Dit protocol maakt gebruik van een commerciële cellijn (HT22, ATCC) en is niet betrokken bij menselijke proefpersonen of primaire menselijke weefsels. Er zijn geen dieren gebruikt in deze studie.
1. Gestandaardiseerde monsterpreparatie
- HT22-cellen voorbereiden
- Wanneer de confluentie van de HT22-cellen 80% bereikt10,11, verwijder dan het oude medium. Gebruik 0,25% trypsine om de cellen los te maken door 1–2 min bij kamertemperatuur te incuberen.
- Voeg Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) toe in een volume van 3x dat van de 0,25% trypsine om het losmaken te stoppen. Overbreng de celsuspensie naar een centrifugebuis van 15 mL.
- Centrifugeer gedurende 3 min bij 175 x g bij kamertemperatuur en verwijder vervolgens het supernatant. Resuspendeer de cellen in compleet DMEM om een single-cell suspensie te maken.
- Tel de cellen met behulp van een telkamer. Zaai 5.000 cellen per putje in 100 µL compleet medium uit in een 96-wellplaat12.
- Incubeer de plaat 24 h bij 37 °C met 5% CO2. Voer de monstergroepering, dosering en kleuringsstappen in de 96-wellplaat uit volgens het experimentele ontwerp.
OPMERKING: Gebruik een 96-wellplaat die compatibel is met het imagesysteem. Kies een plaat met de juiste bodemdikte en geometrie, conform de specificaties van de fabrikant. Platen met een glazen bodem (bodemdikte 130–170 µm) worden aanbevolen wanneer een hogere beeldkwaliteit vereist is13,14,15,16.
- Kleuringsprocedure
- Zorg ervoor dat de cellen een enkele, goed verspreide monolaag vormen en dat de confluentie niet meer dan 70% bedraagt om celoverlap te minimaliseren (Figuur 1B).
- Groepeer de monsters volgens de experimentele vereisten en ga na de behandeling over tot de kleuring. Bereid de werkoplossingen van de kleurstof voor met een eindconcentratie van 6,684 µg/mL voor PI en 10 µg/mL voor Hoechst 3334217,18.
- Verwijder het oude medium uit de 96-wellplaat en was elk putje twee keer met 100 µL PBS. Voeg de werkoplossing van de kleurstof toe en incubeer 30 min bij kamertemperatuur in het donker voor de kleuring.
- Was elk putje twee keer met 100 µL PBS en voeg vervolgens DMEM toe.
OPMERKING: Verschillende experimentele ontwerpen kunnen variaties bevatten in de parameters voor monsterbelading en kleuring.
2. Beeldingsspecificaties en parameterinstellingen
- Standaarden voor beeldvormingsparameters
OPMERKING: Deze studie demonstreert uitsluitend de widefield-beeldvormingsworkflow voor het instrument na kleuring met PI en Hoechst 33342.
- Zet het instrument aan en start vervolgens de computer op. Open de analyse-software die bij het apparaat is geleverd.
- Plaats de 96-wellplaat in het instrument. Selecteer het gezichtsveld met de monsters voor beeldvorming.
- Stel in de Objective and Camera-instellingen de Magnification in op "20XPh1SPlanFluorELWDADM" (Nikon, S Plan Fluor, ELWD, 20X/0.45, ∞/0-2, WD 8.2-6.9, OFN22, Ph1, AMD, MRH48230), de Camera binning op "2" en de Acquisition Mode op "Widefield".
- Selecteer in de plaatmodus de overeenkomstige parameters van de 96-wellplaat en pas de plaatparameters aan op basis van de productafmetingen.
- Selecteer onder Site Option doorgaans 9 velden per well voor intensieve beeldvorming. Selecteer in de Autofocus-opties Enable laser-based focusing.
- Pas de laser-autofocusparameters onder Autofocus aan, gebaseerd op de gemiddelde dikte van de plaatbodem gemeten bij ten minste drie monsterwells. Pas de Bottom thickness, Bottom thickness max variation, Adjacent well max variation, Intra-well max variation en Plate max variation dienovereenkomstig aan.
- Stel onder Wavelengths het Number of wavelengths in op 3. Selecteer voor de eerste Illumination DAPI. Kies bij Shading Correction voor "Auto Correction for FL" (Afbeelding 2B).
- Zodra het beeld is gevonden, wordt de initiële Exposure (ms) ingesteld op 20–30. Observeer de vastgelegde beelden en pas de belichting continu aan om een matige fluorescentie-intensiteit zonder overbelichting te bereiken, en stel de bit-diepte in op 16 (Afbeelding 2A).
