$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Niniejszy protokół dostarcza parametrów ilościowych sieci włókien elastycznych w różnych obszarach płuc i w różnych warunkach eksperymentalnych. Analiza TWOMBLI, opisana wcześniej, pozwala na wyznaczenie takich parametrów jak długość włókien, gęstość rozgałęzień, lakunarność oraz wymiar fraktalny w celu oceny macierzy zewnątrzkomórkowej10. Opierając się na tym modelu, nasze podejście umożliwia kompleksową charakterystykę organizacji włókien elastycznych, co pozwala na ocenę zmian w obfitości, łączności, jednolitości i złożoności strukturalnej włókien zarówno w fizjologicznych, jak i patologicznych tkankach płuc.
W zdrowej tkance płucnej włókna elastyny tworzą długie, ciągłe i dobrze uporządkowane sieci wzdłuż przegród pęcherzyków płucnych i struktur okołubronchialnych. W przeciwieństwie do nich, płuca patologiczne lub zmienione metabolicznie, na przykład pochodzące od myszy otyłych, często wykazują zwiększone rozgałęzienia i większą złożoność sieci, co odzwierciedla zmiany w organizacji włókien elastyny3. Reprezentatywne wyniki, w tym maski binarne i parametry ilościowe, przedstawiono na Rysunku 1A, B. Wyniki te mogą być zintegrowane z analizami histologicznymi i molekularnymi w celu oceny integralności ECM oraz stopnia przebudowy3. Lakunarność oraz wypełnianie luk zostały zilustrowane na przykładzie zdrowej tkanki płucnej, aby zwizualizować różnice w organizacji ECM (Rysunek 1C). W połączeniu z innymi miarami ilościowymi parametry te oddają złożoność sieci i ujawniają zmiany w architekturze tkanki wynikające z reorganizacji ECM, dostarczając informacji o odrębnych wzorcach przebudowy strukturalnej w obrębie sieci włókien elastyny.
Dokładna interpretacja tych wyników ilościowych w krytyczny sposób zależy od wysokiej jakości akwizycji i przetwarzania obrazów. Nieoptymalne warunki obrazowania lub przetwarzania, w tym słaba ostrość, niespójne oświetlenie lub niedokładna estymacja wektora barwienia, mogą prowadzić do powstania pofragmentowanych lub zaszumionych masek, a w konsekwencji do niewiarygodnych wyników ilościowych (Rysunek 1D). Dlatego też staranna inspekcja wizualna surowych obrazów i wyników segmentacji jest niezbędna do zapewnienia jakości danych przed ich interpretacją. Nieoptymalne maski można zazwyczaj rozpoznać po nadmiernej fragmentacji ciągłych włókien, nieciągłej lub niepełnej segmentacji, włączeniu szumu tła jako struktur włóknistych lub słabym pokryciu pierwotnego wzoru barwienia przez wygenerowaną maskę, co wskazuje na konieczność ponownej oceny akwizycji obrazu, estymacji wektora barwienia lub parametrów segmentacji. Aby zilustrować te cechy, celowo przeanalizowano przekroje z barwieniem kontrastowym, które utrudnia identyfikację włókien elastycznych i prowadzi do nieoptymalnej segmentacji. Przykład takiej maski niskiej jakości przedstawiono na Rysunku 1E. Aby dodatkowo ocenić solidność i powtarzalność schematu postępowania, zbiory obrazów zostały niezależnie przeanalizowane przez dwóch badaczy przy użyciu tych samych zoptymalizowanych parametrów analizy (Rysunek 2A). Dodatkowo do oceny zmienności biologicznej włączono próbki pochodzące od niezależnych zwierząt (Rysunek 2B). Porównywalne wyniki ilościowe uzyskano u różnych operatorów i w powtórzeniach biologicznych, co potwierdza powtarzalność i niezależność od użytkownika proponowanego potoku analizy obrazu. Wspólnie analizy te wykazują, że opisany schemat postępowania umożliwia rzetelną ocenę organizacji włókien elastycznych i ułatwia porównania między stanami fizjologicznymi a patologicznymi.

Rycina 1. Schemat analizy barwienia elastyką. (A) Reprezentatywny obraz surowy, odizolowany sygnał włókien elastycznych uzyskany poprzez dekonwolucję obrazu, maska binarna wygenerowana za pomