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美发布新成像工具记录干细胞时空和功能变化
日期:2018年06月11日     

    干细胞应用研究具有广泛的前景,包括癌症或心脏病治疗、组织或器官移植,以及专门针对个人遗传的高度个性化药物。但这些应用面临类似的障碍:干细胞生产计量工具的开发具有很大的挑战性,导致各类新型干细胞相关产品的安全性、有效性及高质量难以确定。因此,科学家们一直在试图解决这些问题。

    美国国家标准技术研究院(NIST)近日发布一款新的图像分析工具,结合录像和高功率计算,使得人们可以更加接近评估、理解和量化用于相关疗法或产品的细胞群特征。该工具名为网页图像处理管道(简称WIPP),类似地图应用程序。通过该工具,细胞培养物被分成真实的位置,可以通过非常像GPS点或地理地图应用来探索和应用。WIPP还允许使用者检查从任何角度观察他们选择的培养皿中发生的情况。
   
     跟踪单个活体干细胞成像研究比较简单:使用现有工具(如视频显微镜)拍摄固定的干细胞,运行镜头并观察随时间推移细胞的情况。但如果有成千上万的细胞,并且拍摄足够的图像以捕捉每个细胞的运动和变化,这就需要很多电脑。例如,5天三次实验可以产生等于1TB的数据集,笔记本电脑或台式机系统硬盘区上难以承担大量数据的处理工作。

     WIPP利用服务器的计算能力和WEB界面的灵活性避开了这个问题。研究人员将数据上传到服务器中,服务器执行部分计算操作,另一部分则通过浏览器由台式机来执行。在WIPP系统中,可以在各种地图中浏览,并访问培养皿中的不同位置,还可以随时发现每个位置发生的情况以及细胞的生长变化。

     WIPP结合了图像背后的计算,提取分析数据以匹配实验的每个视图,允许用户收集关于这些指标的形状、大小、纹理特征、荧光强度、对比度以及变化率的关键计量值,并且可以分析不同时空每个细胞群内的集落情况。研究人员还可以使用WIPP系统追溯实验中的计算情况。

    该系统还可以用于评估下一代药品及其制造后的情况。近期美国FDA批准白血病基因疗法就是一个最新例子。在制造过程中,质量评估和监测必须是可复制和精确的,这种质量控制必须由细胞群体级别完成,这就需要WIPP这样具有大数据量级处理的能力。NIST将免费向所有用于研究目的的人提供WIPP界面,包括开放源代码。
    
    该成果详见2018年1月斯普林格出版社出版的一本新参考书《大影像数据的网页微分析》( Web Microanalysis of Big Image Data)中,也发表在《Stem Cell Research》杂志上。