Флуоресцентная микроскопия предназначена для сбора данных о конкретных биологических событиях. Тем не менее, содержание конкретного события, которое можно получить из выборки, ограничено, особенно для редких или случайных процессов. Частично это связано с фотообесцвечиванием и фототоксичностью, которые ограничивают скорость и продолжительность визуализации.
EPFL биофизики действительно нашли способ автоматизировать управление микроскопом для детальной визуализации биологических событий, одновременно ограничивая нагрузку на образец. Они разработали управляющее программное обеспечение, которое оптимизирует сбор данных о живых образцах с помощью флуоресцентных микроскопов.
В их системе сбора данных, управляемой событиями, распознавание конкретных биологических событий на основе нейронных сетей запускает контроль в реальном времени в микроскопе мгновенного структурированного освещения. Их техника работает для деления бактериальных клеток и деления митохондрий.
Главный исследователь Сулиана Мэнли из Лаборатории экспериментальной биофизики EPFL сказала: «Интеллектуальный микроскоп — это что-то вроде беспилотного автомобиля. Ему необходимо обрабатывать определенные типы информации, тонкие закономерности, на которые он затем реагирует, изменяя свое поведение. С помощью нейронной сети, мы можем обнаруживать гораздо более тонкие события и использовать их для изменения скорости сбора данных».
Деление митохондрий непредсказуемо, поскольку оно происходит нечасто и может произойти практически в любом месте митохондриальной сети в любой момент. Вот почему ученые впервые решили, как обнаружить деление митохондрий, обучив нейронную сеть следить за митохондриальными перетяжками, изменением формы митохондрии это приводит к делению в сочетании с наблюдениями за белком, который, как известно, обогащен в местах деления.
Ассоциация Микроскоп обращается к высокоскоростной визуализации, чтобы получить подробные изображения событий деления, когда как перетяжки, так и уровни белка высоки. Впоследствии микроскоп переключается на низкоскоростную визуализацию, когда уровень сужения и белка низкий, чтобы защитить образец от слишком большого количества света.
С помощью этого интеллектуального флуоресцентного микроскопа ученые показали, что они могут наблюдать образец дольше по сравнению со стандартной быстрой визуализацией. Несмотря на то, что образец находился под большим стрессом, чем при медленной визуализации, как это обычно бывает, они все же смогли собрать более полезную информацию.
Manley объяснены, «Потенциал интеллектуальной микроскопии включает в себя измерение того, что могут быть упущены при стандартных исследованиях. Мы фиксируем больше событий, измеряем меньшие ограничения и можем отслеживать каждое подразделение более детально».
Ученые делают систему управления доступной в виде плагина с открытым исходным кодом для программного обеспечения открытого микроскопа Micro-Manager, чтобы позволить другим ученым интегрировать ее. искусственный интеллект в свои микроскопы.
Справочник журнала:
- Махечич Д., Степп В.Л., Чжан К. и др. Событийно-ориентированный сбор данных для микроскопии с обогащенным содержанием. Нат Методы (2022). ДОИ: 10.1038 / s41592-022-01589-х
