Cientificos crean software para mapear el cuerpo humano.

Las técnicas modernas de microscopía óptica proporcionan información extremadamente detallada sobre los órganos, pero los terabytes de datos que producen generalmente son casi imposibles de procesar. El nuevo software está ayudando a los investigadores a dar sentido a estas cantidades de datos.




Funciona casi como una varita mágica. Con la ayuda de algunos trucos y artimañas químicas, los científicos han sido capaces de hacer transparentes grandes estructuras como cerebros de ratones y organoides humanos durante algunos años. CLARITY es quizás la más conocida de las muchas técnicas diferentes de limpieza de muestras, con las que casi cualquier objeto de estudio puede hacerse casi tan transparente como el agua. Esto permite a los investigadores investigar las estructuras celulares de formas que antes solo podían soñar.

Y eso no es todo. En 2015 se presentó otro truco de conjuración, llamado microscopía de expansión, en la revista Science. Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge descubrió que era posible expandir rodajas ultrafinas de cerebros de ratones casi cinco veces su volumen original, lo que permitió examinar las muestras con mayor detalle.

El software trae orden al caos de datos.

"Con la ayuda de los modernos microscopios de láminas de luz, que ahora se encuentran en muchos laboratorios, las imágenes grandes procesadas por estos métodos se pueden obtener rápidamente", dice el Dr. Stephan Preibisch, jefe del grupo de investigación en Microscopía, Análisis de imagen y modelado de Organismos en desarrollo en el Instituto de Biología de Sistemas Médicos de Berlín (BIMSB) del MDC. "El problema, sin embargo, es que el procedimiento genera cantidades tan grandes de datos, varios terabytes, que los investigadores a menudo luchan para examinar y organizar los mismos".

Para crear orden en el caos, Preibisch y su equipo han desarrollado un programa de software que, después de una reconstrucción compleja, se asemeja a Google Maps en modo 3D. "No solo se puede obtener una visión general del panorama general, sino que también se puede acercar para examinar específicamente las estructuras individuales con la resolución deseada", explica Preibisch, que ha bautizado el software "BigStitcher". Ahora, el programa de computadora, que cualquier científico interesado puede usar, ha sido presentado en la revista científica Nature Methods.

Un equipo de doce investigadores de Berlín, Munich, el Reino Unido y los Estados Unidos participaron en el desarrollo. Los dos autores principales del artículo son David Hoerl, de Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, el Instituto de Berlín para la Biología de Sistemas Médicos (BIMSB) del MDC, así como el investigador del MDC Dr. Fabio Rojas Rusak. Los investigadores muestran en su artículo que los algoritmos se pueden usar para reconstruir y escalar los datos adquiridos por microscopía de lámina de luz de tal manera que hace innecesaria una supercomputadora. "Nuestro software se ejecuta en cualquier computadora estándar", dice Preibisch. "Esto permite que los datos se compartan fácilmente entre los equipos de investigación".

También se determina la calidad de los datos.

El desarrollo de BigStitcher comenzó hace unos diez años. "En ese momento, todavía era un estudiante de doctorado y estaba pensando mucho sobre cómo manejar mejor grandes cantidades de datos", recuerda Preibisch. "Los marcos que creamos en ese entonces nos han ayudado a abordar con éxito un problema muy actual". Pero, por supuesto, agrega, también se incorporaron muchos algoritmos nuevos al software.

BigStitcher puede visualizar en pantalla las muestras con imágenes anteriores en cualquier nivel de detalle deseado, pero también puede hacer mucho más. "El software evalúa automáticamente la calidad de los datos adquiridos", dice Preibisch. Esto suele ser mejor en algunas partes del objeto que se estudia que en otras. "A veces, por ejemplo, la limpieza no funciona tan bien en un área en particular, lo que significa que se capturan menos detalles allí", explica el investigador del MDC.

"Cuanto más brillante se muestra una región particular de, digamos, un cerebro de ratón o un órgano humano en la pantalla, mayor es la validez y confiabilidad de los datos adquiridos", dice Preibisch, que describe esta característica adicional de su software. Y debido a que incluso las mejores técnicas de limpieza nunca alcanzan el 100 por ciento de transparencia de la muestra, el software permite a los usuarios rotar y girar la imagen capturada por el microscopio en cualquier dirección de la pantalla. Por lo tanto, es posible ver la muestra desde cualquier ángulo. "Esta es otra característica nueva de nuestro software", dice Preibisch.

Cualquiera puede descargar el software gratis

La función de zoom permite a los biólogos encontrar respuestas a muchas preguntas, como por ejemplo: ¿En qué parte del cerebro está teniendo lugar actualmente la división celular? ¿Dónde se expresa el ARN? ¿O dónde terminan las proyecciones neuronales particulares? "Para descubrir todo esto, primero es necesario obtener una visión general de todo el objeto de estudio, pero luego poder hacer zoom para ver los detalles más pequeños en alta resolución", explica Preibisch. Por lo tanto, muchos laboratorios de hoy necesitan software como BigStitcher. El programa se distribuye dentro del marco de Fiji, donde cualquier científico interesado puede descargar y usar el complemento de forma gratuita.

Fuente:  Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association



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