Method Article

أتمتة مقايسة النواة الدقيقة باستخدام قياس التدفق الخلوي للتصوير والذكاء الاصطناعي

DOI:

10.3791/64549

⸱

January 27th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Amnis Flow Cytometry, Luminex Corporation

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اختبار النواة الدقيقة (MN) هو اختبار راسخ لقياس تلف الحمض النووي. ومع ذلك ، فإن تسجيل الفحص باستخدام التقنيات التقليدية مثل الفحص المجهري اليدوي أو تحليل الصور المستند إلى الميزات أمر شاق وصعب. تصف هذه الورقة منهجية تطوير نموذج ذكاء اصطناعي لتسجيل مقايسة MN باستخدام بيانات قياس التدفق الخلوي للتصوير.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم استخدام اختبار النواة الدقيقة (MN) في جميع أنحاء العالم من قبل الهيئات التنظيمية لتقييم المواد الكيميائية للسمية الجينية. يمكن إجراء الفحص بطريقتين: عن طريق تسجيل MN في الخلايا ثنائية النواة المقسمة مرة واحدة أو المسدودة بالسيتوكينات أو الخلايا أحادية النوى المقسمة بالكامل. تاريخيا ، كان الفحص المجهري الضوئي هو الطريقة القياسية الذهبية لتسجيل الفحص ، لكنه شاق وغير موضوعي. تم استخدام قياس التدفق الخلوي في السنوات الأخيرة لتسجيل الفحص ، ولكنه محدود بسبب عدم القدرة على تأكيد الجوانب الرئيسية للصور الخلوية بصريا. يجمع قياس التدفق الخلوي التصويري (IFC) بين التقاط الصور عالية الإنتاجية وتحليل الصور الآلي ، وقد تم تطبيقه بنجاح للحصول بسرعة على صور لجميع الأحداث الرئيسية وتسجيلها في اختبار MN. في الآونة الأخيرة ، ثبت أنه يمكن استخدام طرق الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي) القائمة على الشبكات العصبية التلافيفية لتسجيل بيانات مقايسة MN التي حصلت عليها مؤسسة التمويل الدولية. تصف هذه الورقة جميع خطوات استخدام الذكاء الاصطناعي البرنامج لإنشاء نموذج تعلم عميق لتسجيل جميع الأحداث الرئيسية وتطبيق هذا النموذج لتسجيل بيانات إضافية تلقائيا. تقارن نتائج نموذج التعلم العميق الذكاء الاصطناعي بشكل جيد بالفحص المجهري اليدوي ، وبالتالي تمكين التسجيل الآلي بالكامل لمقايسة MN من خلال الجمع بين مؤسسة التمويل الدولية و الذكاء الاصطناعي.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد فحص النواة الدقيقة (MN) أمرا أساسيا في علم السموم الوراثية لتقييم تلف الحمض النووي في تطوير مستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية والمواد الكيميائية للاستخدام البشري1،2،3،4. تتكون النوى الدقيقة من كروموسومات كاملة أو شظايا كروموسوم لا تندمج في النواة بعد الانقسام وتتكثف في أجسام دائرية صغيرة منفصلة عن النواة. وبالتالي ، يمكن استخدام MN كنقطة نهاية لتحديد تلف الحمض النووي في اختبار السمية الجينية1.

الطريقة المفضلة لقياس MN هي داخل الخلايا ثنائية النواة المقسمة مرة واحدة (BNCs) عن طريق ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الحصول على البيانات باستخدام قياس التدفق الخلوي للتصوير

ملاحظة: يرجى الرجوع إلى Rodrigues et al.16 مع التعديلات التالية، مع ملاحظة أن مناطق الاقتناء التي تستخدم مؤسسة التمويل الدولية قد تحتاج إلى تعديل من أجل التقاط الصور على النحو الأمثل:

