Method Article

Wspomagana komputerowo wizualizacja na dużą skalę i kwantyfikacja masy wysp trzustkowych, rozkładu wielkości i architektury

DOI:

10.3791/2471

March 4th, 2011

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisano nowatorskie metody wspomagane komputerowo pobierania i analizy immunohistochemicznie barwionych próbek trzustki: (1) Wirtualny wycinek całego przekroju; (2) Masowa analiza danych na dużą skalę; (3) Rekonstrukcja wirtualnych wycinków 2D; (4) Mapowanie wysepek 3D; oraz (5) analiza matematyczna.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wyspa trzustkowa to unikalny mikroorgan złożony z kilku komórek wydzielania wewnętrznego wydzielających hormony, takich jak komórki beta (insulina), komórki alfa (glukagon) i komórki delta (somatostatyna), które są wbudowane w tkanki zewnątrzwydzielnicze i stanowią 1-2% całej trzustki. Istnieje ścisła korelacja między masą ciała a masą trzustki. Proporcjonalnie wzrasta również całkowita masa komórek beta, aby zrekompensować zapotrzebowanie organizmu na insulinę. Tym, co wymyka się tej proporcjonalnej ekspansji, jest rozkład wielkości wysepek. Duże zwierzęta, takie jak ludzie, mają podobny rozkład wielkości wysp trzustkowych jak myszy, co sugeruje, że ten mikroorgan ma pewien limit wielkości, aby mógł funkcjonować. Niezdolność trzustki dużych zwierząt do wytwarzania proporcjonalnie większych wysepek jest kompensowana przez wzrost liczby wysepek i wzrost udziału większych wysepek w ich ogólnym rozkładzie wielkości wysp. Ponadto wysepki wykazują uderzającą plastyczność w składzie komórkowym i architekturze u różnych gatunków, a także w obrębie tego samego gatunku w różnych warunkach patofizjologicznych. W niniejszej pracy opisano nowatorskie podejścia do analizy biologicznych danych obrazowych w celu ułatwienia automatyzacji procesów analitycznych, które pozwalają na analizę dużych i niejednorodnych zbiorów danych w badaniu takich dynamicznych procesów biologicznych i złożonych struktur. Takie badania były utrudnione ze względu na trudności techniczne związane z bezstronnym pobieraniem próbek i generowaniem dużych zbiorów danych w celu precyzyjnego uchwycenia złożoności procesów biologicznych biologii wysp trzustkowych. Poniżej pokazujemy metody zbierania bezstronnych "reprezentatywnych" danych w ramach ograniczonej dostępności próbek (lub minimalizacji pobierania próbek) i standardowych warunków eksperymentalnych, a także precyzyjną analizę złożonej trójwymiarowej struktury wysepki. Automatyzacja wspomagana komputerowo pozwala na gromadzenie i analizę dużych zbiorów danych, a także zapewnia bezstronną interpretację danych. Co więcej, precyzyjna kwantyfikacja rozkładu wielkości wysp trzustkowych i współrzędnych przestrzennych (tj. pozycji X, Y, Z) nie tylko prowadzi do dokładnej wizualizacji struktury i składu wysp trzustkowych, ale także pozwala nam zidentyfikować wzorce podczas rozwoju i adaptacji do zmieniających się warunków poprzez modelowanie matematyczne. Metody opracowane w tym badaniu mają zastosowanie również w badaniach wielu innych układów i organizmów.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Tworzenie wirtualnych wycinków obrazów wybarwionych immunohistochemicznie

  1. Otwórz program StereoInvestigator. Umieść czysty szkiełko z próbką w uchwycie mikroskopu i zwizualizuj ją w Stereo Investigator, klikając "Akwizycja", a następnie "Obraz na żywo" (Akwizycja→ Obraz na żywo). Określ poziomy ekspozycji dla każdego kanału; w naszym konkretnym przykładzie kanał 2 jest używany dla DAPI, kanał 3 dla GFP, kanał 4 dla zapytania ofertowego, kanał 5 dla Cy5 i kanał 6 dla Cy7. Użyj okna "Histogram wideo", które wyświetla intensywność fluorescencji, aby określić poziom ekspozycji. Odpowiednie intensywności fluorescencji są osiągane, gdy intensywność spada ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiona tutaj wspomagana komputerowo wizualizacja i kwantyfikacja na dużą skalę dostarczają czterech kluczowych punktów w badaniach wysp trzustkowych: (1) Analiza na dużą skalę próbek trzustki zapewnia kompleksowy obraz ogólnego rozkładu wielkości wysp trzustkowych i architektury wysp trzustkowych. (2) Rekonstrukcja 3D i matematyczna analiza składu i architektury komórkowej dodatkowo ułatwiają badanie przestrzennego rozmieszczenia komórek endokrynnych w obrębie wyspy trzustkowej. (3) Uderzająca plastyczność wysp tr.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Badanie jest wspierane przez Grant Publicznej Służby Zdrowia USA DK-081527, DK-072473 i DK-20595 dla Centrum Badań i Szkoleń Diabetologicznych Uniwersytetu w Chicago (Animal Models Core), oraz dar od Fundacji Rodziny Kovlerów.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Mikroskop fluorescencyjnyMikroskopOlympus CorporationIX-81
StereoInvestigator ProgramMBF Bioscience
MIP-GFPmyszy MyszyJackson Laboratory
MathematicaProgramWolfram
Image JProgramNational Institutes of Health
Programdo tworzenia broszurze slajdami Olympus

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles