Rilevamento spazio-temporale di apoptosi nell'imaging su cellule vive

La morte cellulare apoptotica è un meccanismo cruciale che contribuisce all'omeostasi dei tessuti e previene l'insorgenza di diverse malattie. Tuttavia, questo fenomeno è difficilmente identificabile in acquisizioni microscopiche che possono includere migliaia di cellule simultaneamente. Sotto la guida di Santiago Gonzalez, il recente studio condotto presso l'Istituto di Ricerche Biomediche di Bellinzona (IRB), affiliato all’USI, introduce ADeS, un approccio innovativo basato sull'intelligenza artificiale per la rilevazione automatica di cellule apoptotiche in acquisizioni microscopiche. ADeS non solo garantisce una quantificazione accurata della morte cellulare, ma riduce anche il tempo di elaborazione, fornendo risultati paragonabili a quelli di esperti in microscopia. Sviluppato dal Dott. Alain Pulfer e dal Dott. Diego Pizzagalli, ADeS è stato recentemente pubblicato nella rivista eLife, aprendo nuove vie nella ricerca sulla morte cellulare.

La microscopia in vivo ha rivoluzionato lo studio delle dinamiche cellulari in un contesto fisiologico. Tuttavia, la complessità dei dati generati ha limitato lo sviluppo di strumenti computazionali efficaci per identificare e quantificare i processi cellulari. Tra questi, l'apoptosi è una forma di morte cellulare programmata coinvolta nell'omeostasi dei tessuti e nella difesa dell'organismo. La microscopia in vivo ha consentito lo studio di tale fenomeno in tempo reale, migliorando la nostra comprensione della sua regolazione spazio-temporale. Nonostante ciò, al momento nessun metodo computazionale è in grado di fornire una rilevazione robusta dell'apoptosi nei filmati di microscopia.

Per superare questa limitazione, l'IRB ha sviluppato ADeS, un sistema di rilevamento apoptotico basato su deep learning e activity recognition. ADeS è stato addestrato a partire da set di dati contenenti più di 10.000 istanze apoptotiche, raccolte sia in vitro che in vivo, e ottenendo un'accuratezza classificativa superiore al 98%. ADeS è il primo metodo computazionale in grado di rilevare la posizione e la durata di molteplici eventi apoptotici, sorpassando le prestazioni di annotatori manuali nella stessa mansione. Inoltre, è stata dimostrata l'efficacia e la robustezza di ADeS in varie modalità di microscopia e tipologie cellulari. Infine, ADeS è stato impiegato per quantificare la sopravvivenza cellulare in vitro, e il danno tissutale in vivo, dimostrando la sua potenziale applicazione in esami di tossicità e cure terapeutiche. Pertanto, i risultati confermano che ADeS è uno strumento prezioso e in grado di caratterizzare la complessa regolazione spazio-temporale della morte cellulare.