一种新的工具使人体组织的高分辨率成像数据更容易理解和使用

对我们许多人来说，谷歌地图已经成为一个不可或缺的日常工具:我们打开一个网络浏览器，立即访问一个功能强大的地图，在那里我们可以获得方向，放大和平移，覆盖交通和地形等功能，并搜索特定的地标。但如果有一个具有类似功能的工具来探索一种完全不同的地图呢?如果我们有一种神奇校车式的能力，深入研究构成人体的组织细节，会怎么样?

这正是密涅瓦，一个软件工具由哈佛医学院布拉瓦尼克研究所系统生物学系系统药理学实验室的研究人员开发。

Minerva，可在线获得以罗马智慧女神的名字命名。它允许用户访问在研究过程中收集的组织样本的深度地图，从癌症肿瘤到痛苦的心肌。在每张地图上，用户可以放大和平移，覆盖免疫细胞等特征，并探索值得注意的区域。这些地图还包含了科学家的专业知识医生谁可以创建叙事来指导用户通过样本。

研究人员希望，随着密涅瓦组织样本库的增长，其他科学家、科学期刊、临床医生、培训生、医科学生或任何只是好奇的人都能使用这个工具，从而允许科学信息以及科学专业知识，将被更广泛地分享。

“我们收集了大量的研究数据，但还没有很多是很容易获得的，所以问题是你如何动员复杂的数据这样人们就能以一种有用的方式获得它，”英国皇家医院奥托·克莱耶系统药理学教授彼得·索尔杰说，他与布莱根妇女医院病理学副教授桑德罗·桑塔加塔共同领导了该项目。“这才是密涅瓦真正的意义所在。”

淹没在数据中

随着成像技术的进步，科学家收集人体组织超高分辨率数据的能力也在不断增强。利用多重成像技术，研究人员可以在单细胞水平上收集这些细节，这些数据可以包含50或60层关于蛋白质标记和其他特征的信息。几年前，Sorger, Santagata和他们的团队开发了自己的多路成像技术，循环免疫荧光，或CyCIF它使用的仪器和化学物质在大多数实验室都能找到。

当科学家们在自己的研究中使用CyCIF时，他们感到沮丧的是，当他们在科学期刊上发表论文时，tb级的复杂高分辨率成像数据通常会被提炼成几张小的静态图像。

Sorger说:“你发布的是一张邮票——一个很小的，600像素宽的JPEG图像——而真实的图像远远超过数十亿像素，但却卡在了某人的电脑上。”

近年来，研究界越来越强调更完整的数据共享的重要性，即所谓的“公平”数据:可查找、可访问、可互操作和可重复。2023年1月，美国国立卫生研究院关于数据管理和共享的新政策将生效，要求所有接受NIH资助的科学家提交一份计划，概述他们的数据将如何管理和共享。

然而，尽管有这些努力，“我们的工作表明，在访问这些数据所需的实际投资不足，”Sorger说。“我们继续收集越来越多的数据，我们继续渴望让数据更容易获取和共享，但我们没有开发完成这些工作所需的软件工具。”

这在一定程度上是因为科学数据通常很大，很笨重，甚至专家在没有指南的情况下也很难理解(就像谷歌地图没有标签)，所以设计支持信息共享的工具说起来容易做起来难。

Sorger解释说:“你可以下载一张我们的图片，然后它就会出现在你的电脑上，占据你的硬盘驱动器。”“如果没有专门的软件(其中很多软件仍在开发中)，你就无法看到它。你不能和它互动。即使你能，你也不一定知道它是什么。”

这就是密涅瓦的用武之地。

让事情变得有意义

基于云，密涅瓦被组织成故事，每个故事都以单个组织样本或一组相关样本为中心。当用户使用图像时，他们可以从一个点移动到另一个点，放大或缩小来探索。它们还可以打开和关闭不同层次的信息，包括免疫细胞、其他细胞类型或蛋白质标记，或组织的物理结构等等。

密涅瓦故事还包括“数字讲解员”，这是一种由文本面板组成的叙事元素，出现在每张图像旁边。这个想法的灵感来自博物馆之旅——包括亲自观看的音频导览和在COVID-19大流行期间开发的在线导览——通过对不同艺术品的叙述介绍引导游客参观展览。Minerva故事中的叙述面板引导用户了解样例的关键特性，并在此过程中提供关于每个特性的附加信息。用户可以在任何时候停下来自由地探索样本，然后返回到叙述。

