Análisis cuantitativo de orgánulos celulares con inteligencia artificial
El análisis de datos de criomicroscopía de rayos X sigue requiriendo mucho tiempo: La IA identifica ahora estructuras con gran precisión en pocos minutos
Los rayos X de alto brillo de BESSY II permiten obtener imágenes microscópicas con una resolución espacial de unas pocas decenas de nanómetros. Se pueden examinar volúmenes celulares completos sin necesidad de una preparación compleja de las muestras, como en la microscopía electrónica. Bajo el microscopio de rayos X, los diminutos orgánulos celulares con sus finas estructuras y membranas limítrofes aparecen claros y detallados, incluso en tres dimensiones. Esto hace que la crio-tomografía de rayos x sea ideal para estudiar cambios en las estructuras celulares causados, por ejemplo, por desencadenantes externos. Hasta ahora, sin embargo, la evaluación de los tomogramas tridimensionales requería un análisis de datos muy manual y laborioso. Para superar este problema, los equipos dirigidos por el informático Prof. Dr. Frank Noé y el biólogo celular Prof. Dr. Helge Ewers (ambos de la Universidad Libre de Berlín) han colaborado ahora con el departamento de microscopía de rayos X del HZB. El equipo de informática ha desarrollado un novedoso algoritmo de autoaprendizaje. Este método de análisis basado en IA se basa en la detección automatizada de estructuras subcelulares y acelera el análisis cuantitativo de conjuntos de datos de rayos X en 3D. Las imágenes 3D del interior de muestras biológicas se adquirieron en la línea de luz U41 de BESSY II.
Las imágenes muestran parte de una célula de mamífero congelada. A la izquierda se muestra una sección del tomograma 3D de rayos X (escala: 2 μm). La figura de la derecha muestra el volumen celular reconstruido tras aplicar el nuevo algoritmo apoyado en IA.
HZB
"En este estudio hemos demostrado ahora lo bien que funciona el análisis de volúmenes celulares basado en IA, utilizando células de mamíferos procedentes de cultivos celulares que tienen los llamados filopodios", afirma el Dr. Stephan Werner, experto en microscopía de rayos X del HZB. Las células de mamífero tienen una estructura compleja con muchos orgánulos celulares diferentes, cada uno de los cuales debe cumplir distintas funciones celulares. Los filopodios son protuberancias de la membrana celular que sirven sobre todo para la migración celular. "Para la criomicroscopía de rayos X, las muestras celulares se congelan primero por choque, tan rápido que no se forman cristales de hielo dentro de la célula. Esto deja a las células en un estado casi natural y nos permite estudiar la influencia estructural de factores externos dentro de la célula", explica Werner.
"Nuestro trabajo ya ha despertado un gran interés entre los expertos", afirma el primer autor, Michael Dyhr, de la Universidad Libre de Berlín. La red neuronal reconoce correctamente alrededor del 70% de las características celulares existentes en muy poco tiempo, lo que permite una evaluación muy rápida del conjunto de datos. "En el futuro, podríamos utilizar este nuevo método de análisis para investigar cómo reaccionan las células a influencias ambientales como nanopartículas, virus o carcinógenos de forma mucho más rápida y fiable que hasta ahora", afirma Dyhr.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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