Yüksek İçerikli Görüntüleme Teknolojisinin Çekirdek Tesisleri Geliştirmedeki Rolü
Yokogawa Life Science’dan Arvonn Tully ve Esther Kieserman ile yapılan röportajda, NewsMedical, konfokal tabanlı yüksek içerikli görüntülemenin çekirdek tesis araştırmasını ilerletme ve veri güvenilirliğini artırma konusundaki rolünü ele alıyor.
Esther Kieserman ve Arvonn Tully ile Tanışın
Esther Kieserman (EK): Kariyerim boyunca mikroskopi endüstrisinde çalıştım ve lisans yıllarımdan itibaren bu alanda yer aldım. Moleküler biyoloji alanında konfokal tabanlı görüntüleme üzerine doktora yaptım ve postdoktora çalışmalarım genellikle geniş alan mikroskopisine odaklandı.
Yaklaşık üç yıl boyunca bir mikroskopi çekirdek tesisinde çalıştım ve bu süre zarfında mikroskop kullanıcısından mikroskopçuya geçiş yaptım. 2024 yılı Şubat ayında Yokogawa Life Science ekibine katılmadan önce, yüksek içerikli görüntüleme konusunda sınırlı doğrudan deneyimim olduğunu söyleyebilirim.
Geleneksel mikroskoplarla yaklaşık beş yıl çalıştım, ardından beş yıl boyunca eğitim, uygulama desteği ve teknik yardım üzerine odaklandım. Mikroskopi kariyerimde her zaman bir sabit olmuştur ve yüksek içerikli görüntüleme, bu alanın benzersiz ve uzmanlaşmış bir dalını temsil eder. Geleneksel mikroskopi arka planım, konfokal tabanlı yüksek içerikli görüntüleme ve analize yaklaşırken taze ve çok yönlü bir bakış açısı sunuyor.
Arvonn Tully (AT): Mayıs 2020’den beri Yokogawa’nın Yüksek İçerik Analizi ekibindeyim. Bundan önce, araştırma mikroskop alanında 3D görüntü analizi yazılımıyla 14 yıl çalıştım ve Kuzey Amerika’daki Imaris ve Arivis ekipleriyle yakın işbirliği içindeydim. Bu süre zarfında, laboratuvarlara, çekirdek tesislere, biyoteknoloji ve ilaç şirketlerine hem satış öncesi hem de sonrası destek sağlayarak, görüntüleme araçlarından en iyi şekilde faydalanmalarına yardımcı oldum.
Araştırmacıların fikirlerini anlamlı 3D ölçümlere dönüştürmelerine yardımcı olmanın en çok keyif aldığım şeydir. Bilimsel araştırma geçmişim, yüksek içerikli analizi 3D ortamlara getirme konusundaki çalışmalarımda değerli olmuştur, özellikle de ilaç keşfi alanında.
Özellikle, sferoidler, organoidler ve hastadan türetilmiş dokular gibi modelleri kullanarak daha gerçekçi ve fizyolojik olarak ilgili çalışmalar oluşturma konusunda tutkulu biriyim. 3D kültürler arasında optik bölümlendirme yapma yeteneğine sahip olan konfokal mikroskopi, bu karmaşık sistemlerdeki hücre davranışlarını keşfetmede önemli bir rol oynamaktadır ve böylesine yenilikçi çalışmanın bir parçası olmaktan heyecan duyuyorum.
Çekirdek Tesislerin Karşılaştığı Temel Zorluklar
Esther, çekirdek tesislerin kaynak tahsisi, veri işleme ve verimlilik konularında karşılaştığı temel zorluklar hakkında neler söyleyebilirsiniz?
EK: Çekirdek tesisler için temel bir zorluk, yeni teknolojiye yatırım yapacak yeterli kaynağı temin etmek veya teknolojik gelişmelere ayak uyduracak öngörüye sahip olmaktır.
Çekirdek direktörleri, tesislerinin hem kurumun araştırmacıları hem de onları işe almaya çalıştıkları yeni araştırmacılar tarafından cazip kalmasını sağlamak için “geleceği garanti altına alan” ekipmanlara yatırım yapmak zorundadır.
Finansman döngüsü, en azından Amerika Birleşik Devletleri’nde, uzundur. Çekirdek tesis yöneticileri, bir ekipmanı tesislerine yerleştirmeden önce aylar, hatta yıllar önce kararlar almak zorundadırlar. Eğer ekipman seçimi yanlış ise ve kullanılmazsa, bu çekirdeği ciddi şekilde zorlar ve ekipmanın kullanılmaması durumunda daha fazla finansman sağlama yeteneğini etkileyebilir.