- Kies Laser with z-offset voor de focusaanpassing. Als de focus niet scherp is, vink dan Use Z stack aan, klik op Calculate Offset en selecteer een geschikte brandpuntsafstand. Vink Digital Confocal (info) aan en stel de aanpassingsparameters voor Increase Sharpness en Reduce Noise in op 0,200.
OPMERKING: Als de belichting of helderheid van het beeld niet bevredigend is, pas dan de belichting aan en bereken de offset-parameters opnieuw.
- Selecteer voor de tweede Illumination Cy3. Volg dezelfde instellingen als in stappen 2.1.7-2.1.9.
- Selecteer voor de derde Illumination TL 25. Volg dezelfde instellingen als in stappen 2.1.7-2.1.9.
OPMERKING: Stel de Shading correction in op basis van het kanaal; voor TL 25 moet Auto Correction for TL worden gekozen. In Wavelengths moet het TL-kanaal worden ingesteld voor celpositionering en morfologische observatie.
- Geef in het tabblad Run de plaat een naam volgens de naamgevingconventie: plaatnaam-celtype-experiment-ID-datum-objectiefvergroting-beeldvormingstype. Bevestig de parameters met betrekking tot het beeldvormingskanaal onder Description.
- Klik op Acquire Plate om te beginnen met de beeldvorming. Schakel na voltooiing van de beeldvorming de software, het instrument en de computer in opeenvolgende volgorde uit.
OPMERKING: Vervolgens mag de computer alleen worden geopend voor export van beelden, gegevensverwerking en resultaatanalyse
- Standaarden en vereisten voor de beeldvormingsoperatie
- Centreer het gezichtsveld op de well om randeffecten te voorkomen (Afbeelding 1A). Gebruik tijdens het instellen van de beeldvormingsparameters de positieve controle met de hoogste fluorescentie-intensiteit als referentie. Kies bij het focussen bovendien een gezichtsveld met een enkele laag cellen, schoon en vrij van debris.
- Houd voor de camera de pixelwaarden strikt onder 60000 (de maximale waarde is 65535) om verzadiging te voorkomen, wat kan leiden tot permanent verlies van informatie. Als verzadigde heldere vlekken of gebieden verschijnen, verkort dan de belichting. Houd tegelijkertijd de belichtingstijd niet te laag; anders zal ruis het beeld domineren.
- Geef bij zwakke fluorescentiesignalen prioriteit aan een lichte verhoging van de belichting in plaats van het forceren van de parameters, om onomkeerbare schade door fotobleking te voorkomen.
OPMERKING: Voor bright-field-beeldvorming kunnen deze principes适当 worden versoepeld, maar de kern blijft gericht op signaalintegriteit en monsterbescherming.
- Zorg ervoor dat de randcontouren van het monster duidelijk onderscheidbaar zijn en dat de interne fijne structuren (zoals korrels, vezels, organellen) duidelijke texturen hebben, niet vervaagd zijn en dat het gestrooide achtergrondlicht gelijkmatig is verdeeld zonder lokale heldere vlekken of vervaagde halo's. Vermijd strikt over-focussering en onder-focussering.
- Zorg ervoor dat er normale, positieve, negatieve en experimentele groepen zijn, en dat elke behandelgroep ten minste 3 parallelle wells heeft. Het wordt aanbevolen om de parallelle wells verticaal te plaatsen.
3. Beeldbewerking en analyse
OPMERKING: Dit document beschrijft drie beeldverwerkingsmethoden die worden aangeboden door de begeleidende software van het instrument, waarvan alle drie geschikt zijn voor het in deze studie gebruikte kleuringsprotocol. Hoewel deze methoden hetzelfde onderliggende principe van herkenning delen, verschillen ze in specifieke verwerkingstechnieken en typen dataresultaten. De workflow voor de beeldverwerking was als volgt: Open het bestand → Laad de originele afbeelding met de bijbehorende verwerkingsmethode → Stel de juiste kanaalparameters in → Genereer een masker → Stel het meetdatatype in bij 'Measure' → Voer de analyse uit → Observeer de resultaten → Exporteer de gegevens.
- Open de analyse-software die bij het apparaat is geleverd → Review Plate → Select Plate.
- Selecteer in de weergave Date de optie Well arrangement en kies een gezichtsveld uit de positieve groep als referentie.
- Selecteer onder Run Analysis het overeenkomstige verwerkingsprogramma en stel de parameters voor beeldverwerking in of exporteer de afbeelding.
- Selecteer na het instellen en opslaan van de parameters de optie Run on all wells/ Run on selections/ Run on displayed site, afhankelijk van het object voor de parameterinstelling.
