生命科学中的机器视觉:使用电子显微镜创建细胞的高分辨率3D图像

3D机器视觉正在帮助研究人员找到对抗疾病的新药，并观察这些药物在细胞水平上是如何起作用的。许多新药在进入临床试验阶段后就失败了，因为它们的效果还没有被完全了解。但是使用电子显微镜制作的细胞3D图像可以帮助科学家进一步了解疾病，并彻底改变新药物的开发方式。

改进低温电子断层成像技术

低温电子断层扫描技术(cryo-ET)从细胞样本在零下180°C(摄氏度)以下冰冻的多个2D图像中构建出3D图像。目前，cryo-ET只能处理小样本，比如细胞的一部分。但研究人员正在寻求加速这项技术，以处理更大的样本。

需要开发新的技术来制备和处理小于1/100的样品^th头发的粗细。新的电子显微镜技术还必须加快成像过程，收集产生的大量数据。除了这些挑战，新的软件和机器学习技术将需要处理数据，以创建和解释3D图像。

患者活检的改进、工作流程自动化的增加和后处理数据的标准化是发展的重点领域。长期目标是让这项技术更接近临床，这样它就可以用于研究型医院和实验室。

电子显微镜可以帮助研究人员研究基因和蛋白质在整个细胞或一组细胞中的作用。专家们可以看到由基因突变引起的分子过程。

机器视觉用于创建3D模型

通过使用3D机器视觉和电子显微镜收集的数据正在帮助专家创建测试新药的3D模型。在将药物从实验室转化为可行的治疗方法时，一个主要的陷阱是确定2D培养皿与3D人体环境之间的差异。

研究人员使用了一种新的3D生物打印机来模拟生理结构的组成，并让细胞的行为与它们在人体内时相似。3D生物打印技术可以让研究人员将癌细胞、正常细胞和血管结构放在实验室培养皿中。

然后荧光成像让他们观察癌细胞迁移的方式。由于3D模型是生物打印的，这是一个可重复的过程，可以用于快速进行数千次测试。研究人员希望这个模型能帮助他们了解癌症是如何传播的，以及如何创造更好的治疗方法。

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