Automatisation du contrôle du microscope pour l'imagerie d'événements biologiques

La microscopie à fluorescence est recherchée pour collecter des données sur des événements biologiques spécifiques. Pourtant, le contenu spécifique à un événement qui peut être collecté à partir d'un échantillon est limité, en particulier pour les processus rares ou stochastiques. Cela est dû en partie au photoblanchiment et à la phototoxicité, qui limitent la vitesse et la durée de l'imagerie. 

EPFL les biophysiciens ont en effet trouvé un moyen d'automatiser le contrôle du microscope pour visualiser en détail les événements biologiques tout en limitant le stress sur l'échantillon. Ils ont développé un logiciel de contrôle qui optimise la manière dont les microscopes à fluorescence collectent des données sur des échantillons vivants.

Dans leur cadre d'acquisition piloté par les événements, la reconnaissance basée sur un réseau de neurones d'événements biologiques spécifiques déclenche un contrôle en temps réel dans un microscope à éclairage structuré instantané. Leur technique fonctionne pour la division cellulaire bactérienne et la division mitochondriale.

La chercheuse principale Suliana Manley du Laboratoire de biophysique expérimentale de l'EPFL a déclaré : « Un microscope intelligent est un peu comme une voiture autonome. Il a besoin de traiter certains types d'informations, des schémas subtils auxquels il réagit ensuite en modifiant son comportement. En utilisant un Réseau neuronal, nous pouvons détecter des événements beaucoup plus subtils et les utiliser pour modifier la vitesse d'acquisition.

La division mitochondriale est imprévisible car elle se produit rarement et peut se produire presque n'importe où dans le réseau mitochondrial à tout moment. C'est pourquoi les scientifiques ont d'abord découvert comment détecter la division mitochondriale en entraînant le réseau neuronal à rechercher les constrictions mitochondriales, un changement dans la forme de mitochondries qui conduit à la division, combinée à des observations d'une protéine connue pour être enrichie aux sites de division.

Les microscope se tourne vers l'imagerie à grande vitesse pour obtenir des images détaillées des événements de division lorsque les constrictions et les niveaux de protéines sont élevés. Le microscope passe ensuite à l'imagerie à basse vitesse lorsque les niveaux de constriction et de protéines sont faibles pour protéger l'échantillon de trop de lumière.

Avec ce microscope à fluorescence intelligent, les scientifiques ont montré qu'ils pouvaient observer l'échantillon plus longtemps par rapport à l'imagerie rapide standard. Même si l'échantillon était soumis à plus de stress que l'imagerie lente, comme c'est la coutume, ils pouvaient toujours recueillir des informations plus perspicaces.

Manley expliqué, « Le potentiel de la microscopie intelligente comprend la mesure de ce que les acquisitions standard manqueraient. Nous capturons plus d'événements, mesurons des constrictions plus petites et pouvons suivre chaque division plus en détail.

Les scientifiques rendent le cadre de contrôle disponible en tant que plug-in open source pour le logiciel de microscope ouvert Micro-Manager, dans le but de permettre à d'autres scientifiques d'intégrer intelligence artificielle dans leurs microscopes.

Journal de référence:

1. Mahecic, D., Stepp, WL, Zhang, C. et al. Acquisition événementielle pour la microscopie enrichie en contenu. Méthodes Nat (2022). EST CE QUE JE: 10.1038 / s41592-022-01589-x