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En la Figura 1 se ofrece una descripción general del principio del dispositivo ImageStream. Produce múltiples imágenes de alta resolución de cada célula en flujo, incluyendo campo claro (BF), campo oscuro (DF o luz dispersada lateralmente) y canal de fluorescencia, como se ejemplifica en la Figura 2 con tres células diferentes marcadas con CNT. También se muestran las superposiciones de estos canales, que a primera vista ilustran la correlación.
Dado que todo el análisis de posprocesamiento se basa en imágenes celulares, la selección de las células enfocadas es crucial para el estudio (Figura 3). De hecho, la presencia de CNTs induce cambios tanto en el contraste como en el gradiente en comparación con las células no marcadas: las células enfocadas, que han internalizado una cantidad importante de CNTs, tienden a tener un gradiente rms bajo (que suele ser el único parámetro utilizado para la discriminación de las células enfocadas frente a las no enfocadas) pero también un contraste importante, lo que explica por qué un gráfico biparamétrico es esencial. En la Figura 3 se muestra la discriminación entre celdas desenfocadas (área amarilla) versus enfocadas (área azul).
Las CNT internalizadas por células se distinguen claramente, particularmente en BF que aparecen como manchas oscuras fuertemente absorbentes (ver el efecto de la concentración de etiquetado diversa, Figura 4). Además, se analizó la señal media de píxeles en BF, dando una cuantificación relativa de la absorción: los gráficos de la Figura 5 muestran su aumento significativo con la concentración de marcado CNT (resultados para alrededor de 7.000 células por condición experimental).
En segundo lugar, la cuantificación de CNTs también es posible mediante el uso de máscaras, aplicadas ya sea en un rango restringido de píxeles oscuros del BF o en el píxel de alta intensidad del DF (ver ejemplos en la Figura 6), correspondientes a los puntos resultantes de la presencia de CNTs. Por lo tanto, el trazado del área de estas máscaras permite resaltar y aumentar la absorción (ejemplificado en la Figura 7 con el área de la máscara en BF, seleccionando píxeles que van de 0 a 533).
Además, la correlación entre las manchas en BF y DF se puede evaluar trazando la intensidad de DF frente a la señal de píxel media de BF (como en la Figura 8) (análisis independiente de la máscara) o el área de la máscara en BF (Máscara 1) frente al área en DF (Máscara 2).
Con respecto al procedimiento creado para la localización de CNTs dentro de las células, la Figura 9A muestra las diferentes máscaras que se crearon. Tenga en cuenta que la solidez de las máscaras de localización (basada en la erosión de la máscara de celda predeterminada) debe comprobarse visualmente en una colección de celdas etiquetadas y sin etiquetar. Se utilizan las mismas mascarillas para todas las muestras.
El trazado del área total de manchas negras en la membrana celular frente a la de toda la célula proporciona una puntuación de internalización para las células que han sido incubadas durante 20 horas a 37 °C en comparación con la incubación de 2 horas a 4 °C (ver Figura 9B); indica que los CNT se localizan principalmente en la membrana a 4 °C, mientras que a 37 °C los CNT se internalizan en más del 90% de las células.
Por último, en lo que respecta a la fluorescencia, este parámetro no se utilizó como indicador para la cuantificación de CNTs debido a una correlación demasiado baja entre las manchas fluorescentes y las manchas en BF (y DF). De hecho, la correlación entre la intensidad del FITC y el píxel medio del campo claro indica un coeficiente de correlación de Pearson de -0,2. En la Figura 10 se ilustran dos casos en los que la señal de fluorescencia coincide correctamente o no con el punto negro de campo claro.

Figura 1. El sistema de imágenes multiespectrales adquiere hasta 12 imágenes/célula en tres modos diferentes: campo claro, campo oscuro y fluorescencia. La configuración consta de 5 láseres de excitación, incluidos 405, 488, 560 y 658 nm. La luz se recoge de las células que fluyen en la cubeta con diferentes lentes de objetivo (en este estudio, se utilizó la lente de objetivo de 40X) y se transmite al elemento de descomposición espectral, que consiste en un conjunto de filtros de paso largo en una matriz angular. La cámara CCD que recoge imágenes de células se utiliza mediante una técnica llamada integración de retardo de tiempo para evitar el rayado de la imagen. La profundidad de campo extendida (EDF) es una opción.

