Ett kombinerat forskarlag från Carnegie Mellon University och Benaroya Research Institute vid Virginia Mason parar ihop en nanoskala avbildningsteknik med virtuell verklighet (VR)-teknik för att skapa en metod som gör det möjligt för forskare att "träda in i" deras biologiska data.

Genom att kombinera tekniken, kallad expansionsmikroskopi, med VR, forskare kommer att kunna förstora, utforska och analysera cellstrukturer långt utöver kapaciteten för traditionell ljusmikroskopi.

Utvecklingen av dessa tekniker, en tvåstegsprocess finansierad till $ 200, 000 genom stora utmaningar, ett initiativ från Bill &Melinda Gates Foundation, kommer att påskynda forskarnas förståelse av infektiösa och autoimmuna sjukdomar och förbättra deras förmåga att utveckla sjukdomsdiagnostik och förebyggande och behandlingsmetoder.

Yongxin (Leon) Zhao, en biträdande professor i biologiska vetenskaper vid Carnegie Mellon's Mellon College of Science, har utvecklat tekniken för expansionsmikroskopi för att fysiskt förstora en biopsi, gör det möjligt för forskare att se fina detaljer i biologiska prover med hjälp av standardmikroskop.

Zhao får biopsiprover att växa i storlek genom att kemiskt omvandla dem till vattenlösliga hydrogeler. Han tillämpar sedan en behandling som lossar vävnaderna och låter dem expandera mer än 100 gånger i volym. Vävnaderna och molekylerna i provet kan sedan märkas, avbildad och sammanställd i en komplex uppsättning data, ska användas för att studera interaktioner mellan celler och deras strukturer.

Dock, en begränsning av tekniken är att den extraherar två till tre storleksordningar mer data än vad nuvarande tekniker kan tolka. För att hjälpa till att lösa det problemet, Gates Foundation-bidraget parar expansionsmikroskopi med en virtuell verklighetsteknik utvecklad vid Benaroya Research Institute vid Virginia Mason (BRI).

Genom VR-teknik utvecklad speciellt för detta ändamål, forskare kommer att kunna se och manipulera de ursprungliga 2D-expansionsmikroskopbilderna i 3D, ger dem en 360 graders bild av vävnads- och proteinorganisationer och interaktioner.

"På BRI, vi förbereder de levande smittsamma och autoimmuna sjukdomsproverna, sa Caroline Stefani, senior postdoktoral forskarassistent. "Vi skickar dem till Carnegie Mellon, där de kommer att förstora proverna och skicka bilder tillbaka till BRI för att ses i VR."

"Detta är framtiden för hur forskare kan hantera komplexa data, " sa Zhao. "Det är en uppslukande upplevelse, precis som du sitter inne i din data. Du har friheten att utforska dina data från alla vinklar och var som helst. "

Virtual reality-tekniken utvecklades av Tom Skillman, BRI:s tidigare chef för forskningsteknologi, som sedan har grundat ett VR-företag, Uppslukande vetenskap.

"Min roll i detta bidrag är att utveckla ett mjukvaruverktyg som gör det möjligt för forskare som studerar sjukdomar ett sätt att förstå stora mängder data genom en beräkningsteknik som kallas" uppslukande vetenskap, ", Sa Skillman." Att föra in all data till VR tillåter inte bara forskaren att se sina 2-D-mikroskopbilder i full 3D, men att interagera med data, välja kanaler, justera vyer, färger och kontraster, och greppa och rotera bilderna för att snabbt identifiera nyckelaspekter av bilden som är kopplade tillbaka till sjukdomen som studeras."

Det slutliga målet är VR-verktyget, kallas ExMicroVR, att delas på öppna plattformar med andra forskare tillsammans med expansionsmikroskopi så att de också kan se nya detaljer om sjukdomsprocesser och förstå större, mer komplexa datauppsättningar.

Systemet för att konvertera expansionsmikroskopidata till VR 3-D-bilder kommer att vara prisvärt och lättillgängligt för forskare och läkare i utvecklingsländer. Det kommer också att göra det möjligt för upp till sex personer att samarbeta och se samma prov på distans samtidigt.