科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新工具，可以更深入、更清晰地觀察生物，這是一種節(jié)省時(shí)間并有助于推進(jìn)醫(yī)學(xué)治療的視覺(jué)優(yōu)勢(shì)。

這是一種基礎(chǔ)科學(xué)，可以用來(lái)開(kāi)發(fā)更好的診斷和治療方法，包括檢測(cè)肺癌或污染物造成的損害。這項(xiàng)研究的主要作者、南加州大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究助理教授弗朗西斯科·卡特萊爾表示：

這項(xiàng)技術(shù)的通用性足夠強(qiáng)，可以成為一款用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、食品安全或假幣檢測(cè)的智能手機(jī)應(yīng)用程序。隸屬于南加州大學(xué)邁克爾遜會(huì)聚生物科學(xué)中心的科學(xué)家們，在過(guò)去的幾年里一直在研究這項(xiàng)技術(shù)，其研究成果發(fā)表《自然通訊》期刊上。從字面上看，這項(xiàng)技術(shù)關(guān)注的是生物學(xué)基石，當(dāng)生物學(xué)家深入研究生物時(shí)（細(xì)胞、魚、人）并不總是清楚到底發(fā)生了什么。

新成像技術(shù)

細(xì)胞和蛋白質(zhì)在組織中深深地交織在一起，留下了許多關(guān)于成分之間相互作用的問(wèn)題，治愈疾病的第一步是看清問(wèn)題，而這并不總是那么容易。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員一直依賴于一種名為熒光高光譜成像(FHSI)的技術(shù)。這是一種可以在光譜上區(qū)分顏色，標(biāo)記分子以便跟蹤它們，并產(chǎn)生生物體內(nèi)部生動(dòng)彩色圖像的方法。

但熒光高光譜成像提供的優(yōu)勢(shì)也有局限性，它不一定會(huì)顯示全彩色光譜。由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要大量的數(shù)據(jù)，采集和處理圖像需要很長(zhǎng)時(shí)間。這也涉及到許多耗時(shí)的計(jì)算，這是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。因?yàn)楫?dāng)實(shí)驗(yàn)可以實(shí)時(shí)完成時(shí)，其工作效果會(huì)更好。為了解決這些問(wèn)題，南加州大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的方法，稱為頻譜編碼增強(qiáng)表示(SEER)。

它提供了更高的清晰度，工作速度比目前的技術(shù)快67倍，清晰度高2.7倍。它依靠數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)更快地解析數(shù)據(jù)，可以處理所有顏色范圍內(nèi)充滿活力的熒光標(biāo)簽，以獲得更多細(xì)節(jié)，而且使用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存存儲(chǔ)要少得多。隨著現(xiàn)代融合生物科學(xué)研究背后大數(shù)據(jù)研究的爆炸性增長(zhǎng)，這一點(diǎn)更加重要。根據(jù)這項(xiàng)研究，SEER是一種“快速、直觀和數(shù)學(xué)的方式”，可以在圖像收集和處理時(shí)對(duì)其進(jìn)行解釋。

在許多情況下，這種事后分析雖然強(qiáng)大，但在實(shí)驗(yàn)或醫(yī)療決策中為時(shí)已晚。高光譜數(shù)據(jù)的獲取和分析之間存在差距，科學(xué)家和醫(yī)生并不知道實(shí)驗(yàn)中包含的信息，SEER就是為了填補(bǔ)這一差距而設(shè)計(jì)的。SEER的第一個(gè)應(yīng)用將在醫(yī)學(xué)和研究領(lǐng)域，這一通用算法首先由南加州大學(xué)翻譯成像中心的文石和Daniel Koo撰寫。

從肺癌檢測(cè)到潛在的手機(jī)應(yīng)用程序

將與洛杉磯兒童醫(yī)院的醫(yī)生合作，用于檢測(cè)患者肺部疾病的早期階段和污染物造成的潛在損害。此外，生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家，已經(jīng)開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)中采用SEER，以進(jìn)一步提高效率。成像技術(shù)的改進(jìn)也可以達(dá)到消費(fèi)者層面，所以很可能像fHSI和SEER這樣的技術(shù)可以安裝在手機(jī)上，以提供強(qiáng)大的可視化工具。

博科園｜研究/來(lái)自：南加州大學(xué)

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-020-14486-8

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