세포 생물학 (Cell Biology) 적용 사례
단일 셀 추적 (Single cell tracking)
배아 (Embryonic) 발달과 선천적 장애가 어떻게 발생하는지 더 잘 이해하려면, 과학자들은 배아의 개발주기 동안 개별 세포를 뒤따라야 합니다.
- 연구자들은 강력한 고속 광 시트 (Light-sheet) 현미경을 사용하여 충분한 시간적 및 공간적 해상도로 이러한 세포를 영상화 할 수 있음.
Amira 소프트웨어:
- Amira 소프트웨어를 통해, 연구원은 개별 세그먼트 셀을 시계열 이미지로 분류하기 위해 사용자 정의 분할 알고리즘을 배포 할 수 있음.
- 자동화된 강력한 추적 솔루션을 사용하여, 수천 개의 세그먼트화 된 셀을 추적할 수 있음 : u-track 3D로 구동, Danuser Lab에서 논문 제출.
- 적절한 모션 모델, 이벤트 감지 및 갭 클로징을 Amira가 자동으로 선택함으로써 연구원은 수천 개의 빠르게 움직이는 셀을 고정밀도로 추적 할 수 있음.
이 트랙에서, Amira 소프트웨어는 과학자들이 형상 크기 및 강도 매개 변수 또는 운동성 및 확산과 관련된 측정과 같은 정량적 정보를 추출할 수 있도록 합니다.
- 연구원은 또한 여러 세포 세대에 걸친 트랙을 분석하여 세포 계보 정보를 얻을 수 있음.
단일 입자 추적 (Single particle tracking)
최근 개발된 광 시트 (Light-sheet) 현미경으로, 연구원들은 특별한 공간적 및 시간적 해상도로 세포 내 입자를 영상화 할 수 있습니다.
- 멘브레인 다이나믹스, 바이러스 감염, 세포 내 전달 및 유전자 전사 (Gene transcription)와 같은 세포 내 과정은 더 정확하게 연구될 수 있음.
- 이러한 정확성의 잠재력은 단일 분자 또는 거대 분자 복합체, 세포기관 (Organelles), 바이러스 또는 미소 구체 (Microspheres)를 나타낼 수 있는 이러한 입자를 추적하도록 요구함.
Amira 소프트웨어:
- Amira 소프트웨어는 가장 일반적으로 사용되는 실험 설정에서 이러한 입자를 탐지 할 수 있음.
- 연구원은 Amira 소프트웨어가 각 개별 입자 및 시간 간격에 가장 적합한 모션 모델을 선택할 수 있도록 함.
필라멘트 추적 및 편집
필라멘트 (Filaments) 및 미세 소관 (Microtubules)의 분석은 세포 내 프로세스, 세포 구조의 구성 및 세포 이동을 연구 할 때 매우 중요합니다.
- 이러한 세포 구조의 연구는 질병 치료법을 개발하는데 필요.
Amira 소프트웨어:
- Amira 소프트웨어를 통해 연구원들은 템플릿-매칭 알고리즘을 사용하여, 노이즈가 많은 저온 전자현미경 (Cryo-EM) 또는 DualBeam™ 데이터에서 미세한 필라멘트를 자동으로 감지하고 추적할 수 있음.
- 과학자들은 필라멘트 네트워크를 재구성하고 결과 그래프를 편집하여 필라멘트로 잘못 식별된 이미지 기능을 제거하거나 네트워크의 누락된 부분을 추가할 수 있음.
- 양, 길이, 두께, 방향, 등급 등과 같은 매개 변수를 측정하여, 필라멘트의 그래프를 정량화 할 수 있음.
- 재구성된 모델과 계산된 매개 변수로부터 강력한 3D 렌더링이 생성 될 수 있음.
맥스 플랑크 신경 생물학 연구소의 축삭 돌기 (Axon) 추적 참조:
- https://www.fei.com/The-Max-Planck-Institute-of-Neurobiology-uses-Amira
다중 채널 형광 광학 현미경 데이터 처리
형광 현미경으로 작업하는 연구원은 종종 여러 채널로 데이터를 수집합니다.
- 각 채널은 다양한 파장에서 빛을 방출하는 형광 착색으로 서로 다른 단백질 또는 분자를 강조 표시할 수 있음.
