Imagerie à haut débit

L'imagerie à haut débit est un terme utilisé pour décrire la microscopie optique automatisée et l'analyse d'images d'un grand nombre d'échantillons. C'est une technique utile pour les tests de dépistage phénotypique, l'évaluation de la réponse des cellules, des modèles cellulaires ou des organismes à divers types de perturbagènes. Lors de la sélection d'un système basé sur un microscope pour l'imagerie à haut débit, il est important non seulement de trouver un système doté des fonctionnalités/capacités nécessaires, mais également d'évaluer de manière critique sa fiabilité et sa capacité - deux facteurs qui ont un impact réel sur le débit et l’efficacité.

Produits pour l'imagerie à haut débit

Nikon propose la série d'instruments BioPipeline pour les applications d'imagerie à haut débit et à haut contenu. Le système d'imagerie à haut contenu BioPipeline LIVE est la solution de Nikon pour l'imagerie à haut débit et à haut contenu de cellules vivantes conservées in vitro. Basé sur notre microscope inversé motorisé phare ECLIPSE Ti2-E, ce système comprend un système d'incubation intégré et une robotique d'échange d'échantillons, permettant l'échange automatique de jusqu'à 44 plaques multipuits tout en maintenant une couverture environnementale complète.

Le système d'imagerie à haut contenu BioPipeline PLATE est similaire au BioPipeline LIVE, également basé sur le microscope Ti2-E mais sans incubation. Comme tous les systèmes BioPipeline, le BioPipeline PLATE est entièrement intégré à l'aide du logiciel NIS-Elements, qui comprend l'outil NIS-Elements Scheduler pour répartir le temps pour différentes acquisitions automatisées entre plusieurs utilisateurs et/ou échantillons.

Le système d'imagerie à haut contenu Nikon BioPipeline SLIDE est plutôt configuré sur un microscope motorisé droit ECLIPSE Ni-E et destiné à des applications telles que la numérisation de lames/l'imagerie de lames entières d'échantillons fixes préparés sur des lames de microscope standard. Ce système comprend un chargeur de lames robotisé Marzhauser Slide Express 2, capable de contenir et d'échanger jusqu'à 120 lames. Tous les systèmes BioPipeline sont disponibles avec un serveur dédié qui, avec une connexion 10 GbE et un espace de stockage de 200 To, vous aidera à éviter que votre pipeline d'imagerie et d'analyse ne soit obstrué.

Le BioPipeline LIVE et le BioPipeline SLIDE peuvent tous deux être équipés d'un système confocal, nos microscopes confocaux AX / AX R étant applicables à l'imagerie à haut débit, avec un champ de vision inégalé de 25 mm pour un système de balayage laser. L'AX R dispose en outre du système de balayage résonant à grande vitesse de Nikon, qui accélère encore l'acquisition de données.

●: Inclus, ⚬: Optionnel

Techniques de contraste compatibles	BioPipeline LIVE	BioPipeline PLATE	BioPipeline SLIDE
	BioPipeline LIVE High Content Imaging System	BioPipeline PLATE High Content Imaging System	BioPipeline SLIDE High Content Imaging System
Capacité d'échantillonnage maximale	44	44	120
Échange d'échantillons automatisé	yes	yes	yes
Type(s) de récipient/lame prévu(s)	96-Plaques de puits 384-Plaques de puits	96-Plaques de puits 384-Plaques de puits	Lames de microscope en verre standard
Correction de la mise au point Z	Perfect Focus System 4 (PFS4) Mise au point automatique	Perfect Focus System 4 (PFS4) Mise au point automatique	Mise au point automatique
Fond clair	yes	yes	yes
Contraste de phase*	yes	yes	yes
Contraste d'interférence différentielle (DIC)	no	no	yes
Fond sombre	no	no	yes
Nikon Advanced Modulation Contrast (NAMC)*	yes	yes	no
Contraste de volume	yes	yes	no
Fluorescence à champ large	yes	yes	yes
Confocal	yes	yes	no

*Ces techniques de contraste peuvent ne pas convenir à toutes les applications et plages de grossissement en raison de l'effet de ménisque dans les puits individuels.

Discussion sur l'imagerie à haut débit

Dialogue logiciel lors d'une acquisition multidimensionnelle dans une plaque de puits.

Débit élevé, contenu élevé ou les deux ?

Il n'est pas rare que les termes « haut débit » et « haut contenu » soient utilisés de manière interchangeable. La principale différence est la dimensionnalité, ou contenu informatif, des données d'image acquises. Un contenu d'information plus élevé peut être utile pour mieux caractériser les phénotypes complexes. Le "haut contenu" implique souvent l'utilisation de plusieurs canaux de fluorescence pour caractériser plusieurs biomarqueurs. En revanche, le débit élevé fait référence au nombre d'échantillons pouvant être traités plutôt qu'au contenu informatif des données collectées. Il est également possible d'effectuer une imagerie à haut contenu à haut débit (beaucoup d'échantillons, dimensionnalité élevée des données), une approche parfois appelée « criblage à haut contenu ».

Heureusement, les systèmes BioPipeline de Nikon conviennent à la fois aux approches à haut débit et à haut contenu. Basés sur nos microscopes de base, ces systèmes sont généralement plus modulaires et évolutifs que les « systèmes de boîtiers » comparables tels que les lecteurs de plaques. Les caméras, les lentilles d'objectif, les scanners confocaux, etc. peuvent être échangés sur les systèmes existants.

