Extrait de Smart Microscopy: Current Implementations and a Roadmap for Interoperability (Hinderling et al., 2025). Lire l'article complet sur bioRxiv

La microscopie traditionnelle excelle dans la capture des structures subcellulaires, mais ne fournit généralement pas le contexte global à l'échelle de la population, pourtant crucial pour comprendre l'hétérogénéité cellulaire et les événements cellulaires rares. Les approches d'imagerie haute résolution conventionnelles se concentrent souvent sur un nombre limité de cellules, ce qui introduit des biais potentiels et limite la puissance statistique. À l'inverse, le criblage à haut contenu sacrifie souvent la résolution spatiale, réduisant la capacité à distinguer les phénotypes subcellulaires. Le défi central auquel répond Cytely est d'automatiser efficacement les flux de travail de microscopie afin d'associer le contexte spatial haute résolution à l'échelle de la cellule unique à une vision large à l'échelle de la population, pour permettre une analyse impartiale et reproductible de phénotypes cellulaires variés, en particulier des événements rares et dynamiques.

Principaux résultats et innovations

Cytely repose sur les fondements scientifiques issus du laboratoire Nordenfelt [1] et s'appuie sur les principes de la microscopie guidée par les données (DDM) pour améliorer considérablement la précision et le débit de l'analyse spatiale en cellule unique. La plateforme intègre une vue d'ensemble de populations entières et des données à l'échelle de la cellule unique, permettant une identification rapide et impartiale des phénotypes cellulaires (fig. 1). Cytely caractérise efficacement des milliers de cellules à partir de caractéristiques telles que la morphologie cellulaire, l'intensité de fluorescence et l'organisation subcellulaire. Cette approche facilite la sélection précise des cellules d'intérêt et leur revisite, permettant dans un second temps une imagerie spatiale haute résolution de sous-ensembles cellulaires rares ou phénotypiquement distincts (fig. 2).

Dans des expériences portant sur la phagocytose cellulaire, Cytely a démontré sa capacité unique à visualiser la localisation spatiale des particules englouties au sein de cellules individuelles, identifiant une hétérogénéité des taux de capture que les analyses globales traditionnelles ne détectaient pas. De même, l'approche de Cytely a permis la détection et la caractérisation automatisées d'événements cellulaires, comme la division cellulaire ou l'apoptose, et la curation de ces données par une réimagerie haute résolution à une cadence et avec une précision nettement supérieures à celles de la microscopie conventionnelle.

Méthodologie et détails de mise en œuvre

Cytely est mis en œuvre sous la forme d'une plateforme de microscopie indépendante du matériel, compatible avec divers systèmes d'imagerie équipés de platines motorisées. Le flux de travail commence par une phase d'acquisition d'images basse résolution à l'échelle de la population, qui segmente rapidement les cellules et extrait leurs caractéristiques morphologiques et d'intensité. Le logiciel combine des approches de segmentation classiques et des algorithmes d'IA avancés pour caractériser de manière robuste les phénotypes cellulaires en temps réel, permettant l'identification immédiate des populations cellulaires cibles. Une fois des sous-ensembles cellulaires spécifiques identifiés, Cytely déclenche une imagerie spatiale haute résolution, en orientant automatiquement les ressources du microscope pour acquérir des données détaillées à l'échelle de la cellule unique. L'ensemble du flux de travail, de l'acquisition des images à l'analyse et à la documentation des données, est géré dans une interface logicielle intégrée et intuitive, sans nécessiter de scripts complexes ni d'intervention manuelle. L'analyse d'images s'effectue à l'aide de schémas définis, ce qui facilite la réplication, et tous les jeux de données sont stockés de manière centralisée et peuvent être partagés en interne comme en externe, favorisant la transparence des données (exemple de jeu de données partagé).

Interface graphique standard de Cytely dans le navigateur.
Fig. 1 : interface graphique standard de Cytely dans le navigateur. La sous-population de cellules mitotiques d'un échantillon de cellules HeLa est affichée

2 : comparaison côte à côte de l'image initiale basse résolution et de la réimagerie haute résolution ciblée de la même cellule.
Fig. 2 : comparaison côte à côte de l'image initiale basse résolution et de la réimagerie haute résolution ciblée de la même cellule. Le jeu de données est constitué de cellules endothéliales d'artère pulmonaire bovine

Contributions à l'interopérabilité

La plateforme Cytely est totalement indépendante du matériel et conçue pour s'intégrer de manière transparente aux systèmes de microscopie les plus répandus. La nature modulaire et flexible du pipeline d'analyse de Cytely permet de l'adapter facilement à des dispositifs expérimentaux et à des besoins de recherche variés. Sa compatibilité avec les standards ouverts et sa large prise en charge des appareils favorisent une adoption étendue par la communauté et facilitent l'intégration dans les flux de travail existants des laboratoires. En prenant en charge les standards ouverts et une mise en œuvre indépendante du matériel, Cytely répond aux principaux défis d'interopérabilité identifiés dans le domaine de la microscopie intelligente [2].

Limites

Si Cytely gère de manière robuste les scénarios de microscopie standard, les tissus particulièrement difficiles, aux exigences de segmentation complexes, peuvent encore poser problème. En outre, le système repose actuellement sur un réglage des paramètres par l'utilisateur avant les expériences afin d'optimiser les résultats d'analyse, en particulier dans les contextes à forte variabilité biologique. Les prochaines versions visent à mettre en œuvre des algorithmes de réglage adaptatif des paramètres afin de réduire encore l'intervention manuelle et d'améliorer l'ergonomie et la reproductibilité des expériences.