$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Üç boyutlu (3D) organoid kültür, in vivo biyoloji 1,2'yi taklit ederek iki boyutlu (2D) hücre kültürüne göre üstün olduğu kanıtlanmıştır. Organoidler, etkili tedaviler için tarama ve hastalık ilerlemesi hakkında bilgi kazanmak için kanser araştırmalarında vazgeçilmez hale gelmiştir 3,4,5,6. Kanser biyolojisinde morfolojideki ayrımların hücrelerin ve dokuların belirgin biyolojik davranışlarıyla ilişkili olduğu iyi bilinse de, alan sınırlı kapsama sahip geleneksel şekil metriklerine dayanır. Bu çalışma, alan, hacim ve yüzey alanı gibi geleneksel yaklaşımları aşarak eşi benzeri görülmemiş bir hassasiyetle ince morfolojik özellikleri nesnel olarak niceleyen yeni bir uzamsal algoritmayı tanımlar.
Doğrusal sıkıştırılmış kutup koordinatları (LCPC) dönüşümü, doku histopatolojisinde gözlemlenen karmaşık morfolojileri objektif ve nicel olarak tanımlamak için icat edilmiştir ve kolonpoliplerinin derecelendirmesini artırmayı amaçlamaktadır 7. Bu yaklaşımı bipolar bozukluk ve Alzheimer hastalığı gibi beyin patolojilerinde makroskobik MR tabanlı mekansal özellikleri yakalamak için genişletme arzusu, bu yaklaşımı daha da güçlendiren iyileştirmelere yol açtı. Bu çalışma, LCPC dönüşümünün iki versiyonunun adım adım uygulanmasını ve en iyi uygulamalarını açıklar; paralel ızgara sistemi ve radyal ızgara sistemi; her ikisi de açık kaynak betikleri ve eğitim videolarına sahiptir.
Geleneksel geometrik yöntemlerin yanı sıra, hücrelerin ve organların karmaşık şekillerini ölçmek için etkili olan birçok soyutlama da mevcuttur. Bunlar arasında eksantriklik, eğrilik, kontrast ve kurtoz ölçümü ile dairesellik, asimetri, kenar düzensizliği ve küresel konturyapısı 8,9,10 yakalamak için Zernike anları yer alır. Fraktal analiz, karmaşık konturları skaler değerlere indirgemek için de faydalı olmuştur; örneğin Fraktal Boyut, konturun ne kadar düzensiz olduğunu ölçür ve boşluklar, konturda heterojen düzensizboşlukların nasıl göründüğünü ölçer; 11,12. Doku ölçümü için Gri Seviye Birlikte Oluş Matrisi (GLCM) yöntemi, kontrast, enerji, homojenlik, korelasyon ve entropi13,14 ölçümlerinde popülerdir. Tüm bu yöntemler faydalı olsa da, hiçbiri yerçekimi yönü, sol ve sağ elini veya şekil değişimini etkileyen merkezi destek yapısının konumu gibi mekansal bağlamı yakalamak için tasarlanmamıştır. Ayrıca, birçoğu mekânsal bilgiyi temsil etmek için tek bir skaler değer veya sadece birkaç skaler değer üretir; bu nedenle alıntılanan çalışmalar genellikle karmaşık şekilleri değerlendirmek için bunları birlikte kullanır.
LCPC dönüşümü, tek bir ölçümden birçok özellik üretecek ve şekle mekansal bağlamı kodlayan yerçekim yönü gibi mekansal işaretleyicilerin eklenmesine olanak tanıyacak şekilde tasarlandı. LCPCdönüşümü 7'ye en yakın yöntem,15'ten bir yıl sonra yayımlandı ve aynı temel fikri paylaşan başlangıç noktası olarak paylaşıldı: Fourier dönüşümünü hücre konturlarına uygulayarak şekli frekans spektrumu şeklinde ölçmek. Ancak, LCPC dönüşümü, ölçülen şeklin dışındaki mekansal bağlam bilgisiyle birlikte kullanılmak üzere tasarlanmış farklı ızgara sistemleri aracılığıyla bağımsız olarak geliştirilmiştir. Ayrıca, LCPC dönüşümünün mucidi bu el yazmasında ortaya çıkan frekans spektrumunun büyük miktarda gizli mekansal bilgi içerdiğini açıklar. Ek Dosya 1, kaynak gösterilen yöntemler kullanılırken sıklıkla göz ardı edilen biyolojiye uzamsal bağlamlar ve LCPC dönüşümünün bu bağlamı yakalamak için nasıl uygulanabileceği üzerine kapsamlı bir tartışma içerir. Şekil verileri kontrol ve deneysel gruplar arasında fark göstermeyen, gözlerinin şekillerde fark görüp görmediği ya da şekil verileri çok az fark gösteren okuyucular için, daha büyük bir fark olması gerektiğini düşünseler bile, LCPC dönüşümünü denemeleri gerekir.