  1. بالنسبة للطريقة غير Cyt-B ، قم بإجراء عدد الخلايا باستخدام عداد خلايا متاح تجاريا باتباع تعليمات الشركة المصنعة (انظر جدول المواد) على كل مزرعة مباشرة قبل الاستزراع وبعد فترة الاسترداد مباشرة.
  2. في حالة تشغيل عينات على مقياس تدفق تدفق التصوير بكاميرا واحدة ، ضع Brightfield (BF) في القناة 4. يست....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوضح الشكل 1 سير العمل لاستخدام برنامج الذكاء الاصطناعي لإنشاء نموذج لمقايسة MN. يقوم المستخدم بتحميل ملفات .daf المطلوبة في برنامج الذكاء الاصطناعي ، ثم يعين الكائنات إلى فئات نموذج الحقيقة الأرضية باستخدام المجموعة بمساعدة الذكاء الاصطناعي (الشكل 2) والتنبؤ (الشكل 3) خوارزميات وضع العلامات. بمجرد ملء جميع فئات نموذج الحقيقة الأرضية بكائنات كافية ، يمكن تدريب النموذج باستخدام خوارزميات RF أو CNN. بعد التدريب ، يمكن تقييم أداء النمو.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف العمل المقدم هنا استخدام خوارزميات التعلم العميق لأتمتة تسجيل مقايسة MN. أظهرت العديد من المنشورات الحديثة أن الأدوات البديهية والتفاعلية تسمح بإنشاء نماذج التعلم العميق لتحليل بيانات الصور دون الحاجة إلى معرفة حسابية متعمقة18,19. تم تصميم البروتوكول الموصوف في هذا العمل باستخدام حزمة برامج تعتمد على واجهة المستخدم للعمل بشكل جيد مع ملفات البيانات الكبيرة جدا والسماح بإنشاء نماذج التعلم العميق بسهولة. تتم مناقشة جميع الخطوات اللازمة لإنشاء وتدريب نماذج RF و C.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم توظيف المؤلفين من قبل شركة Luminex Corporation ، وهي شركة DiaSorin ، الشركة المصنعة لمقياس التدفق الخلوي للتصوير ImageStream وبرنامج Amnis الذكاء الاصطناعي المستخدم في هذا العمل.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
أنبوب الطرد المركزي 15 ملFalcon352096
Cleanser - Coulter Clenz Beckman Coulter8546931تعبئة الحاوية مع 200 مل من المنظف.  https://www.beckmancoulter.com/wsrportal/page/itemDetails?itemNumber=8546931#2/10//0/25/
1/0 / asc / 2/8546931 //0/1 //0 /
ColchicineMilliporeSigma64-86-8
Corning زجاجة أعلى الفراغ فلتر  MilliporeSigmaCLS4307690.22 & micro; مرشح م ، زجاجة 500 مل
Cytochalasin BMilliporeSigma14930-96-2زجاجة 5 مجم
Debubbler - 70٪ IsopropanolMilliporeSigma1.3704ملء الحاوية ب 200 مل من Debubbler.   http://www.emdmillipore.com/US/en/product/2-Propanol-70%25-%28V%2FV%29-0.1-%C2%B5m-filtred,MDA_CHEM-137040?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F
ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)MilliporeSigma67-68-5
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline 1XEMD MilliporeBSS-1006-BPBS Ca++< / sup>MG++< / sup> مجاني   ؛
مصل الأبقار الجنينيHyCloneSH30071.03
الفورمالديهايد ، 10٪ ، خالي من الميثانول ، Ultra PurePolysciences، Inc.04018هذا هو ما يستخدم للفورمالين 4٪ و 1٪. تنبيه: الفورمالين / الفورمالديهايد سام عن طريق الاستنشاق وفي حالة ابتلاعه. تهيج للعيون والجهاز التنفسي والجلد. قد يسبب التحسس عن طريق الاستنشاق أو ملامسة الجلد. خطر حدوث أضرار جسيمة للعيون. خطر السرطان المحتمل. http://www.polysciences.com/default/catalog-products/life-sciences/histology-microscopy/fixatives/formaldehydes/formaldehyde-10-methanol-free-pure/
محلل خلايا الجوافة موسىLuminex0500-3115تم استخدام محلل خلايا الجوافة موسى التكوين القياسي.
Hoechst 33342Thermo FisherH3570محلول 10 مجم / مل
MannitolMilliporeSigma69-65-8
MEM الأحماض الأمينية غير الأساسية 100XHyCloneSH30238.01
MIFC - ImageStreamX Mark IILuminex ، شركة DiaSorin100220تم استخدام كاميرا 2 ImageStreamX Mark II مع ليزر 405 نانومتر و 488 نانومتر و 642 نانومتر.
برنامج تحليل MIFC - IDEASLuminex ، شركة DiaSorin100220"برامج تحليل الصور"
البرنامج المصاحب لبرنامج MIFC (ImageStreamX MKII)
MIFC - INSPIRELuminex ، شركة DiaSorin100220"برنامج الحصول على الصور"
هذا هو البرنامج الذي يدير برنامج MIFC (ImageStreamX MKII)
Amnis الذكاء الاصطناعيLuminex ، وهي شركةDiaSorin100221"الذكاء الاصطناعي software"
هذا هو البرنامج الذي يسمح بإنشاء نماذج ذكاء اصطناعي لتحليل البيانات
Mitomycin CMilliporeSigma50-07-7
NEAA Mix 100xLonza BioWhittaker13-114E
محلول البنيكلين / الستربتومايسين / الجلوتامين 100XGibco15070063
كلوريد البوتاسيوم (KCl)MilliporeSigmaP9541
شطف - ماء عالي النقاء أو ماء منزوع الأيوناتNANA استخدم أي ماء عالي النقاء أو ماء منزوع الأيونات. املأ الحاوية ب 900 مل من الشطف.
RNaseMilliporeSigma9001-99-4
RPMI-1640 متوسط 1xHyCloneSH30027.01
غمد - PBSMilliporeSigmaBSS-1006-Bهذا هو نفس محلول ملحي Dulbecco Buffered Fossil 1x & nbsp ؛ Ca++MG++ مجانا.  املأ الحاوية ب 900 مل من الغمد.
معقم الماءالمعقم HyCloneSH30529.01
- 0.4٪ &ndash ؛ 0.7٪ هيبوكلوريتVWRJT9416-1هذا هو 10٪ مبيض كلوركس يمكن تصنيعه عن طريق التخلص من مبيض كلوركس بالماء. املأ الحاوية ب 200 مل من المعقم.
قارورة T25Falcon353109
قارورة T75Falcon353136
خلايا TK6MilliporeSigma95111735

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fenech, M., et al. HUMN project initiative and review of validation, quality control and prospects for further development of automated micronucleus assays using image cytometry systems. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 216 (5), 541-552 (2013).
  2. OECD. Test No. 487: In Vitro Mammalian Cel....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Micronucleus AssayImaging Flow CytometryArtificial IntelligenceConvolutional Neural NetworkGenetic ToxicityAutomated Image AnalysisDeep Learning ModelCell Morphology ClassificationGenotoxicity ScreeningMononucleated Cells

Related Articles