מיקרוסקופ פלואורסצנטי מתבקש לאסוף נתונים על אירועים ביולוגיים ספציפיים. עם זאת, התוכן הספציפי לאירוע שניתן לאסוף ממדגם מוגבל, במיוחד עבור תהליכים נדירים או סטוכסטיים. זה נובע בחלקו מהלבנה ופוטו-רעילות, המגבילים את מהירות ומשך ההדמיה.
EPFL ביופיסיקאים אכן מצאו דרך להפוך את בקרת המיקרוסקופ לאוטומטית לצורך הדמיה של אירועים ביולוגיים בפירוט תוך הגבלת הלחץ על הדגימה. הם פיתחו תוכנת בקרה שמייעלת את האופן שבו מיקרוסקופים פלואורסצנטיים אוספים נתונים על דגימות חיות.
במסגרת הרכישה מונעת האירועים שלהם, זיהוי מבוסס רשתות עצביות של אירועים ביולוגיים ספציפיים מפעיל שליטה בזמן אמת במיקרוסקופ תאורה מובנה מיידי. הטכניקה שלהם פועלת לחלוקת תאי חיידקים וחלוקת מיטוכונדריה.
החוקרת הראשית סוליאנה מנלי מהמעבדה לביופיזיקה ניסויית של EPFL אמרה, "מיקרוסקופ אינטליגנטי הוא סוג של מכונית לנהיגה עצמית. הוא צריך לעבד סוגים מסוימים של מידע, דפוסים עדינים שהוא מגיב אליהם בשינוי ההתנהגות שלו. באמצעות א רשת עצבית, אנחנו יכולים לזהות אירועים הרבה יותר עדינים ולהשתמש בהם כדי להניע שינויים במהירות הרכישה."
חלוקה מיטוכונדריאלית אינה ניתנת לחיזוי מכיוון שהיא מתרחשת לעתים רחוקות ויכולה להתרחש כמעט בכל מקום ברשת המיטוכונדריה בכל רגע. זו הסיבה שמדענים פתרו לראשונה כיצד לזהות חלוקה מיטוכונדריאלית על ידי אימון הרשת העצבית לחפש התכווצויות מיטוכונדריאליות, שינוי בצורת המיטוכונדריה שמוביל לחלוקה, בשילוב עם תצפיות על חלבון שידוע שהוא מועשר באתרי החלוקה.
השמיים מִיקרוֹסקוֹפּ פונה להדמיה במהירות גבוהה כדי לקבל תמונות מפורטות של אירועי חלוקה כאשר הן ההיצרות והן רמות החלבון גבוהות. המיקרוסקופ עובר לאחר מכן להדמיה במהירות נמוכה כאשר רמות ההיצרות והחלבון נמוכות כדי להגן על הדגימה מפני יותר מדי אור.
עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי אינטליגנטי זה, המדענים הראו שהם יכולים לצפות בדגימה למשך זמן רב יותר בהשוואה להדמיה מהירה סטנדרטית. למרות שהדגימה הייתה תחת לחץ יותר מאשר הדמיה איטית, כמקובל, הם עדיין יכלו לאסוף מידע רב יותר.
מאנלי מוסבר, "הפוטנציאל של מיקרוסקופיה חכמה כולל מדידה של אילו רכישות סטנדרטיות יחמיצו. אנחנו מצלמים יותר אירועים, מודדים היצרות קטנות יותר ויכולים לעקוב אחר כל חלוקה בפירוט רב יותר".
המדענים הופכים את מסגרת הבקרה לזמינה כתוסף קוד פתוח עבור תוכנת המיקרוסקופ הפתוח Micro-Manager, במטרה לאפשר למדענים אחרים להשתלב בינה מלאכותית לתוך המיקרוסקופים שלהם.
עיון ביומן:
- Mahecic, D., Stepp, WL, Zhang, C. et al. רכישה מונעת אירועים עבור מיקרוסקופיה מועשרת בתוכן. שיטות נאט (2022). DOI: 10.1038 / s41592-022-01589-x
