Fundos Zuckerberg: Como "fazer amigos" em tecnologia óptica e biomedicina

Para acelerar a tecnologia biomédica, o criador do Facebook decidiu financiar o Imaging Scientists (cientistas envolvidos na ciência de coletar, armazenar, pesquisar e processar informações visuais).



Microscopia confocal de fibroblastos, importantes no tecido conjuntivo. Os núcleos são marcados em azul, fibras actínicas em vermelho e tubulina em verde. Foto: iStock.com.

A invenção do microscópio no final do século 16 permitiu que os cientistas explorassem o mundo microscópico pela primeira vez, mas os cientistas levaram mais 200 anos para avaliar o microscópio como uma ferramenta importante na medicina clínica . Hoje, imagens de moléculas, células e tecidos são um passo crítico na pesquisa biomédica e na prática clínica. No entanto, falhas no software de processamento de imagens e a difusão de novas tecnologias de microscópio retardaram o progresso nessa área.

A Iniciativa Chan Zuckerberg (CZI) realizou três oficinas de processamento de imagens no ano passado, focadas em ferramentas computacionais para microscopia, imagem celular e subcelular e imagem em mesoescala e macroescala, respectivamente. Também visitamos sete centros de processamento de imagem diferentes nos EUA e na Europa. No feedback que recebemos, vimos a possibilidade de acelerar o progresso no campo do processamento de imagens por meio do uso de conhecimento tecnológico, que se tornou a base de nossa solicitação de fornecimento de sistemas de informação para cientistas envolvidos na ciência de coleta, armazenamento, pesquisa e processamento de informações visuais (RFA)

O novo programa Imaging Scientists da CZI visa acelerar o desenvolvimento da biologia e da medicina, expandindo a colaboração entre biólogos e especialistas em tecnologia, melhorando as ferramentas de microscopia. O programa apoiará até 10 cientistas neste programa para trabalhar em centros de processamento de imagens nos Estados Unidos por três a cinco anos. Esses inventores podem ser engenheiros, físicos, matemáticos, programadores ou biólogos especializados em tecnologia de microscopia óptica ou análise de dados.

Por que processar imagens?

A microscopia - o principal método da biologia celular - é central para a base da biologia e da medicina. A microscopia também é a chave para a patologia, que determina as causas e conseqüências das doenças. Juntamente com a microscopia, a imagem médica fornece uma maneira crítica de diagnosticar uma doença no nível de todo o organismo. Melhorar os métodos de imagem significa melhorar as amplas áreas da biomedicina, que é a idéia central da missão da CZI de apoiar a ciência e a tecnologia, que curarão, impedirão ou inibirão todas as doenças até o final deste século.

Na última década, foram feitos avanços tecnológicos que aumentaram drasticamente a resolução da microscopia óptica . Agora, por exemplo, pode-se observar nas células vivas o movimento de moléculas individuais que foram marcadas com marcadores fluorescentes. Mas muitos desses novos microscópios não foram comercializados e o software para analisar esses novos tipos de dados está atrasado em relação aos avanços no hardware. Acreditamos que esse problema se deve à interação insuficiente entre biólogos e engenheiros; nosso programa Imaging Scientists está comprometido em resolver esse problema.



O pesquisador verifica se os tecidos estão corados com um anticorpo fluorescente (Alexa Fluor 555). Foto: Jobelle Peralta.

Suporte de Design do Image Center

Os centros de processamento de imagens usam microscópios de ponta, ferramentas de imagem de órgãos e software relacionado entre pesquisadores de universidades, centros médicos ou instituições de pesquisa afiliadas. Durante nossas visitas aos centros de processamento de imagens, aprendemos com os biólogos que eles apreciam muito o contato com engenheiros de hardware e software, mas essa técnica é subestimada na biomedicina. Por exemplo, engenheiros nos centros de processamento de imagens dos EUA geralmente são financiados por serviços pagos. Essa falta de um fundo fiduciário atrapalha sua engenhosidade criativa, não permite que sua experiência seja usada ao máximo e limita sua atenção ao progresso sistêmico que poderia melhorar todo o campo. Os fundos do Prêmio CZI serão usados ​​para preencher essa lacuna, pagando custos salariais aos cientistas envolvidos na ciência de coleta, armazenamento, pesquisa e processamento de informações visuais, para que eles possam interagir de maneira mais profunda e criativa com as pessoas envolvidas em biologia experimental em seus projetos.

