Wpływ standaryzowanego przygotowania na jakość obrazowania
Parametry płytki skonfigurowano w taki sposób, aby instrument mógł niezawodnie zlokalizować warstwę obrazu komórek. Próbki przygotowane jako pojedyncza warstwa komórek o umiarkowanej konfluencji ułatwiły ustawienie ostrości obrazu przy różnych powiększeniach obiektywu oraz poprawiły rozpoznawanie obrazów i analizę ilościową. Ustandaryzowane przygotowanie próbek i zoptymalizowane parametry płytki skutecznie zminimalizowały efekty brzegowe, nakładanie się komórek oraz inne czynniki wpływające na niską jakość obrazowania (Rycina 1).
Porównanie funkcji metod obliczania obrazów
Do rozróżnienia komórek żywych i martwych zastosowano metodę podwójnego barwienia PI/Hoechst 342. Metody Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead oraz CME skutecznie przetworzyły te obrazy, identyfikując obiekty na podstawie intensywności fluorescencji i rozmiaru obiektu, podczas gdy program ImageJ identyfikował obiekty na podstawie wartości skali szarości. Wyniki znakowania uzyskane za pomocą tych metod były w целом porównywalne (Rycina 3A–E).
Metoda wielodługościowego zliczania komórek wymagała barwienia jąder w celu identyfikacji wszystkich komórek (Rysunek 4A). Może ona przetwarzać do 7 kanałów obrazowania i obliczać parametry, w tym liczbę komórek, powierzchnię oraz gęstość optyczną.
Metoda Live-Dead okazała się bardziej elastyczna niż metoda Multi-Wavelength Cell Scoring. Oba kanały oferują moduły do barwienia jąder, barwienia cytoplazmy lub łączonego barwienia jądrowo-cytoplazmatycznego w celu identyfikacji wszystkich komórek, komórek żywych lub martwych. Funkcja Split touching objects oddziela nakładające się obiekty, co umożliwia obliczenie liczby komórek, ich powierzchni oraz gęstości optycznej. Ponieważ jednak metoda ta przetwarzała wyłącznie dane dwukanałowe, była ona szczególnie odpowiednia dla testów żywotności komórek podwójnie barwionych PI/Hoechst 342 (Rycina 4B).
Metoda CME opierała się na zdefiniowanej przez użytkownika logice przetwarzania obrazów. Liczba przetwarzanych kanałów odpowiadała liczbie pozyskanych kanałów. Wyniki rozpoznawania były dopracowywane przy użyciu funkcji takich jak Fill Holes, Invert Objects, Grow Objects, Shrink Objects, Logical Operations, Remove Border Objects, Keep Marked Objects, Grow Objects without Touching, Mark Object Centers, Watershed, Remove Marked Objects oraz Filter Mask w celu wyeliminowania zanieczyszczeń i innych źródeł zakłóceń. Metoda ta umożliwiła również obliczenie wielu parametrów obiektów do analizy wielowymiarowej.
Program ImageJ nie przetwarzał wielu kanałów jednocześnie. W przypadku serii obrazów z istotnymi różnicami w tle konieczne było ręczne przetwarzanie i dostosowywanie progów, co zwiększało subiektywizm i ograniczało powtarzalność.
Analiza różnic w wynikach przetwarzania
Analiza porównawcza metod przetwarzania obrazów nie wykazała istotnych różnic w całkowitej liczbie komórek, liczbie martwych komórek ani w stosunku martwych komórek do wszystkich komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME, ImageJ oraz tradycyjnym liczeniem ręcznym w 9 polach widzenia (Rysunek 5A–C, Plik uzupełniający 1).
Podobnie, nie zaobserwowano istotnej różnicy w stosunku powierzchni martwych komórek do całkowitej powierzchni komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME oraz ImageJ. Jednakże, na podstawie danych uzyskanych z 81 pól widzenia, stwierdzono istotną różnicę w stosunku średniej intensywności fluorescencji komórek martwych do intensywności wszystkich komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead oraz CME (Rycina 5D–F).
