Quantification de l’organisation du collagène fibrillar avec des outils curvelet à base de transformation

Yuming Liu; Kevin W. Eliceiri

doi:10.3791/61931

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Article de méthode

Quantification de l’organisation du collagène fibrillar avec des outils curvelet à base de transformation

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DOI :

10.3791/61931

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11 novembre 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

Dans cet article

Résumé

Ici, nous présentons un protocole pour utiliser un outil logiciel MATLAB à base de transformation de courbes et open-source pour quantifier l’organisation du collagène fibrillar dans la matrice extracellulaire des tissus normaux et maladie. Cet outil peut être appliqué sur des images avec des fibres de collagène ou d’autres types de structures en ligne.

Résumé

Les collagènes fibrillaires sont des composants proéminents de matrice extracellulaire (ECM), et leurs changements de topologie se sont montrés associés à la progression d’un large éventail de maladies comprenant des cancers du sein, de l’ovaire, du rein, et du pancréas. Les outils logiciels de quantification des fibres librement disponibles sont principalement axés sur le calcul de l’alignement ou de l’orientation des fibres, et ils sont soumis à des limitations telles que l’exigence d’étapes manuelles, l’inexactitude dans la détection du bord de la fibre en arrière-plan bruyant, ou le manque de caractérisation localisée des fonctionnalités. L’outil de quantitation de fibre de collagène décrit dans ce protocole est caractérisé par l’utilisation d’une représentation optimale d’image multiscale permise par la transformation de courbe (CT). Cette approche algorithmique permet d’enlever le bruit des images de collagène fibrillaire et l’amélioration des bords de fibre pour fournir des informations d’emplacement et d’orientation directement à partir d’une fibre, plutôt que d’utiliser les informations indirectes pixel-sage ou fenêtre-sage obtenues à partir d’autres outils. Ce cadre basé sur le CT contient deux paquets distincts, mais liés, nommés « CT-FIRE » et « CurveAlign » qui peuvent quantifier l’organisation de la fibre sur une base globale, région d’intérêt (ROI), ou de fibre individuelle. Ce cadre de quantification a été développé depuis plus de dix ans et a maintenant évolué en une plate-forme complète et axée sur l’utilisateur quantification du collagène. En utilisant cette plate-forme, on peut mesurer jusqu’à une trentaine de caractéristiques de fibre, y compris les propriétés individuelles de fibre telles que la longueur, l’angle, la largeur et la droitité, ainsi que des mesures en vrac telles que la densité et l’alignement. En outre, l’utilisateur peut mesurer l’angle de fibre par rapport aux limites segmentées manuellement ou automatiquement. Cette plate-forme fournit également plusieurs modules supplémentaires, y compris ceux pour l’analyse du retour sur investissement, la création automatique des limites et le post-traitement. L’utilisation de cette plate-forme ne nécessite pas d’expérience préalable de la programmation ou du traitement d’image, et elle peut gérer de grands ensembles de données, y compris des centaines ou des milliers d’images, permettant une quantification efficace de l’organisation des fibres de collagène pour les applications biologiques ou biomédicales.

Introduction

Les collagènes fibrillaires sont des composants ECM structurels proéminents. Leur organisation modifie la fonction des tissus d’impact et sont probablement associés à la progression de nombreuses maladies allant de l’ostéogenèse imparfaite¹, dysfonction^{cardiaque 2}, et la cicatrisation^{des plaies 3} à différents types de^cancer,y compris le^{sein 4}^,⁵,⁶,^{7 ovarien}^,⁸, rein⁹, et les cancers du pancréas¹⁰. De n....