Melhorando o hardware e o software de processamento de imagem

A microscopia moderna pode gerar imagens 3D em velocidades muito altas ou vídeo com lapso de tempo por um longo tempo. A comunidade biológica está tentando compartilhar volumes tão grandes de imagens processadas, analisá-las e visualizá-las. O ecossistema existente de ferramentas de código aberto atende às necessidades mais urgentes dos cientistas, mas essas ferramentas permanecem difíceis de usar, difíceis de interagir e ainda não incluem avanços modernos no desenvolvimento e automação de interfaces de usuário usando o aprendizado de máquina. Além disso, muitos novos microscópios, especialmente aqueles em desenvolvimento, exigem conhecimentos especiais para montagem e até mesmo para trabalhar com eles. Vemos como é importante que biólogos e engenheiros se concentrem em suas áreas de conhecimento, trabalhando juntos para resolver problemas que exigem a participação de tecnologias avançadas.

Os cientistas que trabalham com a CZI trabalharão diretamente com os biólogos para usar e melhorar o mais recente hardware e software para processamento de imagens. Por meio de discussões e interações regulares, essa equipe de engenheiros no local determinará as necessidades do software e da infraestrutura de dados no campo da microscopia, determinará quais pacotes de software são atualmente mais úteis, como esses sistemas podem ser aprimorados e se é necessário desenvolver um software completamente novo. Como parte de nosso interesse em ciência aberta, a CZI possui suas próprias equipes de engenharia em tempo integral que desenvolvem software em conjunto com cientistas desse ambiente, usando sites de desenvolvimento abertos como o GitHub e lançando software desenvolvido por nossa própria equipe e por nossos parceiros dentro dos limites permitidos. licenças de código aberto



Vista de fluorescência de células da pele humana em cultura sob um microscópio. Os núcleos são marcados em azul, fibras actínicas em vermelho e tubulina em verde. Foto: iStock.com.

Compartilhamento mais amplo e rápido de novas técnicas de processamento de imagem

Não basta simplesmente desenvolver novas tecnologias; essas novas tecnologias devem ser ampla e rapidamente distribuídas. Além das interações diárias individuais com biólogos, os cientistas que trabalham com o CZI precisarão ministrar cursos que disseminem técnicas modernas de microscopia e que sejam abertos a cientistas e estudantes de todo o mundo. Também é esperado que eles se tornem parte de uma rede mais ampla de especialistas em processamento de imagens para identificar os avanços nessa área e suas necessidades. Duas vezes por ano, seminários científicos e reuniões da CZI no campo do processamento de imagens e campos biomédicos relacionados fornecerão uma oportunidade de conhecer, trocar experiências e conhecimentos e usar a experiência uns dos outros para criar melhorias na tecnologia de processamento de imagens.

CZI e software

O design exclusivo da Iniciativa Chan Zuckerberg combina o suporte filantrópico tradicional com o desenvolvimento de software com a ajuda de uma equipe de engenheiros de software em tempo integral. As equipes atendem aos três pilares da CZI: ciência, educação, justiça e oportunidade. O software desenvolvido é distribuído livremente, via de regra, com código-fonte aberto e é desenvolvido em colaboração com desenvolvedores e usuários externos. O envolvimento com acadêmicos, educadores e o setor de serviços sociais ajuda a CZI a identificar áreas em que seus engenheiros podem maximizar o valor nessas diversas áreas. Para saber mais sobre nossa equipe de tecnologia, assine o blog de tecnologia CZI .

Com a ajuda deste programa, a Imaging Scientists, a CZI espera contribuir com os especialistas na área de microscopia e software que avançam nesse campo, identificando seus problemas atuais e potencial futuro. Você pode ler o RFA e se inscrever até 3 de outubro de 2018 às 17:00, horário do Pacífico. Compartilhe essas perspectivas importantes e ajude-nos a divulgar essas informações! Para questões administrativas, programáticas, técnicas ou outras questões relacionadas à RFA, entre em contato com sciencegrants@chanzuckerberg.com. Para se manter atualizado sobre as oportunidades de financiamento, assine nossa newsletter . Para saber mais sobre o trabalho científico, visite nosso site ou siga-nos no Twitter .

Ed McCleskey, Pesquisador

Ed McCleskey é pesquisador da Iniciativa Chan Zuckerberg desde março de 2017 e, anteriormente, é pesquisador há 10 anos no Howard Hughes Medical Institute. Foi professor e cientista no Instituto Vollum da Universidade de Oregon Helt & Science (1993-2007) e na Escola de Medicina da Universidade de Washington (1986-1993). Sua pesquisa se concentra nas propriedades biofísicas dos canais de íons seletivos de cálcio e na abertura dos canais de íons que causam vários tipos de dor. Ele ensinou fisiologia e neurologia e liderou um curso de neurobiologia no Laboratório Biológico Marinho de Woods Hall.

---

A recepção de solicitações ao acelerador filtek é estendida até 27 de setembro.

Tema: “Envelhecimento: soluções tecnológicas para um problema social” - como usar a tecnologia para resolver problemas sociais, econômicos e culturais associados ao envelhecimento da humanidade.