Image de fluorescence de large champ multicolore d'un champ de cellules

La même image que ci-dessus suivant l'utilisation du module logiciel Clarify.ai pour la suppression du flou.

Amélioration de l'imagerie et de l'analyse à haut débit à l'aide de l'intelligence artificielle

Beaucoup pensent que la plus grande promesse de l'intelligence artificielle en microscopie est le déblocage de nouveaux types d'analyses d'images. Il est certainement vrai que de nouveaux types d'analyses sont importants et utiles, un excellent exemple étant la prédiction des schémas de coloration dans des échantillons non colorés (par exemple, la prédiction de la coloration nucléaire DAPI à partir d'images en contraste de phase). Cependant, le plus grand avantage de l'IA est sans doute la capacité d'effectuer des analyses courantes beaucoup plus rapidement que les approches traditionnelles, ce qui modifie les règles de conception des expériences.

Nikon s'engage à concevoir des outils d'analyse d'images fiables basés sur l'apprentissage en profondeur sous l'égide de NIS.ai - une série croissante de modules logiciels disponibles dans notre logiciel NIS-Elements. Les modules NIS.ai qui peuvent avoir un impact sur l'imagerie à haut débit incluent :

Clarify.ai : ce module préformé peut fournir une suppression rapide et automatique du flou hors foyer des images d'épifluorescence à large champ.

Segment.ai : ce module peut être formé pour segmenter les caractéristiques de l'image, y compris celles que les méthodes de seuillage classiques peuvent manquer.

Convert.ai : ce module peut être entraîné pour prédire des caractéristiques dans un deuxième canal d'image sur la base d'un canal d'image à contraste de phase de référence, comme décrit ci-dessus.

Sélection d'un scanner confocal pour l'imagerie à haut débit

Il existe une variété de systèmes de microscopie confocale sur le marché, les deux principaux types de conception étant le balayage laseret le disque rotatif. Les scanners confocaux sont souhaitables lorsqu'il est important d'observer des plans 2D nets dans des échantillons épais. Le BioPipeline LIVE et le BioPipeline PLATE peuvent être configurés avec ces types de systèmes confocaux.

Les systèmes confocaux à disque tournant sont appréciés pour leur facilité d'utilisation et leur vitesse d'imagerie, mais leur profondeur d'imagerie est généralement limitée à moins de 50 μm. Nikon est fier de proposer des systèmes de disques rotatifs avec un large champ de vision (FOV) pour prendre en charge l'imagerie confocale à haut débit, notamment le Yokogawa CSU-W1 (~23 mm FOV) et le Crest Optics X-Light V3 (25 mm FOV) .

Les systèmes confocaux à balayage laser peuvent imager jusqu'à des centaines de μm de profondeur dans l'échantillon. Les systèmes confocaux Nikon AX / AX R offrent cette capacité ainsi qu'un grand champ de vision de 25 mm (le plus grand disponible dans le commerce) pour prendre en charge l'imagerie à haut débit. De plus, l'AX R utilise notre système de balayage résonnant à faible bruit de nouvelle génération pour réduire le temps d'imagerie tout en maintenant la qualité.

Avec un champ de vision conventionnel de 18 mm (FOV), il faudrait 48 images en mosaïque différentes pour créer cette grande image

Avec le grand FOV de 25 mm des systèmes confocaux BioPipeline LIVE, BioPipeline PLATE et AX / AX R, seuls 24 cadres seraient nécessaires au même grossissement.

Glossaire

Capacité d'échantillonnage maximale: Il s'agit du nombre maximal de récipients, de plaquesde puits ou de lames de microscope (selon le cas) pouvant être logés dans le chargeur/hôtel pour une utilisation dans des expériences automatisées. Voir « Type(s) de récipient/lame prévu(s) » pour référence.
Correction de la mise au point Z: Pouvoir compter sur le bon plan Z à la mise au point est particulièrement important pour un débit élevé, car des erreurs peuvent passer inaperçues lors des acquisitions automatisées. Le système de mise au point parfaite de Nikon est une solution matérielle de premier plan pour maintenir la mise au point sur un plan sélectionnable par l'utilisateur ou par logiciel. La mise au point automatique est une routine logicielle qui identifie le plan focal correct en balayant en Z pour trouver le plan avec le contraste/la netteté le(la) plus élevé (e).
Techniques de contraste compatibles: En règle générale, les systèmes de microscopie d'imagerie à haut débit sont capables d'une technique de lumière transmise, telle que le contraste de phase, ainsi que d'une modalité d'imagerie par fluorescence, telle que le large champ ou confocal.
Type(s) de récipient/lame prévu(s): Les systèmes BioPipeline LIVE et PLATE sont basés sur des microscopes inversés, ce qui les rend mieux adaptés à l'imagerie des récipients de culture à chambres, comme les plaques multipuits, que les microscopes droits. Dans ce cas, le fond du récipient doit être réalisé dans un matériau de qualité optique. Le BioPipeline SLIDE est basé sur un microscope droit - le choix habituel pour l'imagerie des lames de microscope en verre traditionnelles.
Échange d'échantillons automatisé: Il s'agit de l'échange automatisé de récipients d'échantillons ou de lames de microscope entre la platine du microscope et l'incubateur ou le chargeur/hôtel.