Moderna ljusmikroskopiska tekniker ger extremt detaljerade insikter om organ, men de terabyte av data som de producerar är vanligtvis nästan omöjliga att bearbeta. Ny mjukvara, utvecklad av ett team ledd av MDC-forskaren Dr. Stephan Preibisch och presenteras nu i Naturmetoder , hjälper forskare att förstå dessa mängder av data.

Det fungerar nästan som ett trollspö. Med hjälp av några kemiska knep och knep, forskare har under några år nu kunnat göra stora strukturer som mushjärnor och mänskliga organoider transparenta. CLARITY är kanske den mest kända av de många olika provröjningsteknikerna, med vilket nästan vilket studieobjekt som helst kan göras nästan lika genomskinligt som vatten. Detta gör det möjligt för forskare att undersöka cellulära strukturer på sätt som de tidigare bara kunde drömma om.

Och det är inte allt. 2015 presenterades ett annat trollknep – kallat expansionsmikroskopi – i tidskriften Vetenskap . Ett forskarlag vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Cambridge upptäckte att det var möjligt att expandera ultratunna skivor av mushjärnor nästan fem gånger sin ursprungliga volym, vilket gör att prover kan undersökas ännu mer i detalj.

Programvaran ger order till datakaoset

"Med hjälp av moderna ljusarkmikroskop, som nu finns i många labb, stora prover som behandlas med dessa metoder kan snabbt avbildas, " säger Dr. Stephan Preibisch, chef för forskningsgruppen för mikroskopi, Bildanalys och modellering av utvecklande organismer vid MDC:s Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB). "Problemet, dock, är att proceduren genererar så stora mängder data - flera terabyte - att forskare ofta kämpar för att sålla igenom och organisera data."

För att skapa ordning i kaoset, Preibisch och hans team har nu utvecklat ett program som efter komplex rekonstruktion av data påminner något om Google Maps i 3D-läge. "Man kan inte bara få en överblick över helheten, men kan också zooma in för att specifikt undersöka enskilda strukturer med önskad upplösning, " förklarar Preibisch, som har döpt programvaran till "BigStitcher". Nu, datorprogrammet, som alla intresserade forskare kan använda, har presenterats i den vetenskapliga tidskriften Naturmetoder .

Ett team av tolv forskare från Berlin, München, Storbritannien, och USA var inblandade i utvecklingen. Tidningens två huvudförfattare är David Hoerl, från Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) vid MDC, samt MDC-forskaren Dr. Fabio Rojas Rusak. Forskarna visar i sin uppsats att algoritmer kan användas för att rekonstruera och skala data som förvärvats med ljusarkmikroskopi på ett sådant sätt att en superdator blir onödig. "Vår programvara körs på vilken standarddator som helst, ", säger Preibisch. "Detta gör att data enkelt kan delas mellan forskargrupper."

Datakvaliteten bestäms också

Utvecklingen av BigStitcher började för ungefär tio år sedan. "Vid den tiden, Jag var fortfarande Ph.D. student och funderade mycket på hur man bäst hanterar mycket stora mängder data, " påminner Preibisch. "De ramar vi skapade då har hjälpt oss att framgångsrikt ta itu med ett mycket aktuellt problem." Men, självklart, han lägger till, många nya algoritmer införlivades också i programvaran.

BigStitcher kan visualisera de tidigare avbildade proverna på skärmen i vilken detaljnivå som helst, men det kan också göra mycket mer. "Mjukvaran bedömer automatiskt kvaliteten på den inhämtade datan, " säger Preibisch. Detta är vanligtvis bättre i vissa delar av föremålet som studeras än i andra. "Ibland, till exempel, röjning fungerar inte så bra i ett visst område, vilket innebär att färre detaljer fångas där, " förklarar MDC-forskaren.

"Ju ljusare en viss region av, säga, en mushjärna eller ett mänskligt organ visas på skärmen, ju högre giltighet och tillförlitlighet hos de inhämtade uppgifterna, säger Preibisch, som beskriver denna extra funktion i hans programvara. Och eftersom även de bästa clearingteknikerna aldrig uppnår 100 procent transparens av provet, mjukvaran låter användare rotera och vända bilden som tagits med mikroskopet i valfri riktning på skärmen. Det är således möjligt att se provet från vilken vinkel som helst. "Detta är ytterligare en ny funktion i vår programvara, säger Preibisch.

Vem som helst kan ladda ner programvaran gratis

Zoomfunktionen gör att biologer kan hitta svar på många frågor, som:Var i hjärnan sker celldelning för närvarande? Var uttrycks RNA? Eller var slutar specifika neuronala projektioner? "För att ta reda på allt detta, det är först nödvändigt att få en överblick över hela studieobjektet, men sedan för att kunna zooma in för att se de minsta detaljerna i hög upplösning, " förklarar Preibisch. Därför, många labb har idag ett behov av programvara som BigStitcher. Programmet distribueras inom Fiji-ramen, där alla intresserade forskare kan ladda ner och använda plugin-programmet gratis.