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苏州医工所微小模式生物流式成像研究取得进

2019-03-12 00:50:04

模式生物是生命科学研究中的理想研究材料,生命科学领域的发展依赖于模式动物资源的开发与利用,以斑马鱼、线虫、涡虫等为代表的微小模式动物,在基于生命体活体表征的疾病模型药物筛选中发挥着越来越重要的作用。然而,目前在利用微小型模式动物开展科学研究过程中主要以手工分拣筛选和利用传统显微镜进行局部成像为主,不仅工作量大而且数据采集效率低下,无法实现大规模实时分析,无法有效发挥微小模式动物的自身优势,更无法适应中大规模遗传/药物筛选需求。因此,生命科学领域需要一套基于大颗粒成像的流式分析与分选系统,来进行高效率的微小模式生物的成像及分选。

在中国科学院仪器装备研制项目的支持下,由中科院上海生命科学研究院潘巍峻研究员提出需求和应用方向,中科院苏州生物医学工程技术研究所李辉课题组开发了一套针对斑马鱼等微小模式动物高速成像及分选系统。类似于流式细胞仪对细胞进行检测与成像,该系统实现对100微米~2mm的微小模式生物流过微流道时的高通量自动成像。系统采用片层光照明和高速的线阵CCD相机,成像速度可以达到每秒10到15胚胎,比国外类似成像设备成像速度提高10倍以上。

苏州医工所微小模式生物流式成像研究取得进

针对采集到的大量斑马鱼胚胎图像,该研究进一步开发了图像分割及识别的软件算法。可以使用自动识别出未破膜的斑马鱼胚胎和已破膜的斑马鱼胚胎,并可根据识别的结构自动进行胚胎死亡/存活的判读,以及胚胎形态特征的自动分析。

该设备的开发将满足并推动微小型模式动物在生物医学领域中的大规模应用,加速相关领域研究进展和基于表型筛选的新型药物研发进程。相关工作发表在Biomedical Optics Express上。

图1.宽场成像系统原理图,图a是光片的形成和线阵CCD成像示意图,图b是按照时间序列将一维数据拼接成二维的图像。

图2.野生型斑马鱼胚胎高速流式成像结果图,图a是原图,图b是将图a进行减背景操作所得。

图3.对未破膜的斑马鱼胚胎进行识别和分割图,(a-c)野生型斑马鱼胚胎在不同发育时期的成像结果图,分别是:3h,13h和21.5h。(d-f)分别是野生型斑马鱼胚胎的卵黄囊、头部和尾部的细节发育图。(a-c)中的标尺长度是1mm,(d-f)中的标尺长度是0.3mm。

图4.对正常发育的去膜斑马鱼胚胎(72 hpf)的形态特征统计结果,EL:胚体的线性长度,EW:胚胎的线性宽度。可以看出斑马鱼胚胎的线性长度呈高斯状分布,而大多数胚体的线性宽度是0.5mm。

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