通過將高度聚焦的紅外光照射到活細胞上，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的科學家希望揭示個體細胞的身份，并診斷細胞是否患病或健康。

他們將使用他們的技術生成詳細的，基于顏色的單個細胞和細胞集合的圖譜- 以微觀和最終的納米級細節(jié) - 將使用機器學習技術分析自動分選細胞特征。

使用微觀顏色圖解鎖細胞身份

他們的重點是開發(fā)一種快速方法，以便輕松識別細胞類型和細胞內的特征，通過提供一種探測其原生環(huán)境中的活細胞而不傷害細胞或需要突出的細胞標記技術來輔助生物和醫(yī)學研究。

“這完全是非侵入性的，”伯克利實驗室分子生物物理和綜合生物成像部門的生物化學家和資深科學家Cynthia McMurray說道，他正在與伯克利實驗室高級光源(ALS)的物理學家兼高級科學家Michael Martin一起領導這項新的成像工作。 )。

ALS具有數(shù)十個光束線，可產(chǎn)生從紅外線到X射線的強烈聚焦光束，用于廣泛的實驗。

“我們正在研究定義細胞是什么的特征。我們對細胞身份及其決定因素感興趣，”McMurray說。“我長期以來一直在研究組織以及病態(tài)和正常狀態(tài)的差異，我意識到我們可以在ALS上使用這些紅外光束來為這些細胞提供簽名。”

研究人員還計劃使用該技術來識別和破譯微生物和植物的分子特性。

基于伯克利實驗室在神經(jīng)科學，紅外成像，計算，可視化，工程和機器學習方面的優(yōu)勢，紅外成像研究的目標是找出細胞的專業(yè)化是由其環(huán)境強加的還是它是否屬于她說，細胞的固有特性。

例如，該研究有助于為控制細胞的特化提供一條道路。

為了驗證該技術的有效性，該團隊正在將他們的紅外圖像與使用更常規(guī)的成像技術(稱為免疫熒光)捕獲的圖像并排比較。

通過未發(fā)表的研究，該團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從大腦不同位置采集的相同類型的腦細胞存在差異。“從表面上看，它們看起來并沒有什么不同，但如果你用紅外線探測，它們就會有所不同，”她說。成像技術可用于顯示組織樣品中存在的細胞類型和細胞特征的位置和種類。“我們對細胞的相互作用非常感興趣。”

倡議針對疾病

該研究的長期目標是了解細胞水平的疾病進展，并探索干細胞如何轉變?yōu)槠渌毎愋汀?ldquo;我們希望觀察細胞的分化。是什么讓細胞做出選擇成為別的?”她說。

伯克利實驗室的科學家通過慈善機構Chan Zuckerberg Initiative DAF(CZI)獲得了一輪種子資金，這是硅谷社區(qū)基金會的一個建議基金，以支持他們的努力，稱為“光譜表型分析”。

“科學”雜志8月8日的一篇新聞文章強調了他們的工作以及一個名為人類細胞圖譜的大型研究項目，該項目旨在為每種細胞類型提供“獨特的身份證”，以及如何提供三維地圖細胞形成組織，對疾病有新見解。

由扎根伯格和扎克爾伯格(一位與扎克伯格結婚的兒科醫(yī)生和慈善家)Priscilla Chan發(fā)起的Chan Zuckerberg計劃有三個重點領域：科學，教育，司法和機會?？茖W重點的既定目標是支持跨學科團隊開發(fā)“有助于在本世紀末治愈，預防或管理所有疾病的科學和技術”。

McMurray說，紅外成像技術的關鍵在于它允許細胞存在于其原生環(huán)境中，并且不需要任何可能損壞或改變細胞的標記或特殊預備。

全球焦點

作為紅外線細胞成像研究的一部分，馬丁指出，ALS產(chǎn)生的紅外光特性在世界研究機構中很少見，其在細胞鑒定中的可能應用在很大程度上尚未開發(fā)。

其中一條ALS紅外光束線的探測器能夠掃描1000個波長，用于探測器的每個像素 - 像素是圖像的最小單位 - 因此細胞成像可以生成大量數(shù)據(jù)。

在設計計算機算法以理清細胞差異時，馬丁說，“這不僅僅是選擇一個特征。我們認為提出更廣泛的問題更有力：整套差異是什么?”

通過觀察每個細胞圖像中的各種紅外波長，“希望我們能找到更深層次的東西，”他說。

他還指出，計劃在ALS上使用新的更高分辨率的紅外光束線，可以將細胞特征分解到幾十納米(十億分之一米)，并開發(fā)一種通過紅外光束使活細胞流動的方法用于高通量成像。

盡管ALS產(chǎn)生的紅外光特性相對獨特，但Martin和McMurray表示他們希望它們產(chǎn)生的細胞成像數(shù)據(jù)對于使用低功率紅外成像工具的研究人員也是有用的。

該團隊向Chan Zuckerberg Initiative提出的建議概述了開發(fā)一個完整的按鈕系統(tǒng)的計劃，該系統(tǒng)最終可供更廣泛的研究團體使用。

“我們希望將所有這些結合起來，開發(fā)出對世界其他地方開放的東西，”馬丁說。