Fluorescensmikroskopi eftersträvas för att samla in data om specifika biologiska händelser. Ändå är det händelsespecifika innehållet som kan samlas in från ett prov begränsat, särskilt för sällsynta eller stokastiska processer. Detta beror delvis på fotoblekning och fototoxicitet, som begränsar avbildningens hastighet och varaktighet.
EPFL biofysiker har verkligen hittat ett sätt att automatisera mikroskopkontroll för att avbilda biologiska händelser i detalj samtidigt som stressen på provet begränsas. De har utvecklat kontrollmjukvara som optimerar hur fluorescensmikroskop samlar in data om levande prover.
I deras händelsestyrda förvärvsramverk utlöser neuralnätverksbaserad igenkänning av specifika biologiska händelser realtidskontroll i ett omedelbart strukturerat belysningsmikroskop. Deras teknik fungerar för bakteriell celldelning och mitokondriell delning.
Huvudutredare Suliana Manley vid EPFL:s Laboratory of Experimental Biophysics sa, "Ett intelligent mikroskop är ungefär som en självkörande bil. Den behöver bearbeta vissa typer av information, subtila mönster som den sedan reagerar på genom att ändra sitt beteende. Genom att använda en neurala nätverk, vi kan upptäcka mycket mer subtila händelser och använda dem för att driva förändringar i förvärvshastigheten."
Mitokondriell division är oförutsägbar eftersom den inträffar sällan och kan inträffa nästan var som helst inom mitokondriella nätverket när som helst. Det var därför forskare först löste hur man upptäcker mitokondriell delning genom att träna det neurala nätverket att se upp för mitokondrieförträngningar, en förändring i formen av mitokondrier som leder till delning, kombinerat med observationer av ett protein som är känt för att anrikas vid delningsställen.
Smakämnen mikroskop vänder sig till höghastighetsavbildning för att få detaljerade bilder av delningshändelser när både förträngningar och proteinnivåer är höga. Mikroskopet övergår sedan till låghastighetsavbildning när förträngningen och proteinnivåerna är låga för att skydda provet från för mycket ljus.
Med detta intelligenta fluorescerande mikroskop visade forskarna att de kunde observera provet längre jämfört med standard snabb avbildning. Även om provet var under mer stress än långsam avbildning, som är brukligt, kunde de fortfarande samla in mer insiktsfull information.
Manley förklarade, "Potentialen med intelligent mikroskopi inkluderar att mäta vad standardförvärv skulle missa. Vi fångar fler händelser, mäter mindre förträngningar och kan följa varje division mer i detalj.”
Forskarna gör kontrollramverket tillgängligt som ett plug-in med öppen källkod för programvaran Micro-Manager för öppna mikroskop, i syfte att tillåta andra forskare att integrera artificiell intelligens i sina mikroskop.
Tidskriftsreferens:
- Mahecic, D., Stepp, WL, Zhang, C. et al. Händelsedrivet förvärv för innehållsberikad mikroskopi. Nat Methods (2022). DOI: 10.1038 / s41592-022-01589-x