用户还可以创建自己的带有旁白的密涅瓦故事。

Sorger和Santagata以最近的视角描述了minerva——以及组织样本在线叙事指南的想法自然生物医学工程．

到目前为止，许多密涅瓦的故事都集中在癌症上，包括黑色素瘤、肺癌和结直肠癌。Sorger说，癌症提供了一个明显的起点，因为它在很大程度上是基于组织样本进行诊断的——据他估计，85%到90%的病例都是这样。然而，可以为任何在组织中出现或留下痕迹的疾病创建Minerva故事，包括心脏病、结核病、神经退行性疾病和COVID-19。

Sorger和Santagata一直在根据与他们发表的论文相关的图像创作密涅瓦故事科学期刊，以及来自未发表的研究的图片，到目前为止，已经产生了大约200个故事。Sorger解释说，“这些本质上是小型出版物”，允许科学家获得比论文中更多的信息。

例如，研究人员在最近的一篇论文中创建了关于黑色素瘤的密涅瓦故事癌症的发现他们创造了精细尺度的空间显示单个细胞如何随着癌症的发展相互作用。在未来，研究人员设想，科学论文中的每一个小的静态图像都将成为一个完整的密涅瓦故事的入口。“我们认为它通过提供更多的内容和背景来补充传统的数字，”Sorger说。

医学教科书中的图像同样可以成为密涅瓦人的故事。例如，教科书提供的不是心肌梗死组织的快照，学生可以点击图像并使用Minerva自由地探索该样本的更直观动态和更详细的表示。桑塔加塔说:“它提供了与图像的参与性接触，我们希望这将加强医学教育。”

Minerva也可能对正在学习分析组织样本的病理学家有用。目前，病理学专业的学生坐在多头显微镜前，看着组织切片，老师带他们浏览病例，指出做出诊断的关键特征。Minerva故事中包含了很多这样的信息，其优点是可以根据需要从任何地方访问它们。桑塔加塔说:“有了密涅瓦，我们可以从广泛的人群中获取专业知识，并广泛传播。”“这真的扩大了我们的覆盖范围，也提供了更多类型的数据，我们可以用来教育人们。”

Sorger和Santagata认为，Minerva还可以支持更广泛的病理学数字化。目前，病理学在很大程度上仍然依赖于物理组织载玻片，当不同机构的同事想相互咨询时，必须邮寄这些载玻片。事实上，桑塔加塔估计，每年布里格姆妇女医院的病理部门会从大约10万个病例中抽出大约100万个切片。有了Minerva，病理学家可以很容易地分享数字版本的组织样本，以及解释它们所需的基本信息。

为了使Minerva能够广泛使用，Sorger和Santagata已经开放了该工具及其所有代码。他们估计，来自不同大学的10个研究小组已经建立了自己的密涅瓦故事，大约25个实验室正在积极使用密涅瓦，其中包括几个连接到国家癌症研究所的人类肿瘤图谱网络的实验室。研究人员目前正致力于将Minerva集成到现有工具中，包括cBioPortal,一个开放获取用于探索癌症基因组数据集的工具——他们希望这一步骤将极大地扩展Minerva的使用。他们还认为，密涅瓦可能会吸引那些有兴趣了解更多特定疾病的非科学家，包括癌症患者倡导者或对科学感兴趣的普通公众。

“我们的使命是创造公共产品。我们关注的是教育和研究，这些都属于公共领域。”Sorger说。“如果我们想要创造一些在课堂或研究中有用的东西，我们不想在它的使用上设置障碍。”

除了让科学数据更容易获取之外，研究人员还希望密涅瓦能激发人们对科学和科学研究的更大兴趣。

“能够将基本上曾经是静态图像的东西赋予生命，这是非常了不起的。以这种方式与数据互动，体验的一部分是某种奇迹和魔力，”Santagata说。“我们希望密涅瓦能让科学对其他科学家、对广大公众，甚至对我们自己来说，更令人兴奋、更容易理解。”