Figura 2. Galería de imágenes de células marcadas con nanotubos de carbono (50 μg/mL) capturadas por ImageStream a través de diversos canales (campo claro (BF), campo oscuro (DF), fluorescencia (FITC) y sus superposiciones). Los CNT confinados dentro de los lisosomas intracelulares aparecen como grandes manchas negras en imágenes de campo claro. Por el contrario, crean puntos brillantes en el campo oscuro y en las imágenes de fluorescencia.

Figura 3. Selección de celdas enfocadas. El diagrama de puntos bivariado que representa el gradiente de raíz cuadrática media (rms) frente al contraste en imágenes BF permite la exclusión de celdas desenfocadas. Aquí, el área amarilla representa las celdas desenfocadas, mientras que las celdas enfocadas se representan en azul. Las células desenfocadas se caracterizan por un bajo contraste y un bajo gradiente rms en la imagen de campo claro. Además del gradiente rms, la función de contraste es necesaria para discriminar las celdas enfocadas después de su etiquetado con CNT.

Figura 4. Absorción de CNTs dependiente de la dosis visualizada por ImageStream. El número y el área de manchas negras en las imágenes de campo claro aumentan con la dosis de CNT durante la incubación con células (que oscila entre 0 y 50 μg/ml). Tenga en cuenta que las celdas de control están desprovistas de puntos negros.

Figura 5: Cuantificación relativa de la absorción de CNT basada en las imágenes de campo claro. Los histogramas de la característica del píxel medio aplicada al "objeto" de la máscara con toda la celda muestran claramente un comportamiento dependiente de la dosis, que se puede utilizar para la cuantificación. El rango R9 encierra las celdas CNT positivas.

Figura 6: Creación de máscaras seleccionando puntos negros en BF y puntos brillantes en imágenes DF. Dado que los CNT aparecen como manchas oscuras fuertemente absorbentes en la imagen BF, se crea una máscara de umbral para seleccionar un rango restringido de píxeles con una intensidad baja comprendida entre 0-533 en este estudio (Máscara 1, notación: Intensidad(M01, BF, 0-533)). Por el contrario, se utiliza una máscara que se ajusta con los píxeles de alta intensidad (150-4095 en este caso) en la imagen DF (Máscara 2, notación: Intensidad (M06, DF, 150-4095)) para seleccionar el punto brillante en DF, correspondiente a las áreas de alta dispersión.

Figura 7. La absorción de CNTs dependiente de la dosis se demuestra mediante la cuantificación del área de la mancha negra en las imágenes de BF. Utilizando la máscara umbral (mascarilla 1) aplicada en BF, se puede cuantificar el área de puntos negros para cada célula, mostrando una distribución dependiente de la dosis.

Figura 8. Se correlacionan los métodos de cuantificación de CNT basados en imágenes BF (absorción) y DF (dispersión). A la izquierda, el píxel medio de la imagen BF frente a la intensidad en la imagen DF muestra una buena correlación para las células marcadas con CNTs (50 μg/ml) (coeficiente de correlación de Pearson r = -0,68). A la derecha, área de la mascarilla que se ajusta a las manchas oscuras en BF frente al área de la mascarilla que se ajusta a los puntos brillantes en DF para las células marcadas con CNT (50 μg/ml). El coeficiente de correlación de Pearson es r = -0,83.Se trazan los valores de 7.000 celdas.

Figura 9: Localización de CNT en células mediante mascarillas específicas. (A) Las máscaras se crean para adaptarse a una ubicación particular de la célula, es decir, de izquierda a derecha: toda la célula, solo la membrana y el interior de la célula. Otra máscara se adapta a los puntos negros gracias a un umbral de intensidad (Máscara 1, notación: Intensidad(M01, BF, 0-533))). (B) La evaluación de la localización de CNTs se puede obtener midiendo el área de puntos negros en diferentes localizaciones de las células utilizando las máscaras de localización descritas en A. La incubación con CNTs (50 μg/ml) se realizó tanto a 37 °C como a 4 °C para inhibir la vía de internalización. El gráfico que representa el área negra en la membrana frente al área negra en toda la célula muestra una absorción dependiente de la dosis de CNT en la membrana a 4 °C, mientras que la internalización completa de CNT es efectiva a 37 °C.

Figura 10. Colocalización de manchas negras inducidas por CNT en BF con manchas brillantes de fluorescencia en la imagen FITC. Los puntos brillantes de fluorescencia no siempre están colocalizados con los puntos negros de BF. Coinciden correctamente para las dos primeras celdas que se muestran, pero no para las dos últimas.