Niniejszy protokół przedstawia schemat postępowania w celu identyfikacji złogów lipidowych barwionych Nile Red, BODIPY i APOE. Opracowane oprogramowanie potrafi automatycznie identyfikować i kwantyfikować złogi lipidowe, wykazując najwyższą skuteczność przy zastosowaniu zoptymalizowanego opisanego protokołu. Dołączono przykłady dobrze zróżnicowanych komórek RPE (Rysunek 3A) oraz słabo zróżnicowanych komórek RPE (Rysunek 3B), ponieważ jakość modelu komórkowego ma znaczący wpływ na jakość prawidłowej segmentacji obrazu.
Dwa z trzech markerów opisanych w protokole, Nile Red oraz BODIPY, są identyfikowane jako małe okrągłe punkty, które są wyraźnie jasne na obrazach fluorescencyjnych (Rysunek 5 oraz Rysunek 6). Obrazem „pozytywnym” w ramach protokołu byłaby właściwa identyfikacja tych wyraźnych złogów (Rysunek 5A-D oraz Rysunek 5E-H). Wynik „negatywny” wykazywałby błędną segmentację obrazu, polegającą na pomyleniu fluorescencji tła ze złogiem, co może wynikać znikłego barwienia (Rysunek 6A-C oraz Rysunek 6D-F) lub z wysokiej intensywności tła (Rysunek 6G-I).
Osady APOE mają różżne rozmiary i kształty, przyjmując formę bardziej owalną lub nieregularną, w przeciwieństwie do kolistych osadów Nile Red i BODIPY. Osady te są również mniej punktowe, a intensywność sygnału może różnić się między nimi ze względu na zmienną stopień permeabilizacji próbki. Prawidłowa identyfikacja pozwoli na wykrycie każdego osadu, w tym tych o mniejszym nasyceniu (Rysunek 5I-L), podczas gdy błędna segmentacja nie wykryje tych osadów (Rysunek 6J-L). Dlatego ważne jest zoptymalizowanie metod barwienia i obrazowania, aby uniknąć drastycznych różnic. Jednym ze sposobów jest zachowanie szczególnej uwagi podczas etapów permeabilizacji próbek w trakcie immunobarwienia. Aby zoptymalizować sygnał fluorescencyjny, można poddać komórki lizie przed fiksacją i immunobarwieniem na APOE, co skutkuje równomiernym nasyceniem i lepszą segmentacją osadów APOE.
Dostarczono również segmentowane obrazy komórek dojrzewających na platformie hodowlanej innej niż płytka 96-dołkowa. Oprogramowanie LipidUNet zostało zastosowane do obrazów komórek hodowanych na wkładce transwell; chociaż złogi lipidowe zostały poddane progowaniu, zrobiono to również w przypadku porów w membranie transwell (Rysunek 6M-O). Ze względu na podobieństwo kształtu i rozmiaru, oprogramowanie LipidUNet w obecnej formie będzie maskować bez rozróżnienia zarówno złogi lipidowe, jak i pory transwell.

Rysunek 5: Reprezentatywne wyniki. (A,E,I) Komórki RPE w płytce 96-dołkowej poddane barwieniu jądra Hoechst (niebieski) oraz barwieniu Nile Red (magenta), BODIPY (zielony) lub APOE (pomarańczowy); przedstawiono maksymalne projekcje intensywności stosu Z. (B,F,J) Wejściowe obrazy w skali szarości dla oprogramowania LipidUNet po procesowaniu obrazu. (C,G,K) Maski wygenerowane przez LipidUNet, w których wszystkie depozyty zostały poprawnie zidentyfikowane. (D,H,L) Ponumerowane obrysy każdej zamaskowanej cząstki. Etykiety te pozwalają powiązać każdą cząstkę na obrazie z wpisem w arkuszu kalkulacyjnym z surowymi danymi. (A-D) przedstawia barwienie Nile Red; oprogramowanie jest w stanie dokładnie rozpoznać depozyty na tle, mimo słabszego sygnału. (E-H) pokazuje silny kontrast między sygnałem BODIPY a tłem, co jest stanem idealnym. LipidUNet poprawnie identyfikuje każdy depozyt na obrazie. (I-L) przedstawia silny sygnał APOE i obrazuje zmienność saturacji sygnału, która często występuje przy tym barwieniu. Mimo to segmentacja obrazu pozwala zidentyfikować granice każdego depozytu APOE. