方法文章

使用Tile/SED/Array界面在多重离子束成像显微镜上快速建立组织微阵列与拼接区域成像

DOI：

10.3791/65615

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2023年9月15日

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1Department of Pathology, Stanford University, 2Immunology Graduate Program, Stanford University

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

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多重离子束成像（MIBI）常用于成像组织微阵列以及拼接的连续组织区域，但目前用于设置此类实验的软件操作繁琐。拼接/SED/阵列界面是一种直观、交互式的图形化工具，旨在显著简化并加速MIBI实验的运行设置。

摘要

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多重离子束成像（Multiplexed ion beam imaging, MIBI）是一种基于质谱技术的下一代显微成像方法 可生成组织样本中40余种蛋白质表达的多重图像，实现对细胞表型及组织架构的精细解析。当前一个关键瓶颈在于 当用户选择组织上的物理位置进行成像时，操作即开始。随着MIBI实验在规模和复杂性上的增加，制造商提供的界面及第三方工具在处理大型组织微阵列和拼接组织区域成像时变得愈发笨拙。因此，开发了一种基于网页的、交互式的、所见即所得（WYSIWYG）图形界面层——拼接/SED/阵列界面（TSAI），使用户能够通过熟悉的直观鼠标操作（如拖放、点击拖动和多边形绘制）来设定成像位置。该界面依据现代网页浏览器中已内置的网页标准编写，无需安装任何外部程序、插件或编译器。对于目前全球数百名MIBI用户而言，该界面显著简化并加速了大规模、复杂MIBI实验的设置过程。

引言

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多重离子束成像（Multiplexed ion beam imaging, MIBI）是一种可在组织学组织切片上以高达250 nm分辨率同时成像40种以上蛋白质的技术1,2,3。在使用同位素纯的金属元素标记抗体对组织切片进行染色后，MIBI仪器通过二次离子质谱法同时定量组织上各个位点的所有同位素——从而反映40种以上抗原的表达水平。通过对数百万个位点组成的网格进行扫描，所获得的40重以上的蛋白表达图像能够在保留空间信息的前提下，实现细胞边界的界定和特定细胞类型的识别1,2,3,4。该技术已在约20个研究机构被数百名研究人员用于研究数十种组织类型的细胞组成、代谢特征和/或组织结构，相关研究涵盖肿瘤免疫应答、感染因子引发的组织炎症、痴呆的神经病理学以及妊娠期间的免疫耐受等课题5,6,7,

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方案

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1. TSAI 的加载

  1. 运行 TSAI，方法是打开 在MIBI用户控制计算机的网页浏览器中访问 https://tsai.stanford.edu/research/mibi_tsai。
    1. 此 TSAI 实例包含自定义预设，这些预设不适用于所有仪器。使用时，仅应根据生成的模板视野（FOV）构建图块 在步骤2.6中如下所述。TSAI在网页浏览器中本地运行，所有图像、.json文件或文件名数据均不会发送至服务器，也不会在服务器上存储。
  2. 或者，可在任意网站上使用自定义预设为任何仪器设置 TSAI。
    1. 访问 https://github.com/ag-tsai/mibi_tsai 并下载 mibi_tsai_standalone 目录。或者，下载 补充编码文件 1 .zip 文件并将其内容解压到名为 mibi_tsai_standalone 的目录中。
    2. 在任意文本编辑器中打开 mibi_tsai_standalone/_resources/index.js。
    3. 如有必要，在 index.js 中编辑视场大小（FOV size）、停留时间/时序选择（dwell time/timing choice）、光栅大小（raster size）、视场 JSON（FOV JSON）以及推荐的预设设置，....

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结果

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TSAI 提供了两种设置视野（FOV）的方法（图2）。一种仅使用光学图像（图2，TSAI，左分支），类似于其他现有方法。第二种方法——生成拼接的 SED 图像——是 TSAI 所独有的（图2，TSAI，右分支）。TSAI 可将 FOV 准确地绘制到该图像上，从而无需在制造商界面的 SED 模式下花费数小时手动微调 FOV 位置。然而，必须正确设置 SED 拼接的校正系数，否则最终的 FOV 位置可能不准确。

可通过检查大面积组织切片（至少1.5 cm大小）的拼接SED扫描图像来评估SED拼接系数（步骤4.1至4.11）。正确设置下的预期结果是相邻图块之间的组织错位极小的图像（图3A-B）。如果SED成像方块相对于载物台电机存在角度偏差，或步进电机校准不准确（例如，指令移动400 µm，实际移动了390 µm），则.......

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讨论

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多重离子束成像（MIBI）是一种强大的技术，可用于解析详细的细胞表型和组织形态结构5,6,7,8,9,10,11。目前针对MIBI的计算工作主要集中于成像后的数据处理，而在提升仪器软件在大组织微阵列（TMA）和拼接组织区域等常见应用中的可用性方面，进展甚少。随着MIBI实验在规模和复杂性上的不断增加，制造商提供的仪器界面及第三方工具在执行这些任务时已变得愈发笨拙12。因此，开发了拼接/SED/阵列界面（TSAI），使用户能够通过直观、可交互的图形界面快速定位大量视野（FOV）。

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披露

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作者声明无利益冲突。

致谢

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H. Piyadasa 获得加拿大卫生研究院（CIHR）博士后奖学金（MFE-176490）的支持。B. Oberlton 获得美国国家科学基金会（NSF）奖学金（2020298220）的支持。A. Tsai 获得达蒙·鲁尼恩癌症研究基金会（DRCRF）奖学金（DRG-118-16）、斯坦福大学病理学系、Annelies Gramberg 基金以及美国国立卫生研究院（NIH）1U54HL165445-01 项目的支持。特别致谢 Avery Lam 博士、Davide Franchina 博士和 Mako Goldston 在程序测试与调试过程中提供的帮助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
MIBI 计算机Ionpath
MIBIcontrol（软件）Ionpath
MIBIscopeIonpath多重离子束成像（MIBI）显微镜
MIBIslideIonpath567001MIBI 用导电载玻片
Tile/SED/Array Interface (TSAI)（软件）https://github.com/ag-tsai/mibi_tsai/

参考文献

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  1. Liu, C. C., et al. Multiplexed Ion Beam Imaging: Insights into Pathobiology. Annu Rev Pathol. 17, 403-423 (2022).
  2. Keren, L., et al. MIBI-TOF: A multiplexed imaging platform relates cellular phenotypes and tissue structure. Sci Adv.

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