英国BBSRC生物成像战略评论报告展望未来需求和新趋势

作者: 2018-07-12 10:45 来源:
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         生物成像是生命科学领域具有重要战略意义的领域,随着成像技术日益成熟,生物成像将继续推动对整个生物科学以及生物经济的发展。518日,英国生物技术与生物科学研究理事会(BBSRC)发布《英国生物成像的战略评述》报告[1],该报告是英国全国性调查和长达一年的共同体咨询的结果,重点展望了英国生物成像技术的未来需求和新趋势。

  1、使能技术的发展是英国未来保持世界级生物科学的重要保证

  超分辨率技术、探测器/相机、样品标记和探针,以及图形分析技术等使能技术,是近期和未来的生物成像发展都非常重要的技术,这些技术的发展和改进将对生物成像技术产生重大影响。

  1)新的超分辨率技术的发展将继续推动对整个生物科学的发展,未来的生物成像在时间和空间分辨率的提高仍然是关键。

  2)单层光显微技术将使得对整个器官、大组织、球体、类器官乃至整个生物体进行高分辨率、大深度成像成为可能。

  3)体积电镜(volume EM)将实现更高分辨率的组织和模型生物的深层成像,可用来揭示大脑的结构和连接性,免疫反应过程中免疫细胞器的变化,以及健康和患病动物和植物中组织发育的结构等。

  4)冷冻电镜(cryo-EM)未来的发展可能集中于整个细胞和组织的冷冻成像,低温样品制备、冷冻光显微镜、低温聚焦离子束与扫描电镜(FIB-SEM)和低温软X射线断层扫描技术的发展对于实现这一目标将是必不可少的。

  2、不同数据的整合促进生物成像信息学(Bioimage informatics)的发展

  1)具有巨大潜力的是组学与量化生物成像实验的整合,或者来自生物成像或生物信息学数据的整合,这些数据将揭示目前无法达到的信息的深度,这种整合方法将导致生物成像认知范式的转变。

  2)生物成像和图像分析的进步以及与大量技术数据的整合将使多尺度分析成为可能。

  3)生物成像和生物科学共同体的知识共享和共同标准的进一步发展,将使整个生物科学不同数据源的整合和不同成像模式的整合成为可能。(4)对其他领域的科学共同体开放生物成像数据,将促进学科间的知识转移,例如,凝聚态物质的科学家可以分析特定的细胞或组织的物理性能,将促进基于假设的数学模型的发展。通过与物理学家、化学家和材料科学家进行数据和标准的共享,其他领域的知识和技能将反过来进一步促进生物成像的发展。

  3、数据技术和图像分析技术是当前和未来生物成像发展的重点

  1)英国生物成像共同体调查显示,51%的共同体调查者认识到数据技术是当前和未来生物成像发展的最大限制:需要开发能够充分利用生物成像数据的分析算法和软件。

  2)随着通量、分辨率和视场的增加,生物成像产生的数据量出现了惊人的增长,导致了生物成像共同体中的数据处理、图像分析和数据技能的需求增加,因此需要对自动化数据处理和分析增加投资。

  3)交叉学科对开发具有可重复输出的稳健算法、验证新工具以及开发或维护用户友好软件和平台将必不可少。开发和整合先进的自动图像数据分析方法,如将配准、分割、注释、跨模态数据整合到高级计算机视觉技术,需要来自计算机科学家、工程师和数学家的专业知识。

  4、更新基础设施以及数据共享以满足未来需求

  1)英国生物成像共同体调查显示,生物成像基础设施必须满足由现代方法产生的生物成像数据的快速增长量;必须开发用于共享公共数据库中的成像数据工具。

  2)除了物质基础设施外,还必须配备训练有素的网络和数据库工程师为海量数据的管理、处理和传输提供重要的支持和专业技能。

  3)开放数据,是一个未开发的、潜在的巨大的科学知识资源。目前,生物成像数据可以使一个领域方向的科学家解决特定的研究问题,而通过开放共享,未来这些数据有望被生物科学共同体用于解决更多的科学问题。                                           (周秋菊)

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