Analisi automatica delle cellule con l'aiuto dell'intelligenza artificiale
Un team di ricerca internazionale sviluppa un software di facile utilizzo
Per comprendere i complessi processi della vita, è fondamentale riconoscere e distinguere le singole strutture delle cellule. Questa fase è nota come "segmentazione" e consente, ad esempio, di analizzare la reazione delle cellule ai farmaci. Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Göttingen ha ora sviluppato un altro metodo: Ha riqualificato il software esistente basato sull'intelligenza artificiale "Segment Anything" in modo che il nuovo modello - chiamato "Segment Anything for Microscopy" - sia in grado di segmentare con precisione immagini di tessuti, cellule e strutture simili in una varietà di situazioni. Per consentire a ricercatori e medici di utilizzarlo, il team ha anche sviluppato "μSAM", un software di facile utilizzo per "segmentare qualsiasi cosa" nelle immagini di microscopia. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Methods.
Segmentazione di immagini al microscopio elettronico con μSAM. L'immagine mostra come il modello segmenta i nuclei cellulari utilizzando punti e caselle e le corrispondenti maschere previste dal modello.
The underlying image from data published in Cell (S0092-8674(21)00876-X). Image created by Anwai Archit using the μSAM tool.
È già possibile segmentare automaticamente le strutture biologiche. Il problema dei metodi precedenti: L'applicazione funziona solo in determinate condizioni e adattarla a nuove condizioni richiede molto tempo. Per migliorare il software esistente, i ricercatori hanno riqualificato il modello utilizzando un set di dati di microscopia di oltre 17.000 immagini di microscopia con oltre due milioni di strutture etichettate a mano. Questo ha migliorato notevolmente le prestazioni del modello nel segmentare i componenti cellulari. Il team ha quindi sviluppato il software μSAM, che consente ai ricercatori e ai professionisti del settore medico di analizzare le immagini senza dover disegnare manualmente le strutture o addestrare preventivamente uno speciale modello AI.
"L'analisi delle cellule è uno dei compiti più impegnativi della microscopia. Il processo è essenziale sia per la ricerca biologica di base che per la diagnostica medica", spiega il Prof. Dr. Constantin Pape dell'Istituto di Informatica dell'Università di Gottinga. "Il mio gruppo di ricerca è specializzato nello sviluppo di metodi per automatizzare questi compiti. Per questo motivo i ricercatori ci chiedono spesso aiuto". Prima di sviluppare Segment Anything for Microscopy, abbiamo dovuto chiedere loro di marcare a mano molte strutture, un compito difficile e lungo. μSAM ha cambiato questa situazione: Compiti che prima richiedevano settimane di minuzioso lavoro manuale possono essere automatizzati in poche ore. Il modello può poi essere ulteriormente migliorato. Questo apre molte nuove aree di applicazione: Lo abbiamo già utilizzato in numerosi progetti che spaziano dalla biologia cellulare di base allo sviluppo di metodi per la raccomandazione di trattamenti nelle terapie antitumorali", afferma Pape.
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