روش تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی مطالعه ساختارهای سلولی را تسریع می کند

اشعه ایکس با درخشندگی بالا BESSY II می تواند برای تولید تصاویر میکروسکوپی با وضوح فضایی تا چند ده نانومتر استفاده شود. حجم کل سلول را می توان بدون نیاز به آماده سازی نمونه پیچیده مانند میکروسکوپ الکترونی بررسی کرد. در زیر میکروسکوپ اشعه ایکس، اندامک‌های سلولی کوچک با ساختارهای ظریف و غشای مرزی‌شان، حتی در سه بعدی، واضح و با جزئیات به نظر می‌رسند. این توموگرافی اشعه ایکس کرایو را برای مطالعه تغییرات در ساختار سلولی که به عنوان مثال توسط محرک های خارجی ایجاد می شود، ایده آل می کند.

با این حال، تا کنون، ارزیابی توموگرام‌های سه بعدی به تجزیه و تحلیل داده‌ها به صورت دستی و کار فشرده نیاز داشته است. برای غلبه بر این مشکل، تیم هایی به رهبری دانشمند کامپیوتر پروفسور دکتر فرانک نوئه و زیست شناس سلولی پروفسور دکتر هلگه اوورز (هر دو از دانشگاه فرای برلین) اکنون با بخش میکروسکوپ اشعه ایکس در HZB همکاری کرده اند. تیم علوم کامپیوتر یک الگوریتم جدید و خودآموز توسعه داده است. این روش تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی مبتنی بر تشخیص خودکار ساختارهای درون سلولی است و تجزیه و تحلیل کمی مجموعه داده های اشعه ایکس سه بعدی را تسریع می کند. تصاویر سه بعدی از داخل نمونه های بیولوژیکی در خط پرتو U41 در BESSY II به دست آمد.

دکتر استفان ورنر، متخصص میکروسکوپ اشعه ایکس در HZB می‌گوید: «در این مطالعه، ما نشان دادیم که تجزیه و تحلیل حجم سلول‌های مبتنی بر هوش مصنوعی با استفاده از سلول‌های پستانداران از کشت‌های سلولی که اصطلاحاً فیلوپودیا دارند، چقدر خوب عمل می‌کند. سلول‌های پستانداران دارای ساختار پیچیده‌ای با اندامک‌های مختلف سلولی هستند که هر یک باید عملکردهای سلولی متفاوتی را انجام دهند. فیلوپودیا برآمدگی های غشای سلولی هستند و به ویژه برای مهاجرت سلولی کاربرد دارند. برای میکروسکوپ اشعه ایکس کرایو، نمونه های سلولی ابتدا با شوک منجمد می شوند، به طوری که هیچ کریستال یخی در داخل سلول تشکیل نمی شود. سلول،” ورنر توضیح می دهد.

کار ما در حال حاضر علاقه قابل توجهی را در بین کارشناسان برانگیخته است.”

مایکل دیر، نویسنده اول، دانشگاه آزاد برلین

شبکه عصبی به درستی حدود 70 درصد از ویژگی های سلول موجود را در مدت زمان بسیار کوتاهی تشخیص می دهد، بنابراین ارزیابی بسیار سریع مجموعه داده ها را امکان پذیر می کند. Dyhr می‌گوید: «در آینده، ما می‌توانیم از این روش آنالیز جدید برای بررسی نحوه واکنش سلول‌ها به تأثیرات محیطی مانند نانوذرات، ویروس‌ها یا مواد سرطان‌زا بسیار سریع‌تر و مطمئن‌تر از قبل استفاده کنیم.»