Veri yönetimi, çekirdek tesisler için sürekli olarak sorunlar doğurmuştur. On yıl önce, yerel veri depolamada zaman sınırları olan harici sunucular kullandık. Bu zorluk, veri üretim hızları arttıkça ve araştırmacılar deney başına daha fazla veri ürettikçe daha da artmıştır.
Bu sorunu artıran bir başka konu, veri dosyalarının giderek büyümesidir, bu da daha fazla bilgisayar depolama gerektirir. Sık sık, tek bir gece boyunca yapılan bir deney, tüm terabaytlık bir sabit diski doldurabilir.
Verimlilik de büyük bir endişedir. Çekirdek tesislerindeki araştırmacılar genellikle ekipmanı kullanım başına saatlik ödeme yaparlar, olsun bu bir akış sitometresi, bir konfokal mikroskop veya hatta standart bir bileşik mikroskop olsun. Özel yardım gerekiyorsa maliyet artar.
Maliyetler, bir araştırmacının bir akış sitometresi çalıştırmak, konfokalda beyin dilimlerini görüntülemek veya bir örneği kitle spektrometri ile analiz etmek için bir çekirdek yöneticisine ihtiyaç duyması durumunda artar. Araştırmacılar ve endüstri uzmanları, yatırımlarından elde ettikleri verileri maksimize etmeyi amaçlarlar; bu nedenle, herhangi bir ekipman arızası proje ilerlemesi için zararlı olabilir.
Çekirdek Tesislerde Yüksek İçerikli Görüntülemenin Bu Zorluklarla Başa Çıkma Yöntemleri
Esther, yüksek içerikli görüntülemenin iş akışlarını optimize etmede ve veri güvenilirliğini artırmada bazı zorluklarla nasıl başa çıktığını açıklayabilir misiniz?
EK: Yüksek içerikli görüntüleme ve analiz, özellikle verimlilik açısından çekirdek tesislerinde birçok zorluğu aşabilir. Yüksek içerikli görüntüleme ve analiz, daha özelleşmiş ekipmanlara olan yükü hafifletir.
Örneğin, yeni bir akış sitometresi deneyi için parametreleri belirlemek için beş veya altı saat harcamak yerine, bir araştırmacı yapışık hücrelerle yüksek içerikli bir sistem kullanarak potansiyel sonuçların genel bir bakışını bir saat içinde elde edebilir.
Pahalı bir nokta taramalı konfokal mikroskopa güvenmek yerine, araştırmacılar aynı süre zarfında döner disk tabanlı bir yüksek içerikli sistem kullanarak benzer miktarda ve kalitede görüntüler elde edebilir.
Birçok durumda, yüksek içerikli analiz sistemleri, geleneksel yöntemlerin doğrudan yerini alır veya hatta geliştirir.
Parametreler tanımlandıktan sonra, yüksek içerikli görüntüleyiciler deneyleri tutarlı bir şekilde hassasiyetle gerçekleştirir, güvenilirliği sağlar ve önyargılı analiz rutinlerinin etkisini azaltır. Bu tutarlılık, sonuçların doğruluğunu artırmakla kalmaz, aynı zamanda araştırmacıların zihinsel yükünü hafifletir. Tekrarlayan görevleri yönetmek için daha az zaman harcanmasıyla, araştırmacılar yenilikçi sorular sormaya, yaratıcı fikirleri keşfetmeye ve projelerini ilerletmeye odaklanabilirler.
Verilerin güvenilirliği, araştırmacıların deneyin sorunsuz bir şekilde işleyip işlemeyeceğinden endişe etmeden deneysel tasarımına odaklanmalarını sağlar. Bu, zamanlarını ve enerjilerini laboratuvar veya tesis içindeki diğer önemli görevlere odaklanmalarını sağlayarak serbest bırakır.
Yazılımın Yüksek İçerikli Görüntüleme Teknolojisindeki Rolü
Arvonn, yazılım analizi konusundaki uzmanlığınızdan yola çıkarak, çekirdek tesisler için konfokal tabanlı yüksek içerikli görüntüleme yazılımının değerli bir araç haline getirilmesinde yazılımın rolü hakkında daha fazla bilgi verebilir misiniz?
AT: Otomasyon ilerlemeleri, araştırmacıları hızlı bir şekilde eğitmeyi kolaylaştırır ve araştırma verilerinin güvenilirliğini önemli ölçüde artırır. Örneğin, yüksek içerikli görüntüleyiciler, bilim insanlarının geleneksel mikroskopların hiçbir zaman yapamayacağı kadar hızlı anlamlı sonuçlar elde etmelerini sağlar.
Bu mikroskoplar tamamen otomatik ve kullanıcı dostudur, tak-çalıştır cihazları gibi çalışırlar. Belirlenmiş iş akışları sadece görevleri basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda eğitim süresini en aza indirir ve kullanıcı hatalarının olasılığını azaltır.
Bugünün araştırma ortamında otomasyon, deneyleri ölçeklendirmek için esastır. Makale yayınlama standartları yükseldi – sonuçların geçerliliğini doğrulamak için çok daha büyük örneklem boyutları gerektiren deneyler artık on örnekle sınırlı değildir. Yüksek içerikli konfokal mikroskoplar, bu zorluğu ileri düzey döner disk teknolojisi ile karşılıyor.
Geleneksel lazer nokta taramalı konfokallerin aksine, aynı anda 1000 ışın kullanarak görüntüleri daha hızlı ve daha hassas bir şekilde yakalarlar. Bu hız ve hassasiyet, yüksek kaliteli veri üretmek için hayati öneme sahiptir.
Sanayi ve Akademik Çekirdek Tesislerinin Yüksek İçerikli Görüntüleme Uygulamaları Arasındaki Farklar
Yüksek içerikli görüntülemeyi sanayi ve akademik çekirdek tesislerinde uygulamak arasındaki farklılıkları gözlemlediniz mi? Benzersiz zorluklar veya avantajlar fark ettiniz mi?
EK: Sanayi çekirdek tesisleri genellikle yüksek içerikli görüntüleme sistemlerini ilk benimseyenler arasında yer alır, genellikle belirli projelere uygun ekipmanlara yatırım yapar ve bu ekipmanı sürekli olarak bu amaçlar için işletir. Endüstri kullanıcıları için, tekrarlanabilirlik ve minimum işlem dışı süre önemlidir, çünkü deneyler genellikle 24/7 çalışır. Bu ortamlarda, kullanım kolaylığı büyük bir avantaj haline gelir, özellikle de sorun giderme saat dışında zor olabilir. Bu sistemlerin her kullanıldığında güvenilir bir şekilde çalışması gereklidir.
Buna karşın, akademik çekirdek tesisleri genellikle çok yönlülüğe öncelik verir, hem kullanıcı dostu hem de çeşitli uygulamalara uygun ekipman ararlar. Örneğin, konfokal yüksek içerikli bir sistem, 3D canlı hücre taramaları ve beyin doku dilimlerinin görüntülenmesi gibi çeşitli görevlerle başa çıkmak için kolayca ayarlanabilir.
Sanayi ve Akademik Ortamlarda Veri Analizi Gereksinimleri Arasındaki Farklar
Sanayi ve akademik ortamlarda veri analizi genel olarak hedefli veya kapsamlı yaklaşımlardan birini takip eder. Bu iki ortam arasında farklılık gözlemliyor musunuz?
AT: Sanayi ortamlarında analiz genellikle hedefli veya kapsamlı yaklaşımlardan birini takip eder.
Hedefli gruplar, belirli hücre popülasyonları hakkında belirli soruları yanıtlayan iyi karakterize edilmiş testler kullanır. Diğer yaklaşım, her şeyi ölçmek ve ikincil veri analizinde farklı fenotipleri ve etkileri tanımlamak için derin öğrenme araçlarını kullanmaktır.
Yüksek İçerikli Görüntülemenin Diğer Çekirdek Teknolojilerle Entegrasyonu
Çekirdek tesislerinde yüksek içerikli görüntülemenin akış sitometresi veya genomik gibi diğer çekirdek teknolojilerle nasıl entegre edildiğini incelediniz mi? Çok modal bir yaklaşım trendini öngörüyor musunuz?
EK: Yüksek içerikli görüntüleme, geleneksel olmayan görüntüleme çekirdeklerinde özellikle akış sitometresine benzer şekilde benimsenmeye başlanıyor.
FCS formatında veri kaydedebilen CQ1 gibi sistemler, araştırmacılara çeşitli boyalarla çalışma ve görüntülerden önemli veri toplama esnekliği sunar. 18 veya 20 boyalı bir akış sitometresi panelini tamamen değiştirmese de, kapsamlı akış sitometresi deneyleri için değerli bir başlangıç noktası sağlar.
Birincil avantajlarından biri, yüksek içerikli görü