This grant received the 2nd overall score in the Medicine category, in 2020, from UEFISCDI, Romania. Funding is provided from February 2021 - January 2024.
ABSTRACT: Optical microscopy is one of the most important imaging methods employed in medicine and biology, being required in diagnostic pathology and for many research endeavors. Since optical microscopy is limited to ~250 in resolution by diffraction, it is imperative that additional imaging technologies are developed. Super-resolution microscopy and electron microscopy has enabled structures smaller than 250 nm to be visualized and investigated. However, such techniques are expensive, require specialized equipment, complex training, have slow speed and require custom labels and staining. By physically expanding fixed specimens (~100 times in volume) in an isotropic manner, Expansion Pathology (ExPath) and its rapid variant (rExPath) enable ~70 nm resolution imaging of diverse biomolecules in intact tissues using conventional optical microscopes. In this proposal, after developing several custom Tissue MicroArray formalin-fixed paraffin embedded blocks of human tissues (Objective 1), we will optimize and compare conventional ExPath and rapid ExPath methods for investigation of normal, benign, pre-malignant and malignant human tissues (Objective 2), followed by the development and optimization of a deep learning-based strategy for quantitative investigation and comparison of ExPath and rExPath-obtained images (Objective 3). We expect our method to have far-reaching applications in cancer biology and in prevention, diagnostic pathology, risk prediction and cancer treatment.
ABSTRACT (Ro): Microscopia optică este una dintre cele mai importante metode imagistice utilizate în medicină și biologie, fiind necesară în diagnosticul histologic și pentru cercetare. Deoarece microscopia optică este limitată la o rezoluție de ~ 250nm datorita limitei de difracție, este necesară dezvoltarea de tehnologii imagistice suplimentare. Microscopia de super-rezoluție și microscopia electronică au permis vizualizarea și investigarea structurilor mai mici de 250nm. Cu toate acestea, astfel de tehnici sunt costisitoare, necesită echipament specializat, instruire complexa, au viteză lentă și necesită colorare personalizata.Prin expansiunea fizică a probelor de țesut fixate (~ 100 de ori în volum) într-o manieră izotropă, Expansion Pathology (ExPath) și varianta sa rapidă (rExPath) permit vizualizarea cu o rezoluție de ~ 70nm a biomoleculelor diverse în țesuturile intacte folosind microscopia optica convenționala. În această propunere, după dezvoltarea mai multor blocuri de tipul Tissue MicroArray de țesuturi umane fixate(Obiectivul 1), vom optimiza și compara metodele ExPath convențională și rapida pentru investigarea țesuturilor umane normale, benigne, pre-maligne și maligne (Obiectivul 2), urmat de dezvoltarea și optimizarea unei strategii de deep-learning pentru investigarea cantitativă și compararea imaginilor obținute prin ExPath și rExPath (Obiectivul 3). Ne așteptăm ca metoda noastră să aibă aplicații de anvergură în biologia cancerului și în patologie.