$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wpływ zestandaryzowanego przygotowania na jakość obrazowania
Parametry płytki skonfigurowano tak, aby instrument mógł niezawodnie zlokalizować warstwę obrazu komórek. Próbki przygotowane w postaci pojedynczej warstwy komórek o umiarkowanej konfluencji ułatwiły ustawienie ostrości obrazu przy różnych powiększeniach obiektywu oraz poprawiły rozpoznawanie obrazów i analizę ilościową. Standaryzowane przygotowanie próbek i zoptymalizowane parametry płytki skutecznie zminimalizowały efekty brzegowe, nakładanie się komórek oraz inne czynniki przyczyniające się do niskiej jakości obrazowania (Rycina 1).
Porównanie funkcji metod obliczeń obrazowych
Do rozróżnienia komórek żywych i martwych zastosowano metodę podwójnego barwienia PI/Hoechst 33342. Metody Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead oraz CME skutecznie przetworzyły te obrazy, identyfikując obiekty na podstawie intensywności fluorescencji i rozmiaru obiektów, podczas gdy program ImageJ identyfikował obiekty na podstawie wartości skali szarości. Wyniki znakowania uzyskane tymi metodami były ogólnie porównywalne (Rycina 3A–E).
Metoda wielodługościowego zliczania komórek wymaga barwienia jąder w celu identyfikacji wszystkich komórek (Rysunek 4A). Pozwala ona na analizę do 7 kanałów obrazowania i obliczanie parametrów, takich jak liczba komórek, powierzchnia oraz gęstość optyczna.
Metoda Live-Dead była bardziej elastyczna niż metoda Multi-Wavelength Cell Scoring. Oba kanały zapewniają moduły do barwienia jąder, barwienia cytoplazmy lub połączonego barwienia jądrowo-cytoplazmatycznego w celu identyfikacji wszystkich komórek, komórek żywych lub komórek martwych. Funkcja Split touching objects oddziela nakładające się obiekty, umożliwiając obliczenie liczby komórek, pola powierzchni oraz gęstości optycznej. Jednakże, ponieważ przetwarza ona wyłącznie dane dwukanałowe, była ona szczególnie odpowiednia dla testów żywotności komórek barwionych podwójnie PI/Hoechst 33342 (Rysunek 4B).
Metoda CME opierała się na zdefiniowanej przez użytkownika logice przetwarzania obrazów. Liczba przetwarzanych kanałów odpowiadała liczbie kanałów akwizycji. 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 umożliwiała również obliczenie wielu parametrów obiektów do analizy wielowymiarowej.
Oprogramowanie ImageJ nie przetwarzało wielu kanałów jednocześnie. W przypadku serii obrazów z istotnymi różnicami w tle konieczne było ręczne przetwarzanie i dostosowywanie progu, co zwiększało subiektywizm i zmniejszało powtarzalność.
Analiza różnic w wynikach przetwarzania
Analiza porównawcza metod przetwarzania obrazów nie wykazała istotnych różnic w całkowitej liczbie komórek, liczbie martwych komórek ani stosunku komórek martwych do wszystkich komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME, ImageJ a tradycyjnym liczeniem ręcznym w 9 polach widzenia (Rycina 5A–C, Plik uzupełniający 1).
Podobnie, nie zaobserwowano istotnych różnic w stosunku powierzchni martwych komórek do całkowitej powierzchni komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead, CME a ImageJ. Jednakże, na podstawie danych uzyskanych z 81 pól widzenia, odnotowano istotną różnicę w stosunku średniego natężenia fluorescencji komórek martwych do natężenia wszystkich komórek pomiędzy metodami Multi-Wavelength Cell Scoring, Live-Dead oraz CME (Rysunek 5D–F).
Na podstawie tych wyników opracowano ustandaryzowany schemat pracy dla systemu obrazowania wysokotreściowego (Rysunek 6).

Rycina 1: Wyniki obrazowania o niskiej jakości. (A) Pole widzenia znajduje się blisko krawędzi dołka, co powoduje powstawanie cieni rzucanych przez krawędź dołka (w tym przypadku komórki BV2). (B) Strzałki a i b wskazują nakładanie się komórek w kanale DAPI i kanale TL, przy nadmiernej konfluencji komórek, a nawet występowaniu drugiej warstwy lub pojedynczych komórek pływających. (C) Pole widzenia nie zawiera 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. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Ustawienia parametrów obrazowania. (A) Strzałka a wskazuje ikonę głębi bitowej. (B) Strzałka b wskazuje położenie funkcji korekcji cieniowania (Shading Correction). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Wyniki dla tego samego pola widzenia zidentyfikowane za pomocą kilku metod. (A) Wyniki maskowania 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 maskowania Live-Dead: obszary zielone i czerwone reprezentują wszystkie jądra komórkowe zidentyfikowane w kanale DAPI, przy czym obszar czerwony odpowiada jądrom martwych komórek zidentyfikowanym w kanale Cy3. (C) Wynik maskowania 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 ImageJ w kanale DAPI. (E) Wynik maskowania ImageJ w kanale Cy3. Pasek skali = 100 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 4: Częściowe strony ustawień parametrów. (A) Miejsce wskazane przez a pokazuje, że pierwszy kanał Multi-Wavelength Cell Scoring może wybrać wyłącznie jądro komórkowe; (B) b i c wskazują, że Live-Dead może przetwarzać tylko dwa kanały, obsługując podwójne barwienie PI/Hoechst 33342 dla komórek martwych i żywych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Różnice w wynikach przetwarzania obrazów fluorescencyjnych. (A) Różnice w całkowitej liczbie 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 liczby martwych komórek do wszystkich komórek pomiędzy czterema metodami przetwarzania. (E) Różnice w stosunku pola powierzchni martwych komórek do pola powierzchni wszystkich komórek pomiędzy czterema metodami przetwarzania. (F) Różnice w stosunku średniej intensywności fluorescencji martwych komórek do intensywności wszystkich komórek w czterech metodach przetwarzania. Wszystkie słupki błędów na wykresach reprezentują odchylenia standardowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Znormalizowany proces operacyjny. Schemat blokowy podsumowujący znormalizowaną procedurę przygotowania próbek, barwienia fluorescencyjnego, obrazowania wysokotreściowego, przetwarzania obrazów, eksportu obrazów oraz analizy danych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą 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.