Dankzij de komst van superresolutiemicroscopen zo'n 30 jaar geleden, wetenschappers kunnen subcellulaire structuren observeren, eiwitten en levend weefsel met ongekende precisie. Deze microscopen werken door het meten van het fluorescerende licht dat sommige verbindingen van nature uitstralen of het licht dat wordt uitgestraald door kunstmatige fluoroforen, en door gebruik te maken van verschillende kwantumeigenschappen van de fluorofoor, kan een resolutie leveren die kleiner is dan die welke wordt opgelegd door de diffractielimiet. Een probleem is dat de beeldkwaliteit aanzienlijk varieert met het specifieke instrument dat wordt gebruikt en de instellingen ervan, zoals hoe krachtig de laser is en hoe de afzonderlijke componenten zijn uitgelijnd, evenals met de eigenschappen van het monster dat wordt bestudeerd.

Een team van wetenschappers van EPFL's Laboratory of Nanoscale Biology, onder leiding van Aleksandra Radenovic in de School of Engineering, heeft een algoritme ontwikkeld dat de resolutie van een microscoop in slechts enkele seconden kan schatten op basis van een enkel beeld. Het resultaat van het algoritme geeft aan hoe dicht een microscoop zijn volledige potentieel bereikt. Dit kan met name handig zijn voor de geautomatiseerde microscopen die in onderzoekslaboratoria zijn verschenen. De bevindingen van het team zijn zojuist gepubliceerd in Natuurmethoden .

Een enkele afbeelding

De wetenschappers gebruikten Fourier's transformatie als basis voor hun algoritme, maar ze hebben het aangepast om zoveel mogelijk informatie uit een enkele afbeelding te halen.

Het algoritme voert de berekening in slechts enkele seconden uit en genereert een enkel getal. "Onderzoekers kunnen dit aantal vergelijken met de maximaal mogelijke resolutie van de microscoop om te zien of het instrument nog beter kan werken of de experimentele omstandigheden aan te passen en te observeren hoe de resolutie evolueert", zegt Adrien Descloux, hoofdauteur van de studie.

Het algoritme kan worden gebruikt met elke vorm van beeldvorming, inclusief superresolutiemodellen. "Onze techniek is bijzonder veelbelovend voor de opkomende generatie geautomatiseerde microscopen, waar een computer al hun instellingen aanpast, ", zegt Radenovic. Het algoritme van haar lab is het eerste waarmee onderzoekers de resolutie van een microscoop kunnen schatten op basis van een enkele afbeelding. Voorheen waren er twee afbeeldingen nodig, en de resultaten waren onderhevig aan grote onzekerheid als de afbeeldingen niet correct waren voorbewerkt.

Zodat hun ontdekking op grote schaal kan worden gebruikt, het algoritme is beschikbaar gemaakt als een open source afbeeldingsplug-in. Onderzoekers kunnen de tool downloaden en direct de schatting van het algoritme verkrijgen, zodat ze kunnen zien hoe dicht hun microscoop werkt tot de maximale resolutie. "Ons algoritme is universeel. En omdat er maar één afbeelding nodig is, het is bijzonder geschikt voor snelle optimalisatie van beeldvormingsomstandigheden, wat een uitdaging is bij het observeren van dynamische processen. Ook, de methode kan worden toegepast in de beeldverwerking, als feedback voor optimalisatie van de geavanceerde beeldreconstructie-algoritmen, ’ besluit Descloux.