Mikroskop fluoresensi berusaha untuk mengumpulkan data tentang peristiwa biologis tertentu. Namun, konten khusus peristiwa yang dapat dikumpulkan dari sampel terbatas, terutama untuk proses langka atau stokastik. Hal ini sebagian disebabkan oleh photobleaching dan phototoxicity, yang membatasi kecepatan dan durasi pencitraan.
EPFL ahli biofisika memang telah menemukan cara untuk mengotomatisasi kontrol mikroskop untuk pencitraan peristiwa biologis secara rinci sambil membatasi tekanan pada sampel. Mereka telah mengembangkan perangkat lunak kontrol yang mengoptimalkan cara mikroskop fluoresensi mengumpulkan data pada sampel hidup.
Dalam kerangka akuisisi yang digerakkan oleh peristiwa, pengenalan berbasis jaringan saraf dari peristiwa biologis tertentu memicu kontrol waktu nyata dalam mikroskop iluminasi terstruktur instan. Teknik mereka bekerja untuk pembelahan sel bakteri dan pembelahan mitokondria.
Peneliti utama Suliana Manley dari EPFL's Laboratory of Experimental Biophysics mengatakan, “Mikroskop cerdas adalah semacam mobil yang bisa mengemudi sendiri. Ia perlu memproses jenis informasi tertentu, pola halus yang kemudian ditanggapinya dengan mengubah perilakunya. Dengan menggunakan saraf jaringan, kami dapat mendeteksi peristiwa yang jauh lebih halus dan menggunakannya untuk mendorong perubahan dalam kecepatan akuisisi.”
Pembelahan mitokondria tidak dapat diprediksi karena jarang terjadi dan dapat terjadi hampir di mana saja dalam jaringan mitokondria setiap saat. Itulah mengapa para ilmuwan pertama kali memecahkan cara mendeteksi pembelahan mitokondria dengan melatih jaringan saraf untuk melihat penyempitan mitokondria, perubahan bentuk mitokondria yang mengarah pada pembelahan, dikombinasikan dengan pengamatan protein yang diketahui diperkaya di tempat pembelahan.
Grafik mikroskop beralih ke pencitraan berkecepatan tinggi untuk mendapatkan gambar mendetail tentang peristiwa pembelahan saat penyempitan dan kadar protein tinggi. Mikroskop kemudian beralih ke pencitraan kecepatan rendah ketika penyempitan dan tingkat protein rendah untuk melindungi sampel dari terlalu banyak cahaya.
Dengan mikroskop fluoresen cerdas ini, para ilmuwan menunjukkan bahwa mereka dapat mengamati sampel lebih lama dibandingkan dengan pencitraan cepat standar. Meskipun sampel berada di bawah tekanan lebih dari pencitraan lambat, seperti biasa, mereka masih bisa mengumpulkan informasi yang lebih mendalam.
Manley menjelaskan, “Potensi mikroskop cerdas termasuk mengukur apa yang akan dilewatkan oleh akuisisi standar. Kami menangkap lebih banyak peristiwa, mengukur penyempitan yang lebih kecil, dan dapat mengikuti setiap divisi secara lebih rinci.”
Para ilmuwan membuat kerangka kontrol tersedia sebagai plug-in open source untuk perangkat lunak mikroskop terbuka Micro-Manager, dengan tujuan memungkinkan ilmuwan lain untuk mengintegrasikan kecerdasan buatan ke dalam mikroskop mereka.
Referensi Jurnal:
- Mahecic, D., Stepp, WL, Zhang, C. et al. Akuisisi berbasis peristiwa untuk mikroskop yang diperkaya konten. Metode Nat (2022). DOI: 10.1038 / s41592-022-01589-x
