Hodowanie organoidów w trzech wymiarach (3D) okazało się lepsze niż hodowle komórek dwuwymiarowych (2D) w naśladowaniu biologii in vivo1,2. Organoidy stały się niezastąpione w badaniach nad rakiem do przesiewowych testów na skuteczne leczenie i pozyskiwania wglądu w progresję choroby3,4,5,6. Chociaż w biologii nowotworów dobrze wiadomo, że różnice w morfologii korelują z odrębnym zachowaniem biologicznym komórek i tkanek, dziedzina ta opiera się na tradycyjnych metrykach kształtu, które są ograniczone w zakresie. Niniejsze badanie opisuje nowy algorytm przestrzenny, który obiektywnie ilościowo określa subtelne cechy morfologiczne z bezprecedensową precyzją, przewyższając tradycyjne podejścia takie jak pole, objętość i pole powierzchni.
Transformacja zlinearyzowanych skompresowanych współrzędnych polarnych (LCPC) została stworzona w celu obiektywnego i ilościowego opisu złożonych morfologii obserwowanych w histopatologii tkanek, z zamiarem poprawy klasyfikacji polipów jelit7. Pragnięcie poszerzenia tego podejścia w celu uchwycenia makroskopowych cech przestrzennych opartych na MRI w patologiach mózgu, takich jak zaburzenie dwubiegunowe i choroba Alzheimera, doprowadziło do ulepszeń, które zwiększyły jego efektywność. Niniejsze badanie opisuje krokową procedurę i najlepsze praktyki stosowania dwóch wersji transformacji LCPC: układu siatki równoległej i układu siatki radialnej, z których oba mają skrypty open-source i filmy tutorialowe.
Oprócz tradycyjnych metod geometrycznych istnieje wiele abstrakcji, które okazały się skuteczne w pomiarze złożonych kształtów komórek i narządów. Obejmują one pomiar miary wyciągnięcia, skośności, kontrastu i kurtozy, wraz z momentami Zernike do uchwycenia okrągłości, asymetrii, nieregularności krawędzi i globalnej struktury konturu8,9,10. Analiza fraktalna była również przydatna do redukcji złożonych konturów do wartości skalarnych, takich jak wymiar fraktalny, który mierzy nieregularność konturu oraz lakunarność, która mierzy niezwykle nierównomierny wygląd luk w konturze11,12. Do pomiaru tekstury popularną metodą jest Macierz Współwystępowania Poziomów Szarości (GLCM) do pomiaru kontrastu, energii, jednorodności, korelacji i entropii13,14. Podczas gdy wszystkie te metody są przydatne, żadna z nich nie została zaprojektowana do przechwytywania kontekstu przestrzennego, takiego jak kierunek grawitacji, lewo- vs. prawostronne, czy lokalizacja centralnej struktury wsparcia, która wpływa na kierunek zmiany kształtu. Co więcej, wiele z nich generuje pojedynczą wartość skalarną lub tylko kilka wartości skalarnych, aby reprezentować informacje przestrzenne, dlatego cytowane badania często stosują je w połączeniu, aby ocenić złożone kształty.
Transformacja LCPC została zaprojektowana tak, aby uzyskać wiele cech z jednego pomiaru i umożliwić dodanie markerów przestrzennych, które kodują kontekst przestrzenny w kształcie, takie jak kierunek grawitacji. Najbliższa metoda do transformacji LCPC7 została opublikowana rok później15, dzieląc tę samą ideę początkową: zastosowanie transformacji Fouriera do konturów komórek, aby zmierzyć kształt w postaci widma częstotliwości. Jednak transformacja LCPC została niezależnie opracowana, aby była stosowana za pomocą odrębnych układów siatki, które miały być używane w połączeniu z wiedzą o kontekście przestrzennym poza kształtem, który jest mierzony. Co więcej, wynalazca transformacji LCPC wyjaśnia w niniejszej publikacji, że wynikające z niej widmo częstotliwości zawiera ogromne ilości ukrytych informacji przestrzennych. Plik uzupełniający 1 zawiera rozszerzoną dyskusję na temat kontekstów przestrzennych w biologii, które są często pomijane przy użyciu cytowanych metod, oraz jak transformacja LCPC może być zastosowana do uchwycenia tego kontekstu. Dla czytelników, których dane kształtów nie wykazują różnicy między grupą kontrolną a eksperymentalną, czy też ich oczy nie widzą różnicy w kształtach, lub dla których dane kształtów wykazują bardzo niewielką różnicę, nawet jeśli podejrzewają, że powinna być ona większa, powinni wypróbować transformację LCPC.
Transformacja LCPC zapewnia bezprecedensowe poziomy precyzji w pomiarze informacji przestrzennych, ponieważ reprezentuje kształty w wielu wymiarach. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, takich jak pole i objętość, które dają tylko jedną wartość skalarną na kształt (czyli 25 cm2), wyniki transformacji LCPC mogą dawać wiele indeksów, z których każdy koreluje z różnym aspektem morfologicznym kształtu (czyli okrągłość vs. ostrakość naroży, gładkość vs. nierówności krawędzi). Transformacja LCPC opisuje kształt 2D poprzez nałożenie siatki prostych linii, które przecinają jego kontur. Każdy układ siat