一个新工具使人体组织高分辨率成像数据更容易理解和使用

对我们许多人来说,谷歌地图已经成为不可或缺的日常工具:我们打开一个web浏览器并立即获得一个强大的地图,我们可以得到方向,放大和锅、叠加功能,如交通和地形,寻找特定的地标。但如果有一种工具具有类似功能探索一种完全不同的地图吗?如果我们有一个魔法学校Bus-esque能力,深入的细节构成人体组织?

这正是密涅瓦背后的想法,软件工具由哈佛医学院的研究人员在实验室开发的系统药理学系的Blavatnik学院HMS系统生物学。

密涅瓦,网上任何人,是罗马神话中的智慧女神的名字命名的。它允许用户访问深度地图在研究期间收集的组织样本,从心肌遇险癌变肿瘤。在每个地图,用户可以缩放和锅,叠加特性,比如免疫细胞,探索值得注意的区域。地图也将科学家和专业知识医生谁能创建故事来引导用户完成样品。

研究人员希望,随着密涅瓦图书馆的组织样本,该工具将使用其他科学家,科学期刊,临床医生、实习生,医学生,或任何人只是好奇,从而允许科学信息——科学技术更广泛地共享。

“我们收集大量的研究数据,但没有很多很容易,问题是你怎么动员复杂的数据所以人们可以在一个有用的方法,”彼得·佐尔格说HMS奥托克莱系统药理学教授,该项目与桑德罗Santagata, HMS的病理学副教授布莱根妇女医院。“这就是密涅瓦是什么。”

淹没在数据

随着成像技术先进,科学家收集的能力非常高分辨率数据在人体组织。与多路复用成像技术,研究人员可以收集这些细节在单细胞水平的数据可以包含50或60层的蛋白质标记和其他特性的信息。几年前,佐尔格,Santagata和他们的团队开发了自己的多路复用成像技术,循环免疫荧光或CyCIF,这是免费的,并使用在大多数实验室仪器和化学物质。

在自己的研究中,科学家们利用CyCIF,他们沮丧的事实tb的复杂,高分辨率成像数据常规蒸馏分成几个小,在科学期刊上发表论文时静态图像。

“你发布的是一张骗人,小JPEG图,600像素,真正的形象是超过几十亿像素,但是贴在别人的电脑上,“佐尔格说。

近年来,研究社会越来越强调更完整的数据共享的重要性,或所谓“公平”数据:可发现的,访问,可互操作的、可再生的。2023年1月,一个新的美国国立卫生研究院的数据管理和共享政策将生效,要求所有接受国家卫生研究院资助的科学家们提交一份计划,概述如何管理和共享他们的数据。

尽管这些努力,“我们的研究表明我们的投资不足是需要访问这些数据,“佐尔格说。“我们继续收集更多的数据,我们继续追求使它更容易获得和共享,但我们不建设所必需的软件工具来做到这一点。”

这是部分原因是科学数据往往是大,笨重,甚至连专家们和努力理解没有指导(如谷歌地图没有标签),所以设计工具,支持信息共享在一个有用的方法是说起来容易做起来难。

“你可以下载我们的一个图片,这样就可以在你的电脑上占据您的硬盘驱动器,“佐尔格解释道。“如果没有专门的软件,其中大部分仍在发展,你不能看它。你不能与之交互。即使你可以,你不一定会知道它是什么。”

密涅瓦进来。

理解的东西

在云中,密涅瓦被组织成故事,每个中心在一个组织样本或一组相关的样本。当用户与一个图像,他们可以从现场发现锅,放大或缩小探索。他们还可以打开或关闭不同层次的信息,包括免疫细胞,其他细胞或蛋白质标记,或组织的物理架构,等等。

密涅瓦的故事还包括一个“数字讲解员”,一个叙事元素组成的文本面板出现与每个图像。想法的灵感来自博物馆tours-both音频为现场查看和在线旅游开发在COVID-19疾病流行,引导游客通过提供一个展览叙述介绍不同的艺术。叙述面板在密涅瓦故事引导用户通过一个示例的关键特性,提供关于每个特性的额外信息。用户可以阻止自由探索样本在任何时候,并返回到叙事。

用户还可以创建自己的密涅瓦和叙述故事。

佐尔格和Santagata密涅瓦和叙事的概念描述在线指导组织样本最近的角度来看自然生物医学工程。

到目前为止,许多密涅瓦故事关注癌症,包括黑色素瘤、肺癌和结肠癌。佐尔格说,癌症提供了一个明显的起点,因为它在很大程度上是基于组织的诊断样本85 - 90%的病例,他估计。然而,密涅瓦故事可以创建任何条件或离开其标志显示在一个组织,包括心脏病、肺结核、神经衰弱,COVID-19。

佐尔格和Santagata创建密涅瓦故事从他们发表与论文相关的图片科学期刊以及图像未发表的研究,导致约二百人的故事。“这些本质上是迷你出版物,“允许科学家访问更多的信息比一篇论文中,佐尔格解释道。

例如,研究人员创建了一个密涅瓦故事对黑色素瘤的最近的一篇论文癌症的发现他们创造了精细的空间地图显示单个细胞随着癌症的发展互动。在未来,研究人员设想每个小,静态图像在一篇科学论文中成为一个入口点到一个完整的密涅瓦的故事。“我们看到它补充传统的图通过提供更多的内容和上下文,“佐尔格说。

图像在医学教科书同样可以成为密涅瓦的故事。例如,而不是教科书提供一个快照与心肌梗死的组织,一个学生可以点击图片和使用密涅瓦自由探索更多的视觉样本的动态和更详细的表示。“它给参与参与图像,我们希望将加强医学教育、“Santagata说。

密涅瓦pathologists-in-training来说也可能是有用的在学习分析组织样本。目前,病理学多头显微镜和看一个学生坐在一个组织幻灯片作为教练走通过的情况,指出了关键特性做出诊断。密涅瓦的故事有很多的信息,与优势,他们可以访问需求,从任何地方。“密涅瓦,我们可以捕捉一系列的专业知识的人,和广泛传播,“Santagata说。“这真的扩大了我们到达,也提供了更多类型的数据,我们可以使用它来教育人们。”

佐尔格和Santagata认为密涅瓦也可以支持更广泛的推动数字化病理。目前,病理学在很大程度上仍然依赖于身体组织的幻灯片,必须邮寄每当同事在不同机构想要互相商量。事实上,Santagata估计约一百万幻灯片从大约100000例穿过布莱根妇女病理部门每年。密涅瓦,病理学家可以很容易地共享的数字版本组织样本和解释它们所需的基本信息。

符合他们的目标的密涅瓦普及,佐尔格和Santagata开放获取的工具,所有的代码。他们估计10来自不同大学的研究小组已经建立了自己的密涅瓦的故事,和周围25实验室积极使用Minerva-including几个实验室与美国国家癌症研究所的人类肿瘤Atlas网络。研究人员目前正在对将密涅瓦集成到现有的工具,包括cBioPortal,一个开放获取工具探索癌症基因组学datasets-a一步他们预计将大大扩大密涅瓦的使用。他们还认为,密涅瓦可能吸引十分感兴趣学习更多关于一个特定的条件,包括病人倡导癌症或scientifically-curious大众群体。

“我们的任务是创建公共物品。我们对教育和研究,这些都是在公共领域,”佐尔格说。“如果我们要创造一些是有用的在一个类或研究,我们不想给它的使用障碍。”

使科学数据更容易获得之外,研究人员希望,密涅瓦将激发更大的对科学的兴趣和科学研究。

“这是非凡的能拿什么基本上是一次静态图像,让它生活。有一定的奇迹和魔力的迷人的经验的一部分,以这种方式与数据交互,”Santagata说。“我们希望密涅瓦会让科学更令人兴奋的和可以理解的其他科学家,公众,甚至我们自己。”

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