100微米~2mm的微小模式生物流過微流道時的高通量自動成像。系統(tǒng)采用片層光照明和高速的線陣CCD相機,成像速度可以達到每秒10到15胚胎,比國外類似成像設(shè)備成像速度提高10倍以上。 針對采集到的大量斑馬魚胚胎圖像,該研究進一步開發(fā)了圖像分割及識別的軟件算法?梢允褂米詣幼R別出未破膜的斑馬魚胚胎和已破膜的斑馬魚胚胎,并可根據(jù)識別的結(jié)構(gòu)自動進行胚胎死亡/存活的判讀,以及胚胎形態(tài)特征的自動分析。 該設(shè)備的開發(fā)將滿足并推動微小型模式動物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用,加速相關(guān)領(lǐng)域研究進展和基于表型篩選的新型藥物研發(fā)進程。相關(guān)工作發(fā)表在Biomedical Optics Express上。 ![]() 圖1.寬場成像系統(tǒng)原理圖,圖a是光片的形成和線陣CCD成像示意圖,圖b是按照時間序列將一維數(shù)據(jù)拼接成二維的圖像。 ![]() 圖2.野生型斑馬魚胚胎高速流式成像結(jié)果圖,圖a是原圖,圖b是將圖a進行減背景操作所得。 ![]() 圖3.對未破膜的斑馬魚胚胎進行識別和分割圖,(a-c)野生型斑馬魚胚胎在不同發(fā)育時期的成像結(jié)果圖,分別是:3h,13h和21.5h。(d-f)分別是野生型斑馬魚胚胎的卵黃囊、頭部和尾部的細節(jié)發(fā)育圖。(a-c)中的標尺長度是1mm,(d-f)中的標尺長度是0.3mm。 ![]() 圖4.對正常發(fā)育的去膜斑馬魚胚胎(72 hpf)的形態(tài)特征統(tǒng)計結(jié)果,EL:胚體的最大線性長度,EW:胚胎的最大線性寬度?梢钥闯霭唏R魚胚胎的線性長度呈高斯狀分布,而大多數(shù)胚體的最大線性寬度是0.5mm。
|