L’avenir du comptage cellulaire avec la microscopie holographique numérique

Le comptage cellulaire est l’une des tâches les plus fréquemment réalisées dans les flux de travail de biologie cellulaire, utilisé lors de la préparation des cellules pour la culture, le repiquage, la transfection, l’édition génique ou le développement de tests. Malgré cela, de nombreux laboratoires continuent de recourir au comptage manuel à l’aide d’hémocytomètres, une technique qui a peu évolué depuis plus d’un siècle. Bien que largement utilisée, le comptage manuel peut être chronophage, exigeant en main-d’œuvre et sensible aux variations d’un opérateur à l’autre, ce qui signifie que les résultats dépendent souvent du jugement individuel, en particulier lors de l’évaluation de la viabilité et de la morphologie cellulaires.

Les technologies alternatives offrent une meilleure précision et un meilleur débit, mais elles présentent aussi leurs propres limites. Par exemple, les systèmes de détection d’impulsions résistives peuvent traiter rapidement de grandes quantités de cellules, mais fournissent des informations limitées sur l’état de santé et la morphologie cellulaires. À l’inverse, bien que la cytométrie en flux fournisse des données très détaillées, elle nécessite souvent une expertise spécialisée, des investissements matériels importants et un espace de laboratoire dédié. Par conséquent, de nombreux chercheurs doivent faire un compromis entre simplicité, rapidité, précision et richesse des informations obtenues à partir de chaque mesure.

Le compteur cellulaire CytoDirect aide des laboratoires du monde entier à relever ces défis en combinant un comptage cellulaire automatisé avec une analyse morphologique avancée dans un format compact et facile à utiliser. La technologie de microscopie holographique numérique fonctionne en enregistrant un hologramme d’un échantillon à l’aide d’un système laser et caméra. Des algorithmes avancés reconstruisent ensuite ces informations afin de générer des images 3D détaillées et des informations sur les cellules individuelles et les populations cellulaires. Contrairement à de nombreuses méthodes traditionnelles, la microscopie holographique numérique est sans marquage et non destructive. Les cellules n’ont pas besoin d’être colorées, ce qui préserve les échantillons pour les applications en aval, réduit le temps de préparation et élimine les coûts liés aux réactifs.

La suppression de ces étapes de préparation permet d’accélérer les flux de travail et d’améliorer l’homogénéité, ce qui est essentiel pour les laboratoires très sollicités. Les mesures peuvent être réalisées en quelques secondes, permettant une prise de décision rapide sans préparation ni incubation prolongées. L’analyse automatisée élimine également une grande partie de la variabilité associée aux comptages manuels chronophages, contribuant ainsi à améliorer la reproductibilité entre utilisateurs et d’une expérience à l’autre. Le tout est en outre proposé dans un système compact, rendant cette technologie accessible dans un large éventail d’environnements de laboratoire, des structures de recherche universitaire aux laboratoires de développement biopharmaceutique.

L’holographie remonte aux années 1940, lorsque l’ingénieur et physicien Dennis Gabor a décrit pour la première fois la technique. Gabor a reçu le prix Nobel de physique en 1971 pour ce travail [1]. Gabor a ensuite appliqué l’holographie à la microscopie, afin d’améliorer le pouvoir de résolution des microscopes électroniques [2]. La microscopie holographique numérique s’appuie sur ce principe. Elle reconstruit des images d’échantillons à partir de motifs d’interférence plutôt que sur un film physique. L’apprentissage automatique prolonge aujourd’hui cette technique centenaire, et cette combinaison permet d’analyser des populations cellulaires entières en quelques secondes.

Des comptages bruts précis des cellules sont essentiels, mais la recherche moderne exige de plus en plus également des informations plus approfondies sur la santé et la qualité des cellules. Les cellules peuvent être classées manuellement à l’aide de techniques basées sur la microscopie, mais comme cela se fait à l’œil, cela introduit un biais intrinsèque lié à l’utilisateur, engendrant une variabilité. L’un des avantages les plus importants du compteur cellulaire CytoDirect réside dans sa capacité à classer objectivement les cellules et à évaluer leur viabilité, en minimisant les biais subjectifs. Cette technologie analyse de subtiles différences de morphologie cellulaire et d’indice de réfraction, distinguant les cellules vivantes des cellules mortes, tout en évitant les débris et les contaminants présents dans l’échantillon (Fig. 2).

Figure 2 : « carte de viabilité » fournie par le compteur cellulaire CytoDirect. Grâce à une analyse morphologique, l’appareil peut distinguer les cellules vivantes des cellules mortes et exclure les autres débris présents dans le milieu.

Les algorithmes d’apprentissage automatique améliorent cette capacité. Les modèles sont entraînés à l’aide d’importants jeux de données issus de la microscopie holographique numérique, afin de pouvoir classer automatiquement les cellules et générer des évaluations en temps réel de la santé de la population cellulaire. Cela permet aux chercheurs de visualiser la viabilité cellulaire sur l’ensemble d’un échantillon au moyen d’une carte de viabilité, et d’identifier les problèmes potentiels avant d’engager des expériences en aval coûteuses. La capacité de suivre les changements morphologiques est particulièrement précieuse lorsqu’on travaille avec des types cellulaires qui modifient leur apparence lors de l’activation ou de la différenciation, comme les lymphocytes T, ou lorsqu’on évalue les réponses cellulaires dans le cadre du criblage de médicaments et des études de toxicité. Plutôt que de se fier uniquement au nombre de cellules, les chercheurs peuvent prendre des décisions fondées sur une vision plus complète et guidée par les données de la qualité de l’échantillon.

La combinaison de la microscopie holographique numérique et de l’apprentissage automatique du compteur cellulaire CytoDirect représente une avancée significative dans l’analyse cellulaire. L’automatisation des mesures de routine et la fourniture d’informations plus approfondies sur la qualité des échantillons contribuent à réduire la variabilité, à renforcer la confiance dans les résultats expérimentaux et à prendre des décisions plus éclairées tout au long du processus de recherche.

À mesure que les exigences en matière de productivité, de reproductibilité et de qualité des données continuent d’augmenter, les technologies qui offrent à la fois efficacité et informations exploitables de cette manière joueront un rôle de plus en plus important dans la recherche moderne fondée sur les cellules.