Fondos Zuckerberg: Cómo "hacer amigos" con tecnología óptica y biomedicina

Para acelerar la tecnología biomédica, el creador de Facebook decidió financiar Imaging Scientists (científicos involucrados en la ciencia de recopilar, almacenar, buscar y procesar información visual).



Microscopía confocal de fibroblastos, que son importantes en el tejido conectivo. Los núcleos están marcados en azul, las fibras actínicas en rojo y la tubulina en verde. Foto: iStock.com.

La invención del microscopio a fines del siglo XVI permitió a los científicos explorar el mundo microscópico por primera vez, pero a los científicos les tomó otros 200 años evaluar el microscopio como una herramienta importante en la medicina clínica . Hoy, las imágenes de moléculas, células y tejidos son un paso crítico en la investigación biomédica y la práctica clínica. Sin embargo, las fallas en el software de procesamiento de imágenes y la difusión de nuevas tecnologías de microscopio han frenado el progreso en esta área.

La Iniciativa Chan Zuckerberg (CZI) celebró tres talleres de procesamiento de imágenes el año pasado que se centraron en herramientas computacionales para microscopía, imagen celular y subcelular, e imagen de mesoescala y macroescala, respectivamente. También visitamos siete centros diferentes de procesamiento de imágenes en los Estados Unidos y Europa. En los comentarios que recibimos, vimos la posibilidad de acelerar el progreso en el campo del procesamiento de imágenes mediante el uso de la experiencia tecnológica, que se convirtió en la base de nuestra solicitud de provisión de sistemas de información para los científicos involucrados en la ciencia de recopilar, almacenar, buscar y procesar información visual (RFA)

El nuevo programa de Imaging Scientists de CZI tiene como objetivo acelerar el desarrollo de la biología y la medicina mediante la expansión de la colaboración entre biólogos y expertos en tecnología, mejorando así las herramientas de microscopía. El programa apoyará a hasta 10 científicos en este programa para trabajar en centros de procesamiento de imágenes en los Estados Unidos durante tres a cinco años. Estos inventores podrían ser ingenieros, físicos, matemáticos, programadores o biólogos que se especializan en tecnología de microscopía óptica o análisis de datos.

¿Por qué procesar imágenes?

La microscopía, el método principal de la biología celular, es fundamental para la base de la biología y la medicina. La microscopía también es la clave de la patología, que determina las causas y consecuencias de las enfermedades. Junto con la microscopía, las imágenes médicas proporcionan una forma crítica de diagnosticar una enfermedad a nivel de todo el organismo. Mejorar los métodos de imagen significa mejorar las áreas amplias de la biomedicina, que es la idea central de la misión de CZI de apoyar la ciencia y la tecnología, que curará, prevendrá o inhibirá todas las enfermedades para fines de este siglo.

En la última década, se han realizado avances tecnológicos que han aumentado drásticamente la resolución de la microscopía óptica . Ahora, por ejemplo, se puede observar en las células vivas el movimiento de moléculas individuales que han sido marcadas con marcadores fluorescentes. Pero muchos de estos nuevos microscopios no se han comercializado, y el software para analizar estos nuevos tipos de datos está a la zaga de los avances en hardware. Creemos que este problema se debe a una interacción insuficiente entre biólogos e ingenieros; Nuestro programa de Imaging Scientists está comprometido a resolver este problema.



El investigador verifica si los tejidos están manchados con un anticuerpo fluorescente (Alexa Fluor 555). Foto: Jobelle Peralta.

Soporte de diseño de centro de imagen

Los centros de procesamiento de imágenes utilizan microscopios de última generación, herramientas de imágenes de órganos y software relacionado entre investigadores de universidades, centros médicos o instituciones de investigación afiliadas. Durante nuestras visitas a los centros de procesamiento de imágenes, aprendimos de los biólogos que aprecian mucho el contacto con los ingenieros de hardware y software, pero esta técnica se subestima en biomedicina. Por ejemplo, los ingenieros en los centros de procesamiento de imágenes de los Estados Unidos a menudo son financiados por servicios pagos. Esta falta de un fondo fiduciario obstaculiza su ingenio creativo, no permite que su experiencia se utilice al máximo y limita su atención al progreso sistémico que podría mejorar todo el campo. Los fondos del Premio CZI se utilizarán para cerrar esta brecha al pagar los costos salariales a los científicos involucrados en la ciencia de recopilar, almacenar, buscar y procesar información visual para que puedan interactuar de manera más profunda y creativa con personas involucradas en biología experimental en sus proyectos.

