Cuantificación de la organización del colágeno fibrilador con herramientas basadas en curvelet transform

Yuming Liu; Kevin W. Eliceiri

doi:10.3791/61931

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Artículo de método

Cuantificación de la organización del colágeno fibrilador con herramientas basadas en curvelet transform

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DOI:

10.3791/61931

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11 de noviembre de 2020

Yuming Liu¹ , Kevin W. Eliceiri¹^,²^,³

¹Laboratory for Optical and Computational Instrumentation, Center for Quantitative Cell Imaging, University of Wisconsin-Madison, ²Departments of Medical Physics and Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, ³Morgridge Institute for Research, Madison, Wisconsin, ⁴test, test

En este artículo

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para utilizar una herramienta de software MATLAB de código abierto basada en transformaciones curvas para cuantificar la organización del colágeno fibrilador en la matriz extracelular de los tejidos normales y enfermos. Esta herramienta se puede aplicar a imágenes con fibras de colágeno u otros tipos de estructuras similares a líneas.

Resumen

Los colágenos fibriladores son componentes prominentes de la matriz extracelular (ECM), y se ha demostrado que sus cambios en la topología se asocian con la progresión de una amplia gama de enfermedades, incluyendo cánceres de mama, ovario, riñón y páncreas. Las herramientas de software de cuantificación de fibra disponibles libremente se centran principalmente en el cálculo de la alineación u orientación de la fibra, y están sujetas a limitaciones tales como el requisito de pasos manuales, la imprecisión en la detección del borde de fibra en un fondo ruidoso, o la falta de caracterización de características localizadas. La herramienta de cuantificación de fibra de colágeno descrita en este protocolo se caracteriza por utilizar una representación óptima de imagen multiescala habilitada por transformación curva (TC). Este enfoque algorítmico permite la eliminación del ruido de las imágenes de colágeno fibrilador y la mejora de los bordes de fibra para proporcionar información de ubicación y orientación directamente desde una fibra, en lugar de utilizar la información indirecta en cuanto a píxeles o en la ventana obtenida de otras herramientas. Este marco basado en TC contiene dos paquetes separados, pero vinculados, denominados "CT-FIRE" y "CurveAlign" que pueden cuantificar la organización de fibra a nivel global, región de interés (ROI) o fibra individual. Este marco de cuantificación se ha desarrollado durante más de diez años y ahora se ha convertido en una plataforma integral de cuantificación de colágeno impulsada por el usuario. Con esta plataforma, se pueden medir hasta una treintena de características de fibra, incluyendo propiedades de fibra individuales como longitud, ángulo, anchura y recudimiento, así como mediciones a granel como densidad y alineación. Además, el usuario puede medir el ángulo de fibra en relación con los límites segmentados manual o automáticamente. Esta plataforma también proporciona varios módulos adicionales, incluidos los para el análisis de ROI, la creación automática de límites y el postprocesamiento. El uso de esta plataforma no requiere experiencia previa en programación o procesamiento de imágenes, y puede manejar grandes conjuntos de datos, incluyendo cientos o miles de imágenes, lo que permite una cuantificación eficiente de la organización de fibra de colágeno para aplicaciones biológicas o biomédicas.

Introducción

Los colágenos fibriladores son componentes estructurales prominentes del ECM. Su organización cambia la función del tejido de impacto y probablemente se asocian con la progresión de muchas enfermedades que van desde osteogénesis imperfecta^1,disfunción cardíaca^2,y cicatrización de heridas³ a diferentes tipos de cáncer incluyendo mama^4,^5,^6,ovario^7,^8,riñón^9,y cánceres de páncreas^10. Muchas modalidades d....