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rycina 6: Nieoptymalne wyniki. (A,D,G,J,M) Komórki RPE w płytce 96-dołkowej barwione Hoechst (jądra komórkowe, kolor niebieski) oraz Nile Red (magenta), BODIPY (zielony) lub APOE (pomarańczowy); przedstawiono projekcje maksymalnej intensywności ze stosu Z. (B,E,H,K,N) Obrazy wejściowe w skali szarości dla oprogramowania LipidUNet po procesowaniu obrazu. (C,F,I,L,O) Błędne maski wygenerowane przez LipidUNet. Czerwone okręgi wskazują miejsca, w których oprogramowanie błędnie zidentyfikowało złóg lipidowy. (A-C) Procesowanie Nile Red jest błędne, ponieważ oprogramowanie zidentyfikowało barwienie tła jako złóg. Może to zdarzać się częściej przy wysokim poziomie tła i niewielkiej liczbie złogów lipidowych na obrazie. Przedstawiono dwa przykłady barwienia BODIPY: obraz słabej jakości wynikający ze (D-F) słabego barwienia BODIPY oraz (G - I) silny sygnał BODIPY z wysokim poziomem tła. W obu przypadkach oprogramowanie nie jest w stanie odróżnić małych, okrągłych złogów lipidowych od okrągłego pierścienia tła otaczającego jądro. Chociaż barwienie i obrazowanie powinny zostać zoptymalizowane, aby uniknąć tych błędów, najnowsza wersja LipidUNet została w znacznym stopniu ulepszona pod kątem takich obrazów. (J-L) Błędna segmentacja APOE. Ze względu na większą zmienność rozmiaru i nasycenia sygnału złogów, oprogramowanie ma trudności z rozpoznaniem niektórych z nich. (M-O) RPE wysiane na transwell i barwione Nile Red. Przedstawiono przekrój stosu Z z widocznymi złogami lipidowymi Nile Red oraz porami transwell. Oprogramowanie nie potrafi odróżnić tych dwóch elementów, co obrazuje czerwony okrąg zawierający pory transwell oraz zielona strzałka wskazująca złogi Nile Red. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 7: Porównanie narzędzi do tworzenia masek. (A,B,C) Komórki RPE w płytce 96-dołkowej z różnym stopniem odkładania lipidów zostały zidentyfikowane za pomocą Nile Red (czerwony). Obrazy zamaskowano przy użyciu trzech różnych powszechnych metod maskowania: Find Maxima, Max Entropy i Renyi Entropy, a następnie porównano z maską wygenerowaną przez LipidUNet. Obrazowi oryginalnemu towarzyszy ręczne przeliczenie złogów lipidowych, natomiast maski wyświetlają liczby przewidziane przez każdą metodę segmentacji. Średni współczynnik błędów dla każdej metody segmentacji obliczono według następującego wzoru: średnia[(|Liczba Przewidziana - Liczba Ręczna|/Liczba Ręczna) x 100]. Maska wygenerowana przez LipidUNet dokładniej identyfikuje złogi lipidowe na obrazach o zróżnicowanym stopniu odkładania w porównaniu z innymi metodami maskowania (Średnie współczynniki błędów: 23% LipidUnet, 1164% Find Maxima, 851% Max Entropy, 203% Renyi Entropy). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| Składnik | Nr katalogowy | Stężenie zapasu | Stężenie końcowe | mL |
| MEM alpha | 12571-063 | NA | | 500 |
| Suplement N2 | 17502-048 | NA | 1% | 5 |
| FBS inaktywowany ciepłem | SH30071.03 | NA | 5% | 25 |
| NMEM NEAA | 11140-050 | 10mM | 0.01mM | 5 |
| Pirowinian sodu | 11360-070 | 100mM | 1mM | 5 |
| Penicylina-streptomycyna | 15140-122 | 10000u/mL | 100U/mL | 5 |
| Tauryna | T4571 | 50mg/mL | 250ug/mL | 2.5 |
| Hydrokortyzon | H6909 | 18.1mg/L | 20ug/L | 0.553 |
| T3 | T5516 | 20ug/L | 0.013ug/L | 0.33 |
| Objętość całkowita, mL | 548.383 |
Tabela 1: Skład odczynników RPE-MM. Lista odczynników i optymalne stężenia dla RPE-MM.