Aquisição de Imagem de Alto Rendimento

A aquisição de imagem de alto rendimento é um termo utilizado para descrever a microscopia de luz automatizada e a análise de imagens de um grande número de amostras. É uma técnica útil para ensaios de triagem fenotípica, avaliando a resposta de células, modelos baseados em células ou organismos a vários tipos de perturbações. Ao selecionar um sistema baseado em microscópio para aquisição de imagem de alto rendimento, é importante não apenas encontrar um sistema com características/recursos necessários, mas também avaliar criticamente sua confiabilidade e capacidade – dois fatores que têm um impacto real no rendimento e eficiência.

Produtos para Aquisição de Imagem de Alto Rendimento

A Nikon oferece a série de instrumentos BioPipeline para aplicações de aquisição de imagem de alto rendimento e alto conteúdo. O sistema de aquisição de imagem BioPipeline LIVE é a solução da Nikon para aquisição de imagem de alto rendimento e alto conteúdo de células vivas mantidas in vitro. Baseado em nosso principal microscópio invertido motorizado ECLIPSE Ti2-E, ele possui um sistema de incubação integrado e robótica de troca de amostras, permitindo a troca automática de até 44 placas de múltiplos poços, mantendo uma cobertura ambiental completa.

O sistema de aquisição de imagem de alto conteúdo BioPipeline PLATE é semelhante ao BioPipeline LIVE, também baseado no microscópio Ti2-E, mas sem incubação. Como todos os sistemas BioPipeline, o BioPipeline PLATE é totalmente integrado utilizando o software NIS-Elements, incluindo a ferramenta NIS-Elements Scheduler, que permite divisão de tempo para diferentes aquisições automatizadas entre vários usuários e/ou amostras.

O sistema de aquisição de imagem de alto conteúdo Nikon BioPipeline SLIDE é configurado em um microscópio motorizado vertical ECLIPSE Ni-E e é destinado a aplicações de varredura de lâminas/aquisição de imagem de lâminas inteiras de amostras fixadas preparadas em lâminas padrões de microscópio. Esse sistema possui um carregador robótico de lâminas, o Marzhauser Slide Express 2, que é capaz de armazenar e trocar até 120 lâminas. Todos os sistemas BioPipeline estão disponíveis com um servidor dedicado que, com uma conexão de 10 GbE e 200 TB de espaço de armazenamento, ajuda a evitar que seu pipeline de aquisição e análise de imagem fique obstruído.

Tanto o BioPipeline LIVE quanto o BioPipeline SLIDE podem ser configurados com um sistema confocal, como nossos microscópios confocais AX / AX R, sendo aplicáveis para aquisição de imagens de alto rendimento e apresentando um campo de visão incomparável de 25 mm para um sistema de varredura pontual. O AX R também possui o sistema de varredura ressonante de alta velocidade da Nikon, que acelera ainda mais a aquisição de dados.

●: Incluído, ⚬: Opcional

Técnicas de contraste compatíveis	BioPipeline LIVE	BioPipeline PLATE	BioPipeline SLIDE
	BioPipeline LIVE Sistema de aquisição de imagem de alto conteúdo	BioPipeline PLATE Sistema de aquisição de imagem de alto conteúdo	BioPipeline SLIDE Sistema de aquisição de imagem de alto conteúdo
Capacidade máxima de amostra	44	44	120
Troca automatizada de amostras	yes	yes	yes
Tipo(s) de recipientes de amostras/lâminas	Placas de 96 poços Placas de 384 poços	Placas de 96 poços Placas de 384 poços	Lâminas de vidro padrões de microscópio
Correção de foco Z	Perfect Focus System 4 (PFS4) Autofoco	Perfect Focus System 4 (PFS4) Autofoco	Autofoco
Campo claro	yes	yes	yes
Contraste de fase*	yes	yes	yes
Contraste de interferência diferencial (DIC)	no	no	yes
Campo Escuro	no	no	yes
Contraste de modulação avançado da Nikon (NAMC)*	yes	yes	no
Contraste de volume	yes	yes	no
Fluorescência de campo amplo	yes	yes	yes
Confocal	yes	yes	no

*Essas técnicas de contraste podem não ser adequadas para todas as aplicações e faixas de magnificação devido ao efeito de menisco em poços individuais.

Discussão de Aquisição de Imagem de Alto Rendimento

Diálogo do software durante uma aquisição multidimensional em uma placa de poço.

Alto rendimento, alto conteúdo ou ambos?

Não é incomum que os termos “alto rendimento” e “alto conteúdo” sejam utilizados de forma intercambiável. A principal diferença é a dimensionalidade ou conteúdo de informação dos dados de imagem adquiridos. Maior conteúdo de informação pode ser útil para melhor caracterizar fenótipos complexos. “Alto conteúdo” geralmente implica na utilização de vários canais de fluorescência para caracterizar vários biomarcadores. Já “alto rendimento” diz respeito a quantas amostras podem ser processadas, ao invés do conteúdo de informação dos dados coletados. Também é possível realizar aquisição de imagem de alto conteúdo de maneira a obter alto rendimento (muitas amostras, alta dimensionalidade de dados), uma abordagem por vezes chamada de “triagem de alto conteúdo”.

