Aquí, presentamos un protocolo semiautomatizado para identificar y cuantificar células inmunes y no inmunes en secciones de piel utilizando SCAnED, una macro gratuita basada en ImageJ para la segmentación de la piel.
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Aquí, presentamos un protocolo semiautomatizado para identificar y cuantificar células inmunes y no inmunes en secciones de piel utilizando SCAnED, una macro gratuita basada en ImageJ para la segmentación de la piel.
La distribución espacial de las células inmunitarias y no inmunitarias dentro de los tejidos y la expresión de marcadores específicos de células proporciona información esencial sobre la función celular in situ. La piel humana es un órgano altamente complejo con compartimentos definidos que comprenden diferentes células con diversos fenotipos. Mediante el uso de etiquetado de fluorescencia múltiple, se pueden determinar y caracterizar aún más distintas poblaciones de células de la piel. Sin embargo, actualmente, la disponibilidad de herramientas no comerciales para el análisis de imágenes de muestras de piel que permiten la segmentación in silico de células específicamente dentro de la epidermis o la dermis a una resolución unicelular es limitada. Aquí proporcionamos un protocolo paso a paso para la tinción de inmunofluorescencia de secciones de piel, microscopía confocal y análisis de imágenes utilizando nuestra herramienta disponible gratuitamente SCAnED (Skin C ompartment Analysis of Epidermis and Dermis). El macro SCAnED permite la identificación y clasificación precisas de células y núcleos en los compartimentos epidérmicos y dérmicos de la piel humana. Proporcionamos pautas sobre cómo determinar los niveles de intensidad promedio de la expresión de maker en diferentes células y compartimentos celulares, como el citoplasma y el núcleo, y cómo cuantificar las células que expresan cantidades variables de estos marcadores con una canalización de Python adjunta proporcionada como un cuaderno de Jupyter listo para usar ejecutado en Google Colab. Este protocolo permitirá a los usuarios sin experiencia determinar los perfiles de expresión específicos de las células dentro del tejido cutáneo y proporcionar información sobre la distribución espacial de las células dentro de los compartimentos epidérmicos y dérmicos, lo que permitirá una comprensión más profunda de la intrincada estructura tisular y la composición celular de la piel humana.
Comprender los tejidos de la piel a nivel celular y discernir los fenotipos celulares, la morfología y su localización dentro de los compartimentos epidérmico y dérmico son fundamentales en la investigación dermatológica y la histopatología 1,2. La composición celular dentro de la epidermis, que abarca queratinocitos, melanocitos y células de Langerhans en condiciones saludables, se desequilibra enormemente en las enfermedades inflamatorias de la piel y el cáncer. Además, el fenotipo y la localización de las células dentro de la dermis, situadas debajo de la epidermis y que albergan fibroblastos y la mayoría de las células inmunitarias, pueden cambiar significativamente en la enfermedad. Por lo tanto, la segmentación celular y de los núcleos es imperativa para evaluar los atributos celulares, como el número de células, la expresión de proteínas, la morfología y la organización espacial, y las características del núcleo, como el tamaño, la forma y la expresión del factor de transcripción, lo que ayuda a comprender la homeostasis y las enfermedades de la piel 3,4,5.
A pesar de la disponibilidad de plataformas de análisis de imágenes de uso general como QuPath6, CellProfiler7 e ilastik8, estas herramientas a menudo requieren una amplia personalización y secuencias de comandos para adaptarse a la complejidad estructural y la morfología celular heterogénea del tejido cutáneo. Pocas herramientas se han diseñado específicamente para la segmentación automatizada de los compartimentos epidérmicos y dérmicos, y muchas soluciones disponibles son comerciales y no son de libre acceso. Estas limitaciones dificultan que los no expertos implementen canalizaciones eficientes para el análisis específico de la piel.
