$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wpływ standaryzowanego przygotowania na jakość obrazowania
Parametry płytki skonfigurowano w taki sposób, aby instrument mógł niezawodnie zlokalizować warstwę obrazu komórek. Próbki przygotowane jako pojedyncza warstwa komórek o umiarkowanej konfluencji ułatwiły ustawienie ostrości obrazu przy różnych powiększeniach obiektywu oraz poprawiły rozpoznawanie obrazów i analizę ilościową. Standaryzacja przygotowania próbek oraz zoptymalizowane parametry płytki skutecznie zminimalizowały efekty brzegowe, nakładanie się komórek oraz inne czynniki wpływające na niską jakość obrazowania (Rycina 1).
Porównanie funkcji metody obliczania obrazu
Do rozróżnienia komórek żywych i martwych zastosowano metodę podwójnego barwienia PI/Hoechst 33342. Metody Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead oraz CME skutecznie przetworzyły te obrazy, identyfikując obiekty na podstawie intensywności fluorescencji i rozmiaru obiektów, podczas gdy program ImageJ identyfikował obiekty na podstawie wartości skali szarości. Wyniki znakowania otrzymane za pomocą tych metod były w целом porównywalne (Rysunek 3A–E).
Metoda wielodługościowego zliczania komórek wymaga barwienia jąder w celu zidentyfikowania wszystkich komórek (Rysunek 4A). Pozwala ona na przetwarzanie do 7 kanałów obrazowania i obliczanie parametrów, takich jak liczba komórek, powierzchnia oraz gęstość optyczna.
Metoda Live-Dead okazała się bardziej elastyczna niż metoda Multi-Wavelength Cell Scoring. Oba kanały oferują moduły do barwienia jąder komórkowych, barwienia cytoplazmy lub łączonego barwienia jądrowo-cytoplazmatycznego w celu identyfikacji wszystkich komórek, komórek żywych lub komórek martwych. Funkcja Split touching objects rozdziela nakładające się obiekty, co umożliwia obliczenie liczby komórek, ich powierzchni oraz gęstości optycznej. Ponieważ jednak przetwarzała ona wyłącznie dane dwukanałowe, była ona szczególnie odpowiednia dla testów żywotności komórek barwionych podwójnie PI/Hoechst 33342 (Rysunek 4B).
Metoda CME opierała się na zdefiniowanej przez użytkownika logice przetwarzania obrazu. Liczba przetworzonych kanałów odpowiadała liczbie kanałów akwizycji. Wyniki rozpoznawania były doprecyzowane przy użyciu funkcji takich jak Fill Holes, Invert Objects, Grow Objects, Shrink Objects, Logical Operations, Remove Border Objects, Keep Marked Objects, Grow Objects without Touching, Mark Object Centers, Watershed, Remove Marked Objects oraz Filter Mask w celu wyeliminowania zanieczyszczeń i innych źródeł zakłóceń. Metoda ta umożliwiała również obliczenie wielu parametrów obiektów do analizy wielowymiarowej.
Program ImageJ nie przetwarzał wielu kanałów jednocześnie. W przypadku serii obrazów z istotnymi różnicami w tle konieczne było ręczne przetwarzanie i dostosowanie progu odcięcia, co zwiększało subiektywizm i ograniczało powtarzalność wyników.
Analiza różnic w wynikach przetwarzania
Analiza porównawcza metod przetwarzania obrazów nie wykazała istotnych różnic w całkowitej liczbie komórek, liczbie martwych komórek ani stosunku komórek martwych do wszystkich komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME, ImageJ a tradycyjnym ręcznym liczeniem w 9 polach widzenia (Rysunek 5A–C, Plik uzupełniający 1).
Podobnie, nie zaobserwowano istotnych różnic w stosunku powierzchni martwych komórek do całkowitej powierzchni komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME oraz ImageJ. Odnotowano jednak istotną różnicę w stosunku średniej intensywności fluorescencji komórek martwych do intensywności wszystkich komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead i CME, w oparciu o dane uzyskane z 81 pól widzenia (Rysunek 5D–F).
Na podstawie tych wyników opracowano ustandaryzowany schemat pracy dla systemu obrazowania wysokotreściowego (Rycina 6).

Rycina 1: Wyniki obrazowania o niskiej jakości. (A) Pole widzenia znajduje się blisko krawędzi studzienki, co powoduje widoczność cieni rzucanych przez krawędź studzienki (w tym przypadku komórki BV2). (B) Strzałki a i b wskazują nakładanie się komórek w kanale DAPI i kanale TL, przy nadmiernej konfluencji komórek, a nawet obecności drugiej warstwy lub komórek pływających. (C) Pole widzenia nie zawiera komórek; parametry płytki są nieprawidłowe; ostrość nie jest ustawiona na warstwę komórkową lub komórki nie są zabarwione, w wyniku czego w tym polu widzenia nie uzyskano obrazu. Pasek skali = 100 µm. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Ustawienia parametrów obrazowania. (A) Strzałka a wskazuje ikonę głębokości bitowej. (B) Strzałka b wskazuje pozycję Korekcji Cieniowania (Shading Correction). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Wyniki dla tego samego pola widzenia zidentyfikowane za pomocą kilku metod. (A) Wyniki maski Multi-Wavelength Cell Scoring: obszary szare i czerwone reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar czerwony reprezentuje jądra martwych komórek zidentyfikowane w kanale Cy3. (B) Wyniki maski Live-Dead: obszary zielone i czerwone reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar czerwony odpowiada jądrom martwych komórek zidentyfikowanym w kanale Cy3. (C) Wynik maski CME: obszary żółte i niebieskie reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar niebieski odpowiada jądrom martwych komórek zidentyfikowanym w kanale Cy3. (D) Wynik maski ImageJ w kanale DAPI. (E) Wynik maski ImageJ w kanale Cy3. Pasek skali = 100 µm. Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rycina 4: Strony z częściowymi ustawieniami parametrów. (A) Miejsce wskazane przez a pokazuje, że pierwszy kanał funkcji Multi-Wavelength Cell Scoring umożliwia wybór wyłącznie jądra komórkowego; (B) b i c wskazują, że funkcja Live-Dead może przetwarzać tylko dwa kanały, obsługując podwójne barwienie PI/Hoechst 33342 dla komórek martwych i żywych. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5: Różnice w wynikach przetwarzania obrazów fluorescencyjnych. (A) Różnice w całkowitej liczbie komórek pomiędzy pięcioma metodami przetwarzania. (B) Różnice w liczbie martwych komórek pomiędzy pięcioma metodami przetwarzania. (C) Różnice w stosunku martwych komórek do wszystkich komórek pomiędzy pięcioma metodami przetwarzania. (D) Różnice w stosunku martwych komórek do wszystkich komórek pomiędzy czterema metodami przetwarzania. (E) Różnice w stosunku powierzchni martwych komórek do całkowitej powierzchni wszystkich komórek pomiędzy czterema metodami przetwarzania. (F) Różnice w stosunku średniej intensywności fluorescencji martwych komórek do średniej intensywności wszystkich komórek w czterech metodach przetwarzania. Wszystkie słupki błędów na wykresach reprezentują odchylenia standardowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 6: Standaryzowany proces operacyjny.Schemat podsumowujący standaryzowaną procedurę przygotowania próbek, barwienia fluorescencyjnego, obrazowania wysokotreściowego, przetwarzania obrazów, eksportu obrazów oraz analizy danych. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Plik uzupełniający 1. Surowe dane dla analizy liczby komórek, powierzchni i intensywności fluorescencji przedstawione na Rysunku 5. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.