Felizmente, os sistemas BioPipeline da Nikon são adequados para abordagens de alto rendimento e alto conteúdo. Sendo baseados em nossos microscópios principais, esses sistemas são geralmente mais modulares e atualizáveis do que “sistemas de caixa” comparáveis, como leitores de placas. Câmeras, lentes objetivas, scanners confocais e muito mais podem ser trocados nos sistemas existentes.

Imagem multicolorida de fluorescência de campo amplo mostrando um campo de células

A mesma imagem acima após o uso do módulo de software Clarify.ai para remoção de desfoque.

Aprimorando a aquisição de imagem de alto rendimento e as análises utilizando inteligência artificial

Muitos acreditam que a maior promessa da inteligência artificial (AI) em microscopia é o desbloqueio de novos tipos de análises de imagem. É certamente verdade que novos tipos de análises são importantes e úteis – sendo um excelente exemplo a previsão de padrões de marcação em amostras não marcadas (por exemplo, previsão de marcação nuclear por DAPI a partir de imagens de contraste de fase). No entanto, sem dúvida, o maior benefício da AI é a capacidade de realizar análises comuns de maneira significativamente mais rápida do que as abordagens tradicionais, alterando as regras do design dos experimentos.

A Nikon está comprometida com o desenvolvimento de ferramentas confiáveis de análise de imagem baseadas em aprendizagem profunda por meio do NIS.ai – uma série crescente de módulos de software disponíveis para o nosso software NIS-Elements. Os módulos NIS.ai que podem afetar a geração de aquisição de imagem de alto rendimento incluem:

Clarify.ai: esse módulo pré-treinado pode fornecer remoção rápida e automática de fluorescência fora de foco em imagens de epifluorescência de campo amplo.

Segment.ai: esse módulo pode ser treinado para segmentar características da imagem, incluindo aquelas que os métodos clássicos de limiarização podem deixar escapar.

Convert.ai: esse módulo pode ser treinado para prever características em um segundo canal de imagem, com base em um canal de contraste de fase de referência, conforme descrito acima.

Selecionando um scanner confocal para aquisição de imagem de alto rendimento

Há uma variedade de sistemas de microscopia confocal no mercado, sendo os dois principais tipos o scanner de ponto e o disco giratório. Os scanners confocais são desejáveis quando é importante observar planos 2D nítidos em espécimes espessos. Tanto o BioPipeline LIVE quanto o BioPipeline PLATE podem ser configurados com esses tipos de sistemas confocais.

Os sistemas confocais de disco giratório são valorizados por sua facilidade de uso e velocidade de aquisição de imagem, mas geralmente são limitados em profundidade de aquisição de imagem a menos de 50 μm. A Nikon orgulha-se de disponibilizar sistemas de disco giratório com um amplo campo de visão (FOV) para suportar aquisição de imagem confocal de alto rendimento, incluindo o Yokogawa CSU-W1 (FOV de ~23 mm) e o Crest Optics X-Light V3 (FOV de 25 mm).

Os sistemas confocais de varredura pontual podem criar imagens a centenas de μm de profundidade na amostra. Os sistemas confocais Nikon AX / AX R fornecem essa capacidade juntamente com um amplo campo de visão de 25 mm (o maior disponível comercialmente) para suportar aquisição de imagem de alto rendimento. Além disso, o AX R utiliza nosso sistema de última geração de varredura ressonante de baixo ruído para reduzir o tempo de geração de imagens, mantendo a qualidade.

Com um campo de visão (FOV) convencional de 18 mm, seriam necessárias 48 imagens diferentes dispostas lado a lado para gerar essa imagem grande

Com o amplo FOV de 25 mm dos sistemas confocais BioPipeline LIVE, BioPipeline PLATE e AX / AX R, seriam necessárias apenas 24 imagens na mesma ampliação.

Glossário

Correção de foco Z: Ser capaz de contar com o foco correto no plano Z é especialmente importante para alcançar alto rendimento, pois os erros podem passar despercebidos durante as aquisições automatizadas. O Perfect Focus System da Nikon é uma solução de hardware líder para manter em foco um plano selecionado pelo usuário ou pelo software. O foco automático é uma procedimento de rotina baseado em software que, por meio da digitalização em Z para encontrar o plano com o maior contraste/nitidez, identifica o plano focal correto.
Maximum Sample Capacity: Esse é o número máximo de recipientes de amostra – placas de poços ou lâminas de microscópio (conforme apropriado) – que podem ser acomodados na incubadora para uso em experimentos automatizados. Consulte “Tipo(s) de recipientes de amostras/lâminas” para referência.
Tipo(s) de recipientes de amostras/lâminas: Os sistemas BioPipeline LIVE e PLATE são baseados em microscópios invertidos, o que os tornam mais adequados para aquisição de imagem de recipientes de cultura, como placas de múltiplos poços, em comparação a microscópios verticais. Nesse caso, o fundo do recipiente deve ser feito de um material de qualidade óptica. O BioPipeline SLIDE é baseado em um microscópio vertical – a escolha usual para aquisição de imagem das tradicionais lâminas de vidro de microscópio.
Troca automatizada de amostras: Isso se refere à troca automatizada de recipientes de amostra ou lâminas de microscópio entre a platina do microscópio e a incubadora.
Técnicas de contraste compatíveis: Normalmente, os sistemas de microscopia de aquisição de imagem de alto rendimento apresentam uma técnica de luz transmitida, como contraste de fase, bem como uma modalidade de aquisição de imagem de fluorescência, como campo amplo ou confocal.