$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rozwój przeciwciał terapeutycznych wykazał niezwykły sukces w leczeniu wielu typów nowotworów1. Ostatnie osiągnięcia w dziedzinie koniugatów przeciwciało-lek (ADC) jako mechanizmów dostarczania związków cytotoksycznych poszerzyły wymagania dotyczące zrozumienia dynamiki interakcji przeciwciało-receptor na powierzchni komórki2. Po udanym skierowaniu przeciwciała na receptor na powierzchni komórki, kompleksy te mogą indukować podobne wzorce agregacji do tych obserwowanych w interakcjach ligand:przeciwciało3. Zmiany w agregacji receptorów mogą indukować zmiany w błonie i powodować internalizację receptora i usunięcie go z powierzchni komórki. W kontekście koniugatu przeciwciało-lek, proces ten następnie uwalnia ładunek cytotoksyczny do zinternalizowanych endosomów, a następnie do cytoplazmy, co skutkuje skutecznym zabijaniem komórek.
Mikroskopia konfokalna dostarczyła skutecznego sposobu wizualizacji tych ważnych interakcji przeciwciał i ich docelowych receptorów4. Aby zbadać zmiany agregacji cząsteczki docelowej na powierzchni komórki, protokół ten wykorzystuje przetwarzanie końcowe obrazów mikroskopii konfokalnej za pomocą techniki spektroskopii korelacji obrazów przestrzennych (ICS) 5,6,7.
Podstawą spektroskopii korelacji obrazów jest obserwacja, że przestrzenne fluktuacje intensywności fluorescencji mają związek z gęstością i stanem agregacji oznaczonych struktur. Zależność ta jest ustalana po obliczeniu funkcji autokorelacji przestrzennej przechwyconego obrazu5.
Wszystkie warianty spektroskopii korelacji obrazów wymagają obliczenia autokorelacji obrazu. Następnie dopasowuje się tę funkcję do dwuwymiarowej krzywej Gaussa w celu wyodrębnienia ilościowych parametrów stanu agregacji zawartych w obrazie. Mówiąc prościej, obliczenie autokorelacji obrazu polega na porównaniu wszystkich możliwych par pikseli zawartych w obrazie i obliczeniu prawdopodobieństwa, że oba są równie jasne jak inne. Jest to wizualizowane jako funkcja odległości i kierunków separacji pikseli8.
Teoretyczne ramy dla spektroskopii korelacji obrazów zostały ustalone i zdefiniowane przez Petersena i Wisemana et al. 5,6. W tym protokole obliczenia autokorelacji są wykonywane w Fidżi/ImageJ, a także w aplikacji arkusza kalkulacyjnego, podstawę funkcji autokorelacji przestrzennej fluktuacji intensywności można opisać jako (Równanie 1):
gdzie F oznacza transformację Fouriera; F−1 odwrotna transformata Fouriera; F* jego sprzężenie zespolone; a zmienne opóźnienia przestrzennego ε i η. W przestrzennych ICS, zgodnie z opisem w tym protokole, funkcję autokorelacji można obliczyć przy użyciu algorytmu szybkiej transformaty Fouriera 2D7,9. Autokorelacja przy zerowej separacji przestrzennej, znana również jako zero-lag, g11 (0,0), zapewnia odwrotną średnią liczbę cząstek obecnych na obszar wiązki mikroskopu. Można go uzyskać, dopasowując funkcję autokorelacji przestrzennej do dwuwymiarowej funkcji Gaussa (Równanie 2):
Ponieważ piksele uchwycone na obrazie są zawarte w określonym obszarze i te pomiary nie rozciągają się do nieskończoności, termin g∞ jest używany jako przesunięcie w celu uwzględnienia korelacji przestrzennych dalekiego zasięgu zawartych w obrazie. Dla agregatów o rozmiarach molekularnych ω jest funkcją rozproszenia punktowego mikroskopu i jest opisana przez pełną szerokość w połowie maksimum funkcji autokorelacji przestrzennej. Obszar zawarty w funkcji rozproszenia punktowego przyrządu można skalibrować za pomocą kulek fluorescencyjnych o podrozdzielczości.
Dla opisanego tutaj protokołu spektroskopii korelacji obrazów, autokorelacja i funkcje matematyczne wymagane do ukończenia ICS są wykonywane przy użyciu platformy przetwarzania obrazowania o otwartym kodzie źródłowym, Fiji10, dystrybucji programu ImageJ11,12. Fiji/ImageJ wykorzystuje preinstalowaną szybką transformację Fouriera w funkcji matematycznej FFT. Ta funkcja skraca czas obliczeniowy wymagany do tego obliczenia, zmniejszając zakres danych dwukrotnie w każdym wymiarze13. Ponieważ funkcja autokorelacji 2D jest w przybliżeniu symetryczna na osi x,y, do pomiaru surowej autokorelacji można użyć wykresu profilu pojedynczej linii przez obraz autokorelacji jako funkcji opóźnienia przestrzennego. Wszelki szum o zerowym opóźnieniu jest usuwany przed dalszymi obliczeniami, a wynikowa amplituda autokorelacji (wartość szczytowa, g(0)T) jest korygowana o tło za pomocą wyrażenia (Równanie 3):
gdzie Ib to średnia intensywność z obszaru tła z wyłączeniem komórki. Gęstość klastra lub gęstość obiektów fluorescencyjnych jest zdefiniowana przez (Korektor 4):
W opisanym tutaj protokole dalej prostujemy obliczanie gęstości klastrów (CD), z założeniem opartym na obserwacji, że znormalizowana funkcja autokorelacji zaniknie do wartości zbliżającej się do 1.0 wraz ze wzrostem opóźnienia przestrzennego. Przy maksymalnym opóźnieniu przestrzennym nie ma już korelacji wartości intensywności fluorescencji, a zatem bez korelacji obliczenia w tym obszarze obliczają wartość intensywności pomnożoną przez to natężenie, która jest następnie dzielona przez kwadrat tego natężenia, który z definicji jest równy 1,0. W związku z tym gęstość klastra ze znormalizowanej funkcji autokorelacji można obliczyć, odejmując 1,0 od znormalizowanej funkcji autokorelacji przed przyjęciem jej odwrotności (Równanie 5):
Można przeprowadzić dalszą kalibrację obszaru wiązki, aby określić ilościowo liczbę klastrów zawartych w obszarze funkcji rozrzutu punktowego instrumentu. Kalibracja ta musi być przeprowadzona przy użyciu tych samych warunków optycznych, które są używane podczas analizy spektroskopii korelacji obrazu.