Method Article

膵島質量、サイズ分布とアーキテクチャのコンピュータ支援大規模可視化と定量化

DOI:

10.3791/2471

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March 4th, 2011

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1Department of Medicine, University of Chicago, 2Laboratory of Biological Modeling, National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, National Institutes of Health, 3Department of Surgery, University of Chicago, 4Diabetes Division, University of Massachusetts

In This Article

Summary

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免疫組織化学染色した膵臓標本の大規模な調達と分析の新たなコンピュータ支援の方法が説明されています：セクション全体の（1）仮想スライスのキャプチャを、大規模データの（2）質量分析、2D仮想スライスの（3）復興（4）3Dの膵島のマッピング、および（5）数理解析。

Abstract

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膵島は、β-細胞（インスリン）、α細胞（グルカゴン）、および外分泌組織の中に埋め込まれ、1を構成しているデルタ-細胞（ソマトスタチン）のようないくつかのホルモンを分泌する内分泌細胞から構成されるユニークな微小器官である - 全体膵臓の2％。体と膵臓の重量との間には密接な関係があります。全β-細胞塊はまた、体内でインスリンの需要を補うために比例して増加する。何がこの比例拡大は島のサイズ分布であるエスケープします。人間のような大型動物は、この微小器官を機能させるために一定のサイズ制限があることを示唆し、マウスと同様の膵島のサイズ分布を共有します。比例的に大きな島を生成するために大規模な動物の膵臓の無力は、膵島の数の増加と、自分たちの全体的な膵島のサイズ分布に大きな島の割合の増加によって補償される。また、膵島は、異なる種間の​​細胞構成とアーキテクチャにと、様々な病態生理学的条件の下で同じ種の中で印象的な可塑性を示す。本研究では、我々はそのような動的な生物学的プロセスや複雑な構造の研究では大規模で異種データ収集の分析を可能にする分析プロセスの自動化を容易にするために生物学的画像データの分析のための新しいアプローチを説明します。このような研究は、原因について、公正なサンプリングの技術的な問題に妨げと大規模データを生成する正確小島生物学の生物学的プロセスの複雑さを捉えるために設定されています。ここではサンプルの入手が限られて（またはサンプルのコレクションを最小限にする）と標準的な実験的な設定の中で公平な"代表的な"データを収集するため、および膵島の複雑な三次元構造を正確に分析する方法を示しています。コンピュータ支援自動化は、大規模データセットの収集と分析を可能にし、またデータの公平な解釈を保証します。さらに、膵島のサイズ分布と空間座標（すなわちX、Y、Z -位置）の正確な定量ができないだけ膵島の構造や組成の正確な可視化につながるだけでなく、私たちは変更の条件に、開発と適応の間にパターンを識別することができます数学的モデリングを介して。本研究で開発した手法は、同様に他の多くのシステムと生物の研究に適用可能である。

Protocol

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1。免疫組織化学的染色像の仮想スライスを作成する

  1. StereoInvestigatorを開きます。顕微鏡のホルダーにサンプルを保持するクリーンなスライドを配置し、"取得"し、"ライブ映像"（取得→ライブ画像）をクリックして、ステレオインベでそれを視覚化する。各チャネルの曝露レベルを決定する;私たちの具体的な例では、チャンネル2はCy7 for DAPI、GFPのチャネル3、RFPのチャンネル4、Cy5とのチャネル5とチャネル6に使用されます。露出のレベルを決定するために、蛍光の強度を表示する"ビデオのヒストグラム"ウィンドウを使用します。適切な蛍光強度に到達しているときにビデオのヒストグラムの右端にある強度の尾オフ。曝露レベルは、"カメラ設定"ウィンドウで変更することができます。ビデオのヒストグラムは、顕微鏡のフォーカスホイールで集中することができます。
  2. 仮想スライスを作成する前に、基準点を迎える離れてサンプルから点、で画面をクリックして、サンプルの輪郭の周囲にクリックして、サンプルを輪郭。輪郭が完了したら、右クリックし、開始点と終了点を接続するために"閉じる等高線"を選択します。
  3. 輪郭がクローズされると、サンプル用の仮想スライス（取得→仮想スライスを取得）をキャプチャします。オープン時の仮想スライスウィンドウのオプション、"取得のハイスピー​​ド"だけでなく、隣にあるボックスをオフに焦点を自動選択する"マニュアル。"ファイルを保存します。
  4. 仮想スライス定....

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Discussion

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コンピュータ支援大規模可視化と定量化は、膵島の研究で4つのキーポイントを買う余裕がここに提示さ：（1）膵標本の大規模解析は、全体的な膵島のサイズ分布と膵島のアーキテクチャの包括的なビューを提供します。 （2）3次元再構成と細胞構成と建築の数学的解析は、さらに膵島内の内分泌細胞の空間配置の検討を促進する。 （3）異なる種の間で、様々な病態生理学的条件下で、同じ種で顕著な膵島の可塑性は、むしろ種の違いよりも、代謝の変化に応じて進化的に獲得した適応を提案するかもしれない。 （4）内分泌細胞組成および膵島のアーキテクチャの転位は、特定の遺伝子発現の変化に伴って、さらにintraislet内分泌細胞のネットワークの役割の重要性を示唆し、その機能的特性の膵島の適応を、反映しているのかもしれない。

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Disclosures

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利害の衝突は宣言されません。

Acknowledgements

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研究は、シカゴの糖尿病研究研修センター（動物モデルコア）、およびKovlerファミリー財団からの贈り物の大学に米国公衆衛生サービスグラントDK - 081527、DK - 072473とDK - 20595によってサポートされています。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
蛍光顕微鏡顕微鏡 オリンパス株式会社IX-81
Stereo InvestigatorProgramMBF Bioscience
MIP-GFPマウスマウスJackson Laboratory
MathematicaProgramWolfram
Image Jプログラム国立衛生研究所
スライドブックプログラムオリンパス

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Steiner, D. J., Kim, A., Miller, K., Hara, M. Pancreatic islet plasticity - Interspecies comparison of islet architecture and composition. ISLETS. 2, 135-145 (2010).
  2. Kim, A., Miller, K., Jo, J., Wojcik, P. l, Kilimnik, G., Hara, M. Islet architecture - a comparative study. ISLETS.

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Pancreatic Islet VisualizationIslet Size DistributionIslet ArchitectureBeta Cell Mass3D ReconstructionImmunohistochemical StainingImage J AnalysisStereo InvestigatorCell MappingDiabetes Research

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