Aquí, presentamos un protocolo completo para el análisis de células y núcleos dentro del tejido de la piel y sus compartimentos, que cubre todos los pasos vitales, desde la tinción de tejidos hasta el análisis de imágenes, utilizando nuestra línea de análisis de imágenes semiautomatizada. Comenzamos con información detallada sobre la tinción de inmunofluorescencia del tejido cutáneo, incluida la tinción con E-cadherina para la segmentación de la epidermis/dermis y 4′,6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) para la detección de células/núcleos. Se incluyeron dos marcadores de interés, Vimentin (VIM) y CD90, para fines de validación. Recomendamos usar anticuerpos en concentraciones optimizadas (ver Tabla 1) y capturar imágenes usando microscopía confocal con configuraciones consistentes para la intensidad del láser, el tiempo de exposición y la resolución para garantizar la reproducibilidad.
Además, presentamos nuestro macro SCAnED ImageJ9 diseñado a medida, que significa Skin Compartment Analysis de Epidermis y Dermis, y proporcionamos todos los pasos necesarios para la segmentación in silico y la detección de núcleos y células tanto dentro de la epidermis como en la dermis. Los usuarios pueden elegir entre dos métodos diferentes de detección de núcleos, ya sea utilizando umbrales simples y rápidos o la herramienta de aprendizaje profundo StarDist10 y nuestro modelo de piel entrenado, antes de continuar con el protocolo SCAnED. A diferencia de las herramientas generales, SCAnED se desarrolló específicamente para la histología de la piel y las supera al permitir la compartimentación automática de las regiones epidérmicas y dérmicas y la cuantificación integrada de múltiples marcadores en ambas regiones. Esto es particularmente útil para los investigadores que carecen de experiencia en programación o aprendizaje profundo, ya que ofrece una herramienta lista para usar diseñada para el análisis de imágenes de la piel.
Además, mostramos cómo se extraen los niveles medios de intensidad por célula a partir de imágenes de inmunofluorescencia de hasta cinco marcadores distintos de interés. Finalmente, proporcionamos un código Python para el análisis estadístico de los datos unicelulares obtenidos escritos y ejecutados en Google Colab11 y compartidos como un cuaderno de Jupyter. Nuestro protocolo y la macro SCAnED tienen como objetivo proporcionar a los investigadores de la piel sin experiencia avanzada en inmunofluorescencia e informática una herramienta práctica para etiquetar y cuantificar de forma semiautomática las células y la expresión de marcadores en la piel humana, centrándose en los compartimentos epidérmicos y dérmicos.
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1. Marcaje de inmunofluorescencia de E-cadherina, VIM y CD90 y tinción nuclear con DAPI en secciones de piel incluidas en parafina
NOTA: El protocolo muestra los pasos para las secciones incluidas en parafina. Para muestras de tejido fresco y congelado, fije las secciones de tejido y continúe con el paso 1.3 del protocolo.
| Anticuerpos y colorante | Concentración de trabajo | Dilución |
| anticuerpo anti-vimentina | 0,8 μg/ml | 1:50 |
| anticuerpo anti-E-cadherina | 1 μg/ml | 1:333 |
| anticuerpo anti-CD90 | 1:1000 | |
| AF488 anti-ratón | 1:500 | |
| AF568 anti-conejo | 1:500 | |
| AF647 anti-ratón | 1:500 | |
| DAPI | 1 μg/ml |
Tabla 1: Anticuerpos y colorante.
| 1. Tampón de tinción | ||
| Reactivo | Concentración final | Importe |
| BSA | 2% | 1 gramo |
| PBS | 1x | 50 ml |
| Total | N/A | 50 ml |
| 2. Tampón de permeabilización | ||
| Reactivo | Concentración final | Importe |
| Tritón X | 0.30% | 300 μL |
| PBS | 1x | 100 ml |
| Total | N/A | 100 ml |
Tabla 2: Recetas para soluciones.
2. Imágenes confocales
NOTA: Para este protocolo, se utilizó un microscopio de barrido láser confocal, equipado con un objetivo de 10x (NA 0,4) y 4 líneas láser (405 nm, 488 nm, 561 nm, 640 nm).

Figura 1: Tinción de inmunofluorescencia de la sección de piel. DAPI: marca núcleos, CD90: marcador de fibroblastos, E-cadherina: se usa para marcar la epidermis, VIM: células que expresan VIM, Fusión: Fusión de tinción DAPI (magenta), CD90 (azul), E-cadherina (amarillo) y VIM (verde). Barras de escala = 100 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Análisis de imágenes utilizando la macro SCAnED (Archivo complementario 1, Vídeo complementario S1 y Vídeo complementario S2)

Figura 2: Análisis y separación de núcleos específicos de canal en núcleos epidérmicos y dérmicos. La tinción de inmunofluorescencia de DAPI demuestra la morfología y la distribución espacial de los núcleos en toda la piel (imagen de la izquierda). Representación del canal de núcleos de núcleos epidérmicos teñidos con DAPI, lo que proporciona información sobre la distribución de los núcleos dentro del compartimento epidérmico (imagen central). Representación del canal de núcleos de núcleos dérmicos teñidos con DAPI, que ofrece visualización de la distribución de los núcleos dentro del compartimento dérmico (imagen derecha). Barras de escala = 100 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Utilización de la opción "StarDist". Captura de pantalla que resalta la ubicación de la opción "StarDist 2D" dentro del menú/Plugins/StarDist/StarDist 2D. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Instrucciones para usar el modelo de detección de núcleos. Descargue el archivo "nuclei_detection_model.zip" y proporcione su ruta de acceso en la sección Examinar . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Configuración de los ajustes de medición. (A) Captura de pantalla que resalta la ubicación de la opción Establecer medidas dentro del menú, lo que permite la personalización de los parámetros de medición para su posterior análisis. (B) Cuadro Establecer medidas que muestra la interfaz para ajustar la configuración de medición, lo que permite a los usuarios especificar parámetros para la recopilación y el análisis de datos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Vista ampliada de una región específica. (A) Fusión de tinción DAPI (magenta) y VIM (verde). (B) Vista ampliada de una región específica desde A, que proporciona una visualización detallada de la expresión de VIM dentro del tejido de la piel. Tenga en cuenta la diferente morfología de los núcleos dentro de la epidermis y la dermis. Barras de escala = 100 μm (A), 20 μm (B). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Segmentación SCAnED en epidermis y dermis para núcleos y células mediante el uso de umbral. (A) Imagen completa: Fusión de tinción DAPI (magenta) y VIM (verde). Parte superior: (B) Fusión de núcleos epidérmicos teñidos con DAPI y VIM después de la separación. (C) Máscara de núcleos epidérmicos mediante el uso de umbral. (D) Segmentación de núcleos epidérmicos superpuestos a la fusión de DAPI y VIM, lo que ayuda en la visualización de la distribución de núcleos dentro del compartimento epidérmico. (E) Segmentación celular de núcleos epidérmicos superpuestos a la fusión de DAPI y VIM, lo que ayuda en la visualización de la distribución de núcleos dentro del compartimento epidérmico mediante el uso de umbral y dilatación, ya que muestra que la región de selección es más grande que los núcleos. Parte inferior: (F) Fusión de núcleos dérmicos teñidos con DAPI y VIM después de la separación. (G) Máscara de núcleos dérmicos mediante el uso de umbral. (H) Segmentación de núcleos dérmicos superpuestos a la fusión de DAPI y VIM, lo que ayuda en la visualización de la distribución de núcleos dentro del compartimento dérmico. (I) Segmentación celular de núcleos dérmicos superpuestos a la fusión de DAPI y VIM, lo que ayuda en la visualización de la distribución de núcleos dentro del compartimento dérmico. Barras de escala = 20 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4. Clasificación y visualización de datos extraídos de una sola célula (Video complementario S3)
NOTA: Cada marcador de inmunofluorescencia genera dos archivos CSV: uno para el compartimento epidérmico y otro para el compartimento dérmico.

