מדידת זני רקמה מקומיים בגידים באמצעות מתאם תמונה דיגיטלית בקוד פתוח

פרוטוקול זה מאפשר מדידות של זני הרקמה המקומית בתוך הגיד במהלך ההעמסה. כדאי להבין כיצד הגידים מתנהגים באופן מכני ולהתאים את עצמם לסביבת ההעמסה שלהם. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהתוכנה בה נעשה שימוש זמינה לציבור באינטרנט ומספקת משוב על דיוק המדידה גם כאשר זני הרקמה האמיתיים אינם ידועים.

מדידת זני רקמה מקומיים בגיד היא בעלת ערך כדי להבין כיצד תאים מעצבים מחדש רקמה במהלך ניוון ותיקון גידים. הדגמה של הליך זה תהיה סטנטון גודשל, סטודנט לתואר ראשון, וקרישנה פדפרולו, דוקטורנט במעבדה שלי. לאחר צביעת גידי אכילס שנקטפו ב-DTAF, מעבירים את הרקמה מתמיסת DTAF לתמיסת DRAQ5 ודגרים על הרקמות בחלל חשוך למשך 10 דקות בטמפרטורת החדר.

הניחו את הגיד בידיות האחיזה של מכשיר העמסת המתיחה. לפני הרכבת ידיות האחיזה במכשיר הטעינה, השתמש בקליפרים דיגיטליים כדי למדוד את המרחק בין חיבור הקלקניוס לבין האחיזה הנגדית. הרכיבו את ידיות האחיזה בהתקן הטעינה המכיל PBS כדי לשמור על לחות הרקמות.

יישרו את הגיד בצורה הטובה ביותר עם ציר ה-X או ציר ה-Y של תמונות המיקרוסקופ, כך שתפוקות זן X וזן Y של האלגוריתם יתאימו לציר הגיד. טען מראש את הגיד בגרם אחד של מתח. אם רוצים, פוטואקונומיקה קבוצה של ארבעה קווים במרווחים של 80 מיקרון זה מזה באזור המרכזי של הרקמה, וחוזרים על התהליך בקצה השמאלי והימני ליד האחיזות.

השינוי במרחק בין הקווים בכל אזור רקמה הוא מדידה משנית של זני הרקמה המקומית שניתן להשתמש בה כדי לאמת את הנתונים. לאחר מכן, באמצעות המיקרוסקופ הקונפוקלי, לקבל תמונות נפחיות של DTAF ו DRAQ5 fluorescence בגרם אחד של preload. בצע כבש מאמץ למאמץ של 2% במהירות של 0.5% לשנייה.

שימו לב שניתן להתאים את קצב המאמץ ואת גודל המאמץ המצטבר. לאחר מתן אפשרות לרקמה להדגיש להירגע במשך 10 דקות, לקחת תמונה נפחית נוספת של הרקמה לאחר העיוות. חזור על התהליך עבור תוספות מאמץ רבות ככל שתרצה.

כדי ליצור את התמונות שעברו טרנספורמציה דיגיטלית, הורד את הקוד digital_strain. מ GitHub. לאחר ההורדה, פתח והפעל את הקוד.

כשתתבקש, הוסף את הערכים הרצויים עבור הזן המרבי שהופעל, תוספת המאמץ שהוחלה והיחס של פואסון לפני שתלחץ על OK. לאחר מכן, כאשר תתבקש לעשות זאת שוב, בחר את תמונת ההפניה הלא מעוותת. לכל הפרש קבוע של מאמץ, מוצגת שכבת-על של תמונת הייחוס והתמונה ששינתה את צורתה. התמונות שעברו טרנספורמציה דיגיטלית יישמרו בספרייה בשם זן X אחוז שעבר טרנספורמציה דיגיטלית, כאשר X הוא תוספת המאמץ.

פתח את הסקריפט עם השם המוצג ולחץ על הפעל כדי להתחיל בניתוח תמונות. כשתתבקש, שנה את הערכים עבור מתאם התמונה הדיגיטלית המוגברת של Lagrangian או פרמטרים ALDIC כרצונך. לאחר שתתבקש, בחר בתיבת הסימון כן כדי לשמור באופן אוטומטי את הערך הממוצע, סטיית התקן והמפה הדו-ממדית עבור אוסף המשתנים הרצוי.

כשתתבקש, בחר את המשתנים הרצויים כגון זן X, זן Y, זן גזירה, אזורים פגומים וכו' ולחץ על אישור. לאחר הבקשה הבאה, בחר את התיקיה המכילה את הקרנות העוצמה המרבית Z ששמן השתנה. התוכנה מבצעת באופן אוטומטי ALDIC מצטבר כדי לקבוע את שדות המתח של התמונות המעוותות. כשתתבקש, לחץ לחיצה שמאלית כדי ליצור מצולע בן ארבע נקודות כדי להגדיר את אזור העניין למדידת הזנים.

תוצאות המעקב הגרעיני של התיקייה, שניתן לשנות את שמן על ידי התאמת שורות 555 ו- 556, מאחסנת את כל החלקות שצוינו קודם לכן. תיקיה זו מכילה גם גיליון אלקטרוני בשם תוצאות, המאחסן את כל האמצעים וסטיות התקן שצוינו קודם לכן. כאשר אומת באמצעות תמונות מתוחות דיגיטלית, אלגוריתם ALDIC העריך באופן עקבי בחסר את זן X הממוצע וגודל השגיאה גדל ככל שהמאמץ המופעל גדל.

גם זן Y הוערך בחסר. עם זאת, בכל המקרים, גודל טעות המאמץ היה קטן מאוד. סטיית התקן של זן X המחושב וזן Y, אם כי נמוכה בגודלה, גדלה עם הגדלת המתח המופעל.

ניתוח אזורים רעים גילה כי מספר האזורים הרעים בעלי חישובי מאמץ לא חוקיים בתמונות שעברו טרנספורמציה דיגיטלית שנותחו בשיטה המצטברת גדל באופן עקבי לאחר 6% מאמץ מופעל, בעוד שהכמות המצטברת נותרה על 1% באחת מארבע הדגימות, שטופלה כחריגה, כמעט מחצית מהתמונה זוהתה כגרועה בהפרש המאמץ המרבי. זני X שחושבו על ידי ALDIC היו גדולים יותר מאלה שנקבעו מה- PBLs, ההבדל היה בטווח של 0.005 הדומה לסטיית התקן של נתוני PBL בממוצע בכל הדגימות. קביעת סדרי הגודל והפיזור המרחבי של הזנים המקומיים בגידים תחת עומס מתיחה הראתה כי בכל הדגימות, זן X נשאר באופן עקבי מתחת לזנים שהופעלו.

המאמץ הממוצע בכיוון Y היה בערך אפס עבור כל הפרשים, אך סטיית התקן הייתה גבוהה. זן הגזירה הממוצע עלה בהתמדה לאורך כל הפרשי הזן. הנקודה החשובה ביותר שיש לזכור היא לשמור את התמונות לפני הפעלת מאמץ גדול יותר.

התמונות, אם לא נשמרו, אבדו ולא ניתן לשחזר אותן. בעוד טכניקה זו מאומתת במיוחד למדידת זני רקמות בתוך גידים, היא יכולה לספק תובנה לגבי ביולוגיה מכנית ומכניקה של רקמות רבות אחרות של בעלי חיים ובני אדם.