Le microscope à réseau multi-lentilles et l'IA permettent une analyse plus rapide de la migration des cellules immunitaires
a : Vue de dessus des lentilles avec une lentille retirée pour permettre un zoom sur l'imageur CMOS sous-jacent. Ci-dessous : photographies du circuit imprimé avec imageurs et FPGA de haut en bas. b Modèle 3D du ComplexEye hors chambre de division (voir aussi les films supplémentaires 1 et 2). c À gauche : aperçu schématique des composants et de la structure du ComplexEye à l'intérieur de la cabine tempérée avec la division en zones climatiques sèches et humides. À droite : Photographie du ComplexEye réel correspondant à la vue présentée dans le schéma (à gauche). Crédit de réseau de portes programmable sur site FPGA : Communications naturelles (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43765-3
Les cellules immunitaires combattent par exemple les intrus infectieux ou recherchent des cancers naissants. Ils migrent donc constamment à travers les tissus de notre corps. Mais au mauvais endroit, les cellules immunitaires comme les granulocytes neutrophiles peuvent causer des dommages. Si ces globules blancs infiltrent les tumeurs, cela est souvent associé à un mauvais pronostic pour les patients. C’est pourquoi ils pourraient bénéficier de médicaments empêchant les neutrophiles de migrer vers les tumeurs.
Jusqu’à présent, cette migration a été étudiée par microscopie vidéo conventionnelle. Des chercheurs (Université de Duisburg-Essen, Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften) ont développé un microscope pour l'analyse à haut débit de composés.
Avec la microscopie vidéo conventionnelle, un seul objectif de caméra observe le mouvement des cellules au microscope, un échantillon à la fois. Avec leur nouveau microscope, les scientifiques de l'Université de Duisburg-Essen (UDE) et du Leibniz-Institut für Analytice Wissenschaften (ISAS) peuvent analyser plusieurs échantillons simultanément. Les chercheurs présentent leur microscope, nommé ComplexEye, en Communications naturelles.
“Si nous savions comment contrôler la migration des neutrophiles, de nombreuses maladies seraient plus faciles à traiter”, déclare le professeur Matthias Gunzer, directeur de l'Institut d'immunologie et d'imagerie expérimentales (UDE) et chef du département de biospectroscopie de l'ISAS. Mais jusqu’à présent, il y a eu un manque de méthodes pour faire avancer ce type de recherche, en particulier pour les petites cellules immunitaires à évolution rapide. Désormais, Gunzer et ses co-auteurs ont pu considérablement augmenter la vitesse des analyses de migration à l’aide de ComplexEye.
60 fois plus rapide que les microscopes conventionnels
“Lors de nos tests, nous avons pu analyser les échantillons environ 60 fois plus rapidement qu'avec la microscopie vidéo conventionnelle”, expliquent les deux auteurs principaux Zülal Cibir et Jaqueline Hassel (UDE).
Afin d'étudier l'influence des composés existants sur la migration des neutrophiles, les chercheurs d'Essen ont testé environ 1 000 substances provenant d'une bibliothèque chimique du Lead Discovery Center de Dortmund. Pour l’analyse ultérieure, les experts en IA de l’ISAS ont programmé un logiciel personnalisé.
Grâce au système ComplexEye soutenu par l’IA, en seulement quatre jours, les chercheurs ont ensuite identifié 17 substances pouvant fortement influencer la mobilité des neutrophiles humains.
Au départ, les résultats ont une valeur scientifique fondamentale, mais les chercheurs espèrent qu’ils ouvriront la voie à de nombreuses nouvelles options thérapeutiques. “Avec quelques ajustements mineurs, ComplexEye peut également être utilisé pour d'autres cellules, par exemple pour surveiller la progression de maladies et détecter les signes avant-coureurs d'une aggravation d'infections, comme un empoisonnement imminent du sang”, explique l'immunologiste Gunzer.
À propos de ComplexEye
Pour développer ComplexEye, des scientifiques de la Faculté de médecine, du Département de génie électrique et de technologie de l'information de l'UDE et de l'ISAS à Dortmund ont travaillé en étroite collaboration.
“Le défi consistait à construire des microscopes miniaturisés, à les rendre mobiles et à les assembler si étroitement en un seul système qu'ils puissent enregistrer des vidéos de chacune des 384 chambres d'une plaque à puits, un plateau d'examen commun”, explique le Dr Reinhard Viga de l'Electronic Division Composants et Circuits à l'UDE.
L'ingénieur électricien était chargé de la construction technique du nouveau microscope. Comme l'œil composé multi-lentilles d'une mouche, ComplexEye se déplace sous la plaque à puits et prend simultanément des images avec toutes ses lentilles toutes les huit secondes.
Les chercheurs combinent ensuite ces images pour créer des séquences accélérées. Les cellules migrantes visibles dans ces films sont ensuite suivies individuellement par l’IA. À l'avenir, ComplexEye sera étendu pour inclure des objectifs supplémentaires afin de pouvoir capturer encore plus d'images.
Plus d'information:
Zülal Cibir et al, ComplexEye : un microscope multi-lentilles pour l'analyse intégrée de la migration des cellules immunitaires à haut débit, Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-43765-3
Fourni par Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften
Citation: Le microscope à lentilles multiples et l'IA permettent une analyse plus rapide de la migration des cellules immunitaires (11 décembre 2023) récupéré le 11 décembre 2023 sur
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