Figura 8: Histograma de superposición que compara la intensidad media de las células positivas para VIM. Superposición de histograma que compara la intensidad media de las células VIM en muestras sanas (H) en azul y muestras de psoriasis (P) en naranja dentro de la dermis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 9: Señales dobles positivas en un diagrama de puntos. Una demostración del diagrama de puntos de doble tinción que puede ayudar a una mejor visualización de poblaciones positivas simples, dobles positivas y dobles negativas. Este ejemplo muestra la doble tinción de CD90 y VIM en la dermis de (A) piel sana y (B) psoriasis, y en la epidermis de (C) muestras de piel sana y (D) psoriasis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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En un estudio anterior, utilizamos con éxito SCAnED para detectar y cuantificar células y niveles de expresión de lisil oxidasa (LOX), una proteína citoplasmática, y el factor de transcripción factor 1 inducible por hipoxia (HIF-1) en células dentro de la dermis de la piel humana12 , destacando la aplicabilidad de esta herramienta para la investigación de la piel.
Para evaluar aún más la precisión de nuestra macro segmentación de la piel en la identificación de células ...
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El protocolo SCAnED es un método semiautomatizado para el análisis de compartimentos específicos de células inmunes y no inmunes en tejido de piel humana. El flujo de trabajo integra un protocolo de tinción basado en E-cadherina para permitir la segmentación de la epidermis y la dermis, la detección de núcleos y células basada en DAPI, seguida de la cuantificación de la expresión de marcadores en núcleos y células utilizando nuestra macro basada en ImageJ. Además, guiamos a los usuarios ...
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Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.
El desarrollo de esta línea de análisis de imágenes fue financiado por el Land Niederösterreich como parte del Grupo de Investigación de la Alergia del Danubio y por el Fellinger Krebsforschung.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 0,3% Triton X | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| BSA (albúmina sérica bovina) | Sigma Aldrich | ||
| CD90 | Señalización celular | D3V8A | |
| DAPI | Roche | 10236276001 | |
| Agua desionizada | |||
| E-cadherina | Abcam | ab1416 | |
| Medio de montaje por fluorescencia | Dako | S3023 | |
| Anticuerpo secundario anti-ratón IgG1 adsorbido cruzadamente, Alexa Fluor 488 (AF 488 anti-ratón) | Thermo Fisher Scientific | A-21121 | |
| Anticuerpo secundario anti-ratón IgG2a adsorbido cruzadamente, Alexa Fluor 647 (AF 647 anti-ratón) | Thermo Fisher Scientific | A-21241 | |
| Anticuerpo secundario adsorbido cruzado anti-conejo IgG (H+L), Alexa Fluor 568 (AF 568 anti-conejo) | Thermo Fisher Scientific | A-11011 | |
| Suero de cabra | Agilent Technologies & Ouml; sterreich GmbH, Dako | X0907 | |
| PBS | Gibco | 14190-094 | |
| Vimentin | Dako | M7020 | |
| Materiales | |||
| Caja de cámara (caja húmeda) | |||
| Portadas y boletos de portada; | Thermo Fisher | ||
| Rotulador deslizante repelente de líquidos para teñir (hidrofóbico) y nbsp; | Daido Sangyo | Z377821 | 24x50mm |
| Soluciones | |||
| Buffer de permeabilización (0,3% Tritón X en PBS) & nbsp; | Consulte la Tabla 2 | ||
| Amortiguador de tinción (2% BSA en PBS) y nbsp; | Consulte la Tabla 2 | ||
| software y conjuntos de datos | |||
| microscopio láser de barrido confocal | Olimpo | FV3000 basado en el IX83 invertido | equipado con un objetivo de 10x (NA 0,4), 4 líneas láser (405 nm, 488 nm, 561 nm, 640 nm, Coherente) |
| Fiyi (ImageJ) | V1.54h | ||
| Google Colab | |||
| GraphPad Prism | GraphPad Software Inc. | Prisma 10 | para un análisis estadístico adicional |
| HALO | Indica Labs | ||
| Programa en Python | Python 3.11.12 | ||
| QuPath | software abierto (Bankhead, P. et al, https://doi.org/10.1038/s41598-017-17204-5) | v0.5.1 | |
| StarDist | Instalar la versión de CPU de TF1.15.0 |
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