Na podstawie tych wyników opracowano ustandaryzowany schemat pracy dla systemu obrazowania wysokotreściowego (Rysunek 6).

Rysunek 1Niska jakość wyników obrazowania. (APole widzenia znajduje się blisko krawędzi studzienki, co powoduje widoczność cieni rzucanych przez krawędź studzienki (w tym przypadku komórki BV2).BStrzałki a i b wskazują na nakładanie się komórek w kanale DAPI i kanale TL, przy nadmiernej konfluencji komórek, a nawet obecności drugiej warstwy lub niektórych komórek pływających.C) Pole widzenia jest pozbawione komórek; parametry płytki są nieprawidłowe; ostrość nie jest ustawiona na warstwie komórek lub komórki nie zostały zabarwione, co skutkuje brakiem obrazu w tym polu widzenia. Pasek skali = 100 µm. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2Ustawienia parametrów obrazowania. (A) Strzałka a wskazuje ikonę głębi bitowej. (BStrzałka b wskazuje położenie funkcji korekcji cieniowania (Shading Correction). Aby wyświetlić większą wersję tego rysunku, należy kliknąć tutaj.

Rycina 3Wyniki dla tego samego pola widzenia zidentyfikowane za pomocą kilku metod. (A) Wyniki maski Multi-Wavelength Cell Scoring: obszary szare i czerwone reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar czerwony reprezentuje jądra martwych komórek zidentyfikowane w kanale Cy3. (B) Wyniki maski Live-Dead: zielone i czerwone obszary reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar czerwony odpowiada jądrom martwych komórek zidentyfikowanym w kanale Cy3. (C) wynik maski CME: obszary żółte i niebieskie reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar niebieski odpowiada jądrom martwych komórek zidentyfikowanym w kanale Cy3. (D) Wynik maskowania w ImageJ dla barwienia DAPI. (E) Wynik maskowania w programie ImageJ dla kanału Cy3. Pasek skali = 100 µm. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4Strony z częściowymi ustawieniami parametrów. (A) Lokalizacja wskazana przez a pokazuje, że pierwszy kanał funkcji Multi-Wavelength Cell Scoring może zaznaczyć jedynie jądro komórkowe; (B) b i c wskazują, że Live-Dead może przetwarzać tylko dwa kanały, co umożliwia podwójne barwienie PI/Hoechst 342 w celu rozróżnienia komórek martwych i żywych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5Różnice w wynikach przetwarzania obrazów fluorescencyjnych. (A) Różnice we wszystkich liczbach komórek pomiędzy pięcioma metodami przetwarzania. (B) Różnice w liczbie martwych komórek pomiędzy pięcioma metodami przetwarzania. (C) Różnice w stosunku liczby martwych komórek do wszystkich komórek pomiędzy pięcioma metodami przetwarzania. (D) Różnice w stosunku martwych komórek do wszystkich komórek pomiędzy czterema metodami przetwarzania. (E) Różnice w stosunku powierzchni martwych komórek do całkowitej powierzchni komórek pomiędzy czterema metodami przetwarzania. (F) Różnice w stosunku średniej intensywności fluorescencji komórek martwych do intensywności fluorescencji wszystkich komórek w czterech metodach obróbki. Wszystkie słupki błędów na wykresach reprezentują odchylenia standardowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 6Standardowa procedura operacyjna. Schemat blokowy podsumowujący ustandaryzowaną procedurę przygotowania próbek, barwienia fluorescencyjnego, obrazowania wysokotreściowego, przetwarzania obrazów, eksportu obrazów oraz analizy danych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Plik uzupełniający 1. Surowe dane dla analizy liczby komórek, pola powierzchni i intensywności fluorescencji przedstawione na Rysunku 5.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.