- 그런 다음 과학자들은 모든 채널을 결합하여 워크 플로우를 개발하고 분석에 대한 정량적 결과를 얻는데 필요한 정보를 추출하는데 어려움을 가짐.
Amira 소프트웨어:
- 포괄적인 이미지 처리 도구 상자와 결합된 Amira 소프트웨어의 그래픽 워크 플로우 설계 도구를 통해 연구원들은 이 문제를 해결하고 최첨단 연구에 필요한 정량적 정보를 계산할 수 있음.
- 그런 다음 Amira 소프트웨어의 전문 시각화 도구를 사용하여 이러한 워크 플로우 및 결과를 스크린 샷 또는 애니메이션으로 동료에게 전달할 수 있음.
3D 회전 타원체 (Spheroid) 모델에서 자동화된 세포 분석
세포 스페로이드 (Cellular spheroids)는 전통적인 세포 단층 (Monolayers) 보다 생체 내 조직을 더 잘 나타내는 3D 세포 배양액으로, 많은 응용 분야에서 암, 당뇨병 또는 줄기 세포를 연구하는 연구자의 능력을 향상시킴니다.
- 그러나, 이러한 3D 다세포 객체에서의 세포 분석은, 특히 연구 대상을 파괴하지 않으면 정확하게 측정하는 것은 불가능.
Amira 소프트웨어:
- Amira 소프트웨어는 세포를 자동으로 분리하고 각 회전 타원체 세포의 3D 이미지 데이터에서 개별 세포와 핵에 대한 부피, 형상 및 강도 측정을 수행할 수 있음.
- Amira 소프트웨어는 연구자들이 기존의 2D 세포 단일 층 분석에 도움을 줌.
상관 광학 및 전자 현미경 (Correlative Light and Electron Microscopy)
CLEM 워크 플로우의 주요 도전 과제는 샘플 준비 및 이미지 수집 단계에서 현미경 학자들이 전자 현미경 검사를 위해 샘플을 생리학적 상태에서 동결 샘플로 옮길 때 발생합니다.
- 이러한 실험적 도전이 극복되면, 다음 어려움은 광학 현미경으로부터의 다중 채널 시간 열 데이터를 전자 현미경으로부터의 구조적 정지 이미지와 융합시키는 좋은 해결책을 찾는 것.
- 이 이미지 프로세싱 워크 플로우를 지원하려면, 소프트웨어 도구가 멀티 볼륨 처리, 이러한 볼륨 등록, 측정 상관 관계 및 이미지 융합을 위해 동일한 3D 공간에서의 멀티 모달 데이터 시각화를 지원해야함.
Amira 소프트웨어:
- 멀티 모드 이미징 기술에 대한 오랜 응용 프로그램을 갖춘 Amira 소프트웨어는 여러 이미징 방식의 데이터를 다루는 많은 연구자들이 선호하는 도구.
- Amira 소프트웨어의 아키텍처는 처음부터 다중 볼륨 데이터 처리 및 시각화를 지원.
- Multi-Planar Workroom와 함께 통합된 자동 등록 도구는 가장 일반적으로 사용되는 자동 등록 메트릭 및 데이터의 요구에 맞게 등록 매개 변수를 조정 할 수 있는 최적화 프로그램의 유연성을 제공.
- CLEM 연구원이 극복해야 할 실험 과제가 무엇이든 Amira 소프트웨어는 데이터를 준비 함.
데이터 가져오기
세포 내 및 세포 내 프로세스를 연구하는데 사용 할 수 있는 다양한 이미징 기술입니다.
- 과학자들은 종종 자신의 독점 파일 형식을 선호하는 다양한 공급 업체의 이미지 장비에 직면하게 되고, 이로 인해 이미지 분석 및 시각화 작업이 복잡해 질 수 있음.
Amira 소프트웨어:
- Amira 소프트웨어는 이 작업을 쉽게 처리.
- 과학자들은 XBioFormats 확장을 사용하여, 150 개가 넘는 파일 형식에서 3D 또는 4D+ 데이터를 편리하게 로드 할 수 있음.
- 따라서 데이터를 공통 파일 형식으로 내보낼 필요없이 단일 응용 프로그램에서 데이터를 즉시 작업 할 수 있음.
사용 가능한 하드웨어 메모리를 초과하는 데이터 세트의 경우, Amira 소프트웨어는 Bio-Formats에서 대용량 데이터를 직접 LDM 형식으로 변환합니다.