Imagerie à résolution continue par microscopie optique et électronique de cultures cellulaires 3D et analyse d'images utilisant Dragonfly
Des chercheurs ont publié une étude sur des organoïdes cancéreux 3D utilisant plusieurs méthodes d'imagerie pour observer le développement de la maladie à différentes échelles. La microscopie optique non invasive, essentielle pour étudier le développement des organoïdes, a été corrélée à la microscopie électronique à haute résolution pour imager les structures subcellulaires. Après avoir réalisé une imagerie volumique FIB-SEM pour capturer les structures subcellulaires 3D à résolution limitée par la diffraction, Dragonfly Les réseaux neuronaux convolutifs (CNN) ont été utilisés pour entraîner des modèles de segmentation automatique de données FIB-SEM. Ces modèles ont été préparés avec l'architecture 2.5D-UNet. Grâce au module d'aide à la segmentation, les données de référence ont été annotées manuellement et les modèles CNN ont été entraînés à segmenter des structures subcellulaires telles que les noyaux cellulaires, les mitochondries, les faisceaux d'actine des microvillosités et les jonctions cellulaires. Chaque acquisition présentant des caractéristiques et des niveaux de bruit différents, il a été nécessaire de réentraîner les CNN pour chaque acquisition. Cependant, l'utilisation des modèles CNN précédemment entraînés a permis d'accélérer considérablement la procédure. Dragonfly a également été utilisé pour effectuer une segmentation d'instances à l'aide de l'analyse des plus proches voisins et pour calculer des cartes de densité locale des segmentations à l'aide de l'assistant « Analyse osseuse ».
Selon le premier auteur Edoardo D'Imprima, « Dragonfly L'utilisation de ce logiciel s'est avérée essentielle pour l'exploration des données FIBSEM d'organoïdes cancéreux dérivés de patients. Son interface conviviale et la grande quantité de ressources pédagogiques gratuites disponibles m'ont permis de maîtriser rapidement le logiciel, même les opérations les plus avancées. Dragonfly « rendra les approches d'apprentissage profond pour l'analyse d'images biologiques accessibles aux non-experts. »
Présentation vidéo
Publication :
D'Imprima, E., Montero, MG, Gawrzak, S., Ronchi, P., Zagoriy, I., Schwab, Y., Jechlinger, M. et Mahamid, J., 2023. Imagerie à résolution continue par microscopie optique et électronique de cultures cellulaires 3D. Developmental Cell, 58(7), pp.616-632 (https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.03.001).
Mots-clés : FIB-SEM, organoïdes, segmentation d’images par apprentissage profond, cryomicroscopie confocale, microscopie corrélative optique et électronique
(A–K) Visualisation et segmentation des structures subcellulaires à l'aide de Dragonfly . Dans (A), (D), (G) et (H), images FIB-SEM montrant les mitochondries (A–C), les faisceaux d'actine dans les microvillosités (D–F), les jonctions cellulaires (G et H, flèches blanches) et les desmosomes (H, flèches rouges) superposés à la segmentation automatique correspondante (B, E, I et J, en couleur).
Dans (C), (F) et (K), rendu 3D de 50 images consécutives avec segmentation en relief. Le cadre indique les zones représentées dans les panneaux de gauche. (L) Rendu 3D des segmentations des noyaux (bleu), des faisceaux d'actine (magenta) et des jonctions cellulaires (cyan). (M) Rendu 3D de la segmentation avec les noyaux (bleu) et les mitochondries colorées selon leur volume (dégradé violet-jaune) ; noter les mitochondries deux ordres de grandeur plus grandes autour des noyaux de deux cellules (vert-jaune).