Presented es una herramienta computacional que permite la medición automática simple y directa de las orientaciones de las ramas dendríticas neuronales a partir de imágenes de fluorescencia 2D.
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Artículo de método
Identificación automática de ramas dendríticas y su orientación
En este artículo
Resumen
Resumen
La estructura de los árboles dendríticos neuronales juega un papel clave en la integración de las entradas sinápticas en las neuronas. Por lo tanto, la caracterización de la morfología de las dendritas es esencial para una mejor comprensión de la función neuronal. Sin embargo, la complejidad de los árboles dendríticos, tanto cuando están aislados como especialmente cuando se encuentran dentro de las redes neuronales, no se ha entendido completamente. Desarrollamos una nueva herramienta computacional, SOA (Segmentation and Orientation Analysis), que permite la medición automática de la orientación de ramas dendríticas a partir de imágenes de fluorescencia de cultivos neuronales 2D. SOA, escrito en Python, utiliza la segmentación para distinguir las ramas dendríticas del fondo de la imagen y acumula una base de datos sobre la dirección espacial de cada rama. La base de datos se utiliza para calcular parámetros morfológicos como la distribución direccional de las ramas dendríticas en una red y la prevalencia del crecimiento paralelo de ramas dendríticas. Los datos obtenidos pueden utilizarse para detectar cambios estructurales en las dendritas en respuesta a la actividad neuronal y a estímulos biológicos y farmacológicos.
Introducción
La morfogénesis dendrítica es un tema central en neurociencia, ya que la estructura del árbol dendrítico afecta a las propiedades computacionales de la integración sináptica en las neuronas1,2,3. Además, las anomalías morfológicas y las modificaciones en las ramas dendríticas están implicadas en trastornos degenerativos y del desarrollo neurológico4,5,6. En cultivos neuronales donde la ramificación dendrítica se puede visualizar más fácilmente, las interacciones entre ramas dendrític....
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Protocolo
NOTA: El Ministerio de Salud de Israel aprobó el uso de ratones bajo el protocolo IL-218-01-21 para el uso ético de animales de experimentación. SOA solo es compatible con Windows 10 y Python 3.9. Está disponible como código abierto: https://github.com/inbar2748/DendriteProject. En este enlace, también hay un README. DM que tiene instrucciones para descargar el software, un enlace al sitio web del software y un archivo de requisitos que contiene información sobre las versiones requeridas de todos los paquetes. También se han proporcionado ejemplos adicionales de análisis realizados con el software.
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Resultados
Se realizó un análisis representativo sobre imágenes de redes dendríticas en cultivo. Las células se extrajeron según lo descrito por Baranes et al. 16,17. Brevemente, las células del hipocampo se extrajeron de los cerebros de ratas postnatales y se cultivaron en fundas de vidrio 2D durante 1-2 semanas. Los cultivos se fijaron y se tiñeron a través de inmunofluorescencia indirecta utilizando un anticuerpo contra el marcador de proteína dendrítica, la pro.......
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Discusión
Se requieren urgentemente estrategias efectivas para extraer información morfológica de imágenes 2D para mantenerse al día con los datos de imágenes biológicas. Aunque los datos de imágenes se pueden generar en horas, el análisis en profundidad de las imágenes lleva mucho tiempo. Como resultado, el procesamiento de imágenes se ha convertido claramente en un obstáculo importante en muchos campos. Esto se debe en parte a la alta complejidad de los datos, especialmente cuando se trata de muestras biológicas. Además, como mu.......
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Divulgaciones
Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer al Dr. Orly Weiss por la preparación de las imágenes culturales.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Matplotlib | 2002 - 2012 John Hunter, Darren Dale, Eric Firing, Michael Droettboom y el equipo de desarrollo de Matplotlib; 2012 - 2021 El equipo de desarrollo de Matplotlib. | 3.4.2 | una biblioteca de trazado 2D |
| de Python matplotlib-scalebar | Philippe Pinard | 0.7.2 | artista para matplotlib para mostrar una barra |
| de escala NumPy | La comunidad de NumPy. | 1.20.3 | Paquete fundamental para la biblioteca de computación científica |
| OpenCV | Equipo OpenCV | 4.5.2.54 | Open Source Computer Vision Library |
| PyCharm | JetBrains | 2020.3.1 (Community Edition) versión | Build #PC-203.6682.86, construido el 18 de diciembre de 2020. Versión de ejecución: 11.0.9.1+11-b1145.37 amd64. VM: Máquina virtual de servidor OpenJDK de 64 bits de JetBrains s.r.o. Windows 10 10.0. Memoria: 978M, Cores: 4 |
| PyQt5 | Riverbank Computing | 5.15.4 | administrar la GUI |
| python | python Python Software Foundation | License 3.9 versión | |
| Qt Designer | The QT Company Ltd. | 5.11.1 versión | |
| scipy | Proyecto de biblioteca comunitaria | 1.6.3 | Ecosistema basado en Python de software de código abierto para matemáticas, ciencia e ingeniería |
| Seaborn | Michael Waskom. | 0.11.1 | Biblioteca de visualización de datos estadísticos de Python. |
| Windows 10 | Microsoft | ||
| Xlsxwriter | John McNamara | 1.4.3 | Módulo de Python para crear archivos Excel XLSX |
Referencias
- Ferrante, M., Migliore, M., Ascoli, G. Functional impact of dendritic branch-point morphology. Journal of Neuroscience. 33 (5), 2156-2165 (2013).
- Spruston, N. Pyramidal neurons: dendritic structure and synaptic integration. Nature Reviews Neuroscience.
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Reimpresiones y permisos
