Kính hiển vi huỳnh quang được tìm cách thu thập dữ liệu về các sự kiện sinh học cụ thể. Tuy nhiên, nội dung dành riêng cho sự kiện có thể được thu thập từ một mẫu bị hạn chế, đặc biệt đối với các quy trình ngẫu nhiên hoặc hiếm gặp. Điều này một phần là do quá trình tẩy trắng bằng ánh sáng và nhiễm độc ánh sáng, làm hạn chế tốc độ và thời lượng chụp ảnh.
EPFL các nhà vật lý sinh học thực sự đã tìm ra cách để tự động hóa việc điều khiển kính hiển vi để chụp ảnh các sự kiện sinh học một cách chi tiết đồng thời hạn chế áp lực lên mẫu. Họ đã phát triển phần mềm điều khiển nhằm tối ưu hóa cách kính hiển vi huỳnh quang thu thập dữ liệu về các mẫu vật sống.
Trong khuôn khổ thu nhận theo sự kiện của họ, việc nhận biết các sự kiện sinh học cụ thể dựa trên mạng thần kinh sẽ kích hoạt khả năng kiểm soát theo thời gian thực trong kính hiển vi chiếu sáng có cấu trúc tức thì. Kỹ thuật của họ hoạt động để phân chia tế bào vi khuẩn và phân chia ty thể.
Điều tra viên chính Suliana Manley của Phòng thí nghiệm Sinh lý học Thực nghiệm của EPFL cho biết, “Kính hiển vi thông minh giống như một chiếc ô tô tự lái. Nó cần xử lý một số loại thông tin nhất định, các mẫu tinh vi mà sau đó nó phản hồi bằng cách thay đổi hành vi của mình. Bằng cách sử dụng một mạng lưới thần kinh, chúng tôi có thể phát hiện các sự kiện tinh vi hơn nhiều và sử dụng chúng để thúc đẩy các thay đổi về tốc độ thu nhận.”
Sự phân chia ty thể là không thể đoán trước vì nó xảy ra không thường xuyên và có thể xảy ra ở hầu hết mọi nơi trong mạng lưới ty thể vào bất kỳ lúc nào. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học lần đầu tiên giải quyết cách phát hiện sự phân chia của ty thể bằng cách đào tạo mạng lưới thần kinh để tìm kiếm sự co thắt của ty thể, một sự thay đổi về hình dạng của các tế bào thần kinh. mitochondria dẫn đến sự phân chia, kết hợp với các quan sát về một loại protein được biết là được làm giàu tại các vị trí phân chia.
Sản phẩm kính hiển vi chuyển sang hình ảnh tốc độ cao để có được hình ảnh chi tiết về các sự kiện phân chia khi cả mức độ co thắt và protein đều cao. Sau đó, kính hiển vi chuyển sang hình ảnh tốc độ thấp khi mức độ co thắt và protein thấp để bảo vệ mẫu khỏi quá nhiều ánh sáng.
Với kính hiển vi huỳnh quang thông minh này, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng họ có thể quan sát mẫu vật lâu hơn so với phương pháp chụp ảnh nhanh tiêu chuẩn. Mặc dù mẫu bị căng thẳng hơn so với hình ảnh chậm, theo thông lệ, họ vẫn có thể thu thập thông tin sâu sắc hơn.
Manley Giải thích, “Tiềm năng của kính hiển vi thông minh bao gồm việc đo lường những hoạt động mua lại tiêu chuẩn sẽ bỏ lỡ. Chúng tôi ghi lại nhiều sự kiện hơn, đo lường các giới hạn nhỏ hơn và có thể theo dõi từng bộ phận một cách chi tiết hơn.”
Các nhà khoa học đang cung cấp khung điều khiển dưới dạng trình cắm nguồn mở cho phần mềm kính hiển vi mở Micro-Manager, với mục đích cho phép các nhà khoa học khác tích hợp trí tuệ nhân tạo vào kính hiển vi của họ.
Tạp chí tham khảo:
- Mahecic, D., Stepp, WL, Zhang, C. và cộng sự. Thu thập theo hướng sự kiện cho kính hiển vi làm giàu nội dung. phương pháp tự nhiên (Năm 2022). DOI: 10.1038 / s41592-022-01589-x