LCPC dönüşümü, şekilleri birden fazla boyutta temsil ettiği için mekânsal bilginin ölçülmesinde eşi benzeri görülmemiş bir hassasiyet sağlar. Alan ve hacim gibi geleneksel yöntemlerin aksine, her şekil için yalnızca bir skaler değer verir (yani 25 cm2), LCPC dönüşümünün sonuçları birden fazla indeks verebilir ve her biri şeklin farklı morfolojik yönleriyle (örneğin, köşelerin yuvarlaklığı ve keskinliği, kenarların pürüzsüzlüğü vs. keskinliği) ilişkilidir. LCPC dönüşümü, konturunu kesişen düz çizgilerden oluşan bir ızgara üzerine bindirerek 2D bir şekli tanımlar. Her ızgara sisteminin doğrusal mesafeyi ölçmek için bir orijin (Şekil 1) veya bir temel çizgisi (Şekil 2) vardır. Algoritmayı tanımlayan basitleştirilmiş akış şemaları için Şekil 1B ve 2B'ye bakınız. Şebekâr çizgileri ile şeklin konturu arasındaki her kesişim noktası tespit edilir. Her kesişimin mesafesi daha sonra bir baz çizgisine veya başlangıç çizgisine göre hesaplanır. Bu şekilde, LCPC dönüşümü 2B şekilleri ardışık x-y koordinat çiftlerine dönüştürür. x-koordinatı ızgara çizgisinin sıfırdan sonsuza konumunu gösterirken, y-koordinatı kesişimin temel çizgiye veya orijina olan mesafesini temsil eder. Bu formda, yani ayrık bir sinüzoid dalga olan bu şekilde, Hızlı Fourier dönüşümü (FFT) uygulanarak veri "konum alanından" frekans alanına dönüştürülür. Eğer x-koordinatı zamanı temsil ediyorsa, "konum alanı" FFT'nin standart uygulamalarında "zaman alanı" ile eşdeğer olurdu.
Radyal ızgara sistemi, radyal ızgaranın başlangıcından her kesişimin mesafesini ölçerken, paralel ızgara sistemi her zaman kesişim mesafesini şeklin solundaki hayali bir çizgiye referans olarak ölçer (Şekil 2A). Açık kaynak betik, bu hayali çizginin konumunu konturun en soldaki pikselini bulup ardından bu konumun 10 pikselini sola hareket ettirerek belirler. Burada, bu konumun x-koordinatı tüm kesişimlerin hesaplandığı referans çizgisi olur. Bu 10 piksel kuralı keyfidir, ancak bu yüzden paralel ızgara sistemi için açık kaynak betikiyle analiz edilen tüm konturların dört tarafında en az 15 piksel beyaz alan olması gerekir.
Katlı veya birden fazla katmanlı 2B şekillerde, ızgara çizgileri konturu birden fazla kez kesişebilir. Bu durumda, bir ızgara çizgisi boyunca tüm kesişimlerin mesafeleri tek bir değere toplanır. Bu nedenle, her ızgara çizgisinin yalnızca bir x koordinatı ve bir y-koordinatı vardır. Bu özet, LCPC dönüşümü adında "sıkıştırılmış" terimiyle temsil edilir. Doğrusal olmayan bir 2B şeklin ayrık sinüzoid dalgaya dönüştürülmesi, algoritmanın adında "linearized" terimiyle temsil edilir. Son olarak, algoritmanın adında "kutup koordinatları" terimi yer alır çünkü ilk kavramsallaştırılan ızgara sistemi, kutupkoordinatları 7'den oluşan 180 derecelik radyal bir ızgaradır. Polar ve Kartezyen koordinatların birbirinin yerine geçebileceği fark edildikten sonra bile, algoritmanın adı olduğu gibi kaldı. Teşekkürler bölümü, LCPC dönüşümünün icat edilmesini ve geliştirilmesini motive eden kişisel nedenleri açıklar.
Protokol 1, Şekil 3B'de gösterilen verilerin elde edilmesi için kullanılan dizidirken, Protokol 2 ise Şekil 3C–D'de gösterilen verilerin elde edilmesi için kullanılan dizidir. Bu protokollerdeki adımlar, GitHub deposunda bulunan "Pre-Processing-Tools-for-LCPC-Transform"16'da bulunan bireysel Python betiklerinde uygulanmıştır. Protokol 1, LCPC dönüşümü için "saf şekil" türetilmesi için yapılan ön işlem adımlarına bir örnektir. Protokol 2, şekilleri "ölçekte" ölçmek için ön işleme adımlarına örnektir; yani birbirlerine göre orijinal ölçeklerinde.
Segmentasyon, Mac'in Preview veya Microsoft'un Paint gibi görüntü işleme yazılımlarında manuel olarak veya eşik tabanlı yöntemlerle yapılabilir. Manuel olarak yapılırsa, aşağıdaki dört renkten biri seçilmelidir: mavi, yeşil, pembe/magenta veya kırmızı. "Pre-Processing-Tools-for-LCPC-Transform"16 adlı GitHub deposunda "color extraction scripts" adlı bir klasör bulunur. Bu klasörde, bahsedilen dört rengi çıkaran ve beyaz zeminde mavi maskelere dönüştüren dört Jupyter Notebook dosyası içerir. Bu işlem, Fiji/ImageJ gibi bir görüntü işleme yazılımında kontur renginin eşik olarak belirlenmesiyle de gerçekleştirilebilir. Sınırları birbirine değen veya üst üste binen kenarları olan konturlar içeren görüntüler için (örneğin, Venn diyagramı), görüntü işleme yazılımı kullanılarak ayrılmaları gerekir; böylece birden fazla organoid kontur içeren bileşik maske görüntüsünde bağımsız nesneler haline gelirler. Bu, sadece bir organoid veya birbirine dokunmayan birden fazla organoid içeren görüntüler için geçerli değildir.