Mejora de hardware y software de procesamiento de imágenes

La microscopía moderna puede generar imágenes en 3D a velocidades muy altas o videos de lapso de tiempo durante mucho tiempo. La comunidad biológica está tratando de compartir volúmenes tan grandes de imágenes procesadas, analizarlas y visualizarlas. El ecosistema existente de herramientas de código abierto satisface las necesidades más urgentes de los científicos, pero estas herramientas siguen siendo difíciles de usar, difíciles de interactuar y aún no incluyen los avances modernos en el desarrollo y la automatización de las interfaces de usuario mediante el aprendizaje automático. Además, muchos microscopios nuevos, especialmente aquellos en desarrollo, requieren experiencia especial para el ensamblaje e incluso para trabajar con ellos. Vemos lo importante que es para los biólogos e ingenieros concentrarse en sus campos de conocimiento, trabajando juntos para resolver problemas que requieren la participación de tecnologías avanzadas.

Los científicos que trabajan con CZI trabajarán directamente con los biólogos para usar y mejorar el último hardware y software para el procesamiento de imágenes. A través de debates e interacciones regulares, este equipo de ingenieros en el sitio determinará las necesidades del software y la infraestructura de datos en el campo de la microscopía, determinará qué paquetes de software son actualmente más útiles, cómo se pueden mejorar estos sistemas y si es necesario desarrollar un software completamente nuevo. Como parte de nuestro interés en la ciencia abierta, CZI tiene sus propios equipos de ingeniería a tiempo completo que desarrollan software junto con científicos de este entorno, utilizando sitios de desarrollo abiertos como GitHub y lanzando software desarrollado por nuestro propio equipo y nuestros socios financiados dentro de los límites permitidos. licencias de código abierto



Vista de fluorescencia de células de piel humana en cultivo bajo un microscopio. Los núcleos están marcados en azul, las fibras actínicas en rojo y la tubulina en verde. Foto: iStock.com.

Intercambio más amplio y rápido de nuevas técnicas de procesamiento de imágenes.

No es suficiente simplemente desarrollar nuevas tecnologías; estas nuevas tecnologías deben distribuirse amplia y rápidamente. Además de las interacciones diarias individuales con biólogos, los científicos que trabajan con CZI deberán impartir cursos que difundan las técnicas modernas de microscopía y que estén abiertos a científicos y estudiantes de todo el mundo. También se espera que formen parte de una red más amplia de expertos en procesamiento de imágenes para identificar avances en esta área y sus necesidades. Dos veces al año, los seminarios científicos y las reuniones de CZI en el campo del procesamiento de imágenes y los campos biomédicos relacionados brindarán la oportunidad de conocer, intercambiar experiencias y conocimientos, y utilizar la experiencia de cada uno para crear mejoras en la tecnología de procesamiento de imágenes.

CZI y software

El diseño único de la Iniciativa Chan Zuckerberg combina el apoyo filantrópico tradicional con el desarrollo de software con la ayuda de un equipo de ingenieros de software a tiempo completo. Los equipos sirven los tres pilares de CZI: ciencia, educación y justicia y oportunidad. El software desarrollado se distribuye libremente, por regla general, con código fuente abierto y se desarrolla en colaboración con desarrolladores y usuarios externos. La participación de académicos, educadores y el sector de servicios sociales ayuda a CZI a identificar las áreas donde sus ingenieros pueden maximizar el valor en estas áreas diversas. Para obtener más información sobre nuestro equipo de tecnología, suscríbase al blog de tecnología CZI .

Con la ayuda de este programa, Imaging Scientists, CZI espera contribuir a los expertos en el campo de la microscopía y el software que avanzan en este campo, identificando sus problemas actuales y su potencial futuro. Puede leer el RFA y presentar su solicitud hasta el 3 de octubre de 2018 a las 17:00 hora del Pacífico. ¡Comparta estas importantes perspectivas y ayúdenos a difundir esta información! Para asuntos administrativos, programáticos, de asistencia técnica u otros asuntos relacionados con RFA, comuníquese con sciencegrants@chanzuckerberg.com. Para mantenerse actualizado sobre las oportunidades de financiación, suscríbase a nuestro boletín . Para obtener más información sobre cómo trabajar en ciencias, visite nuestro sitio web o síganos en Twitter .

Ed McCleskey, investigador

Ed McCleskey ha sido investigador en la Iniciativa Chan Zuckerberg desde marzo de 2017, y anteriormente, ha sido becario durante 10 años en el Instituto Médico Howard Hughes. Fue profesor y científico en el Instituto Vollum de la Universidad de Oregon Helt & Science (1993-2007) y en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington (1986-1993). Su investigación se centra en las propiedades biofísicas de los canales iónicos selectivos de calcio y la apertura de canales iónicos que causan varios tipos de dolor. Enseñó fisiología y neurología y dirigió un curso de neurobiología en el Laboratorio de Biología Marina de Woods Hall.

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La recepción de solicitudes para el acelerador de filtek se extiende hasta el 27 de septiembre.

Tema: "Envejecimiento: soluciones tecnológicas a un problema social": cómo utilizar la tecnología para resolver los problemas sociales, económicos y culturales asociados con el envejecimiento de la humanidad.