- Nadat de computer de gegevensverwerking heeft voltooid, selecteert u onder het tabblad Measurements het overeenkomstige gegevensverwerkingsprogramma onder Analysis en kiest u in Measurement verschillende meetresultaten om de gegevens te controleren.
- Klik op Open Log om de gegevens te exporteren. Stel de volgende details in de parameterinstellingen in voor de drie beeldverwerkingsmethoden:
- Beeldverwerkingsmethode één: Multi-Wavelength Cell Scoring
- Selecteer het programma Multi-Wavelength Cell Scoring en configureer de instellingen. Stel het aantal golflengten (Number of wavelengths) in. Kies Standard voor het algoritme (Algorithm).
- Stel de herkenningsparameters voor alle kernen in op basis van de PI-kleuringsresultaten. De standaard W1 Source-afbeelding is het DAPI-kanaal.
- Stel de Approximate min width in op 8–10 µm en de Approximate max width op 30–35 µm, gebaseerd op de grootte van de individuele objecten die herkend moeten worden.
- Stel de intensity above local background in op 2.000–10.000 grijswaarden. Gebruik Preview om de instellingen te testen en aan te passen op basis van de herkenningsresultaten.
- Stel de W2-parameters in op basis van de Hoechst 33342-kleuringsresultaten. Geef dit kanaal een naam. De W2 Source-afbeelding is Cy3.
- Selecteer in Stained area de regio die door dit kanaal is gekleurd als Nucleus. Volg voor verdere instellingen dezelfde stappen als in 3.6.1.3–3.6.1.4. Selecteer in Configure Summary Log of Configure Data Log (Cells) de overeenkomstige Parameter configuration op basis van de gewenste resultaatparameters.
OPMERKING: Normaal gesproken wordt Configure Summary Log gebruikt om de vereiste gegevenstypen in te stellen, terwijl Configure Data Log (Cells) wordt gebruikt wanneer speciale markering van individuele cellen nodig is.
- Voer een Test Run uit om de herkenning te observeren. Sla de instellingen op als u tevreden bent met de herkenningsresultaten.
- Beeldverwerkingsmethode twee: Live-Dead
- Selecteer het Live-Dead-programma en begin met het configureren van de instellingen. Stel achtereenvolgens de Wavelength 1 Parameters en Wavelength 2 Parameters in.
- Stel onder Wavelength 1 Parameters de Wavelength 1 Source in op DAPI. Het standaard algoritme is "Standard".
- Stel op basis van de kleuringscondities Stained cell type in op All Cells en Stained area op Nucleus. Stel Approximate min width, Approximate max width en intensity above local background in met dezelfde instellingen als bij de Multi-Wavelength Cell Scoring-methode.
- Vink Split touching objects aan en gebruik Preview om te testen.
- Stel onder Wavelength 2 Parameters de Wavelength 2 Source in op Cy3.
- Stel op basis van de specifieke kleuring Stained cell type in op Dead en Stained area op Nucleus. Stel Approximate min width, Approximate max width en intensity above local background in met dezelfde instellingen als bij de Multi-Wavelength Cell Scoring-methode.
- Klik op Configure Summary Log en selecteer de Parameter configuration op basis van de vereiste gegevenstypen. Voer een Test Run uit om de herkenning te observeren. Sla de instellingen op als u tevreden bent met de herkenningsresultaten.
- Beeldverwerkingsmethode drie: ontwikkelaarsmodus CME
- Selecteer het Custom Module (CME)-programma en begin met het configureren van de instellingen. Stel Image Names en kanalen in.
OPMERKING: Om latere parameterinstellingen te vergemakkelijken, stelt u deze over het algemeen in op de kanaalnamen die tijdens de beeldvorming zijn gebruikt.
- Open in Find Objects de optie Simple Threshold om de herkenning voor de gehele set in te stellen.
- Stel Source zo in dat deze overeenkomt met Image Name. Vul op basis van het 16-bit grijswaardenbereik 0 in bij Threshold Low en 65535 bij Threshold High.
- Geef het verwerkingsresultaat een naam in Result, pas dit toe en observeer de markering. Open in Find Objects de optie Find Blobs om een Mask-resultaat te genereren.
- Stel Source zo in dat deze overeenkomt met Image Name, net als bij Simple Threshold. Stel Approximate min width, Approximate max width en intensity above local background in volgens de Multi-Wavelength Cell Scoring-instellingen.
- Geef het verwerkingsresultaat een naam in Result, pas dit toe en observeer het markeringsresultaat. Gebruik voor het Find Blobs-herkenningsresultaat de tool Modify Objects om te filteren, uit te breiden (grow), te verkleinen (shrink) en te inverteren.
- Stel onder Measure de optie Modified in. Voer bij Measurement Inputs de waarde 1 in voor Standard Area Value en vink Create Object Overlay aan.
- Selecteer in Objects to Measure de bron van de gemarkeerde objecten in Mask of Objects en de te meten bronafbeelding in Image to Measure. Kies de overeenkomstige Measurement Name op basis van de vereiste verwerkingsresultaatparameters, pas dit toe en observeer het parameterherkenningsresultaat.
- Sla de configuratie op na het bevestigen van de parameterinstellingen.
- Algemene methode: ImageJ
OPMERKING: Analyseer de beeldresultaten met de ImageJ-methode voor fluorescentiebeelden19 en voer vervolgens een vergelijkende analyse uit met de drie methoden van dit instrument.
- Open de ImageJ-software. Beelden importeren: File → Open → Selecteer de originele grijswaardenafbeelding die geanalyseerd moet worden.
- Converteer de afbeelding naar 8-bit: Image → Type → 8-bit. Herkenning van grijswaarden: Image → Adjust → Threshold → Default, Red → Vink Dark background aan → Set → OK.
OPMERKING: Als de herkenning van het rode gebied onvoldoende is, vervang Default dan door een van de andere 16 ingebouwde ImageJ-herkenningsmodellen of pas de schuifregelaar in het dialoogvenster aan.
- Parameters instellen: Analyze → Set Measurements. Vink in het pop-updialoogvenster Area, Mean gray value, Integrated density, Limit to threshold, Display label aan, zet Redirect standaard op None en voer 2 in voor Decimal places (0-9). Klik op OK.
- Herkenningsresultaten analyseren: Analyze → Measure. Resultaten opslaan: In het pop-updialoogvenster voor resultaten: File → Save As, en selecteer de opslaglocatie.
- Beeldexport
- Selecteer een hoogwaardig gezichtsveld van een positieve well als referentiestandaard.
OPMERKING: De basiskwaliteitseisen zijn authenticiteit, nauwkeurige focus, geschikte belichting (16-bit) en passend contrast (een hogere signaal-ruisverhouding is beter). Hoogwaardige eisen omvatten duidelijke kenmerken, contrast, bruikbaarheid, intuïtieve morfologische veranderingen en geaccentueerde kernpunten.
- Selecteer onder Run Analysis de optie ExportPro in de sectie Analysis en start Run Setup for Analysis. Kies bij Select output options voor Individual channel, Color overlay, shrink image (optioneel) en Scale bar (optioneel) op basis van de beeldvereisten.
- Selecteer de fluorescentiekanaalbeelden die voor elk gezichtsveld geëxporteerd moeten worden. Selecteer bij Individual Channel een kleur voor elk kanaal, zoals Blue voor het DAPI-kanaal en Monochrome voor het TL-kanaal.
- Selecteer bij Color overlay achtereenvolgens de kanalen die overeenkomen met BRIGHTFIELD, RED, BLUE en GREEN (selecteer de kleurgolflengte voor color overlay). Stel het Number in op 100; observeer het voorbeeldbeeld en accepteer het preview-resultaat.
- Selecteer bij output de map waarin de geëxporteerde beelden worden opgeslagen bij Export to folder. Start de run.
OPMERKING: Beelden uit dezelfde batch mogen niet afzonderlijk worden geëxporteerd; een batch beelden verwijst naar een verzameling beelden van vier kernmonsters: negatieve controle, positieve controle, basiscontrolegroep en doel-experimentele groep, allemaal verkregen onder volledig consistente experimentele omstandigheden.
- Vergelijking van beeldverwerkingsmethoden
- Selecteer 9 gezichtsvelden en vergelijk het traditionele handmatige tellen van dode en levende cellen met de methoden Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME en ImageJ voor het tellen van levende cellen, dode cellen en de verhouding tussen dode en levende cellen. Gebruik GraphPad Prism versie 10.1 om een één-weg ANOVA uit te voeren, vergezeld van de Tukey-toets voor meervoudige vergelijkingen, om de verschillen te analyseren.
- Selecteer 81 gezichtsvelden en vergelijk de verschillen in cel telling, oppervlakte en intensiteit tussen de methoden Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME en ImageJ. Gebruik GraphPad Prism versie 10.1 om een één-weg ANOVA uit te voeren, vergezeld van de Tukey-toets voor meervoudige vergelijkingen, om de verschillen te analyseren.
OPMERKING: Celkweek- en kleuringsexperimenten moeten in een veiligheidskast voor biologische agentia worden uitgevoerd. Voer afvalvloeistof, tips en ander experimenteel afval af volgens de laboratoriumregels. Zorg voor volledige bescherming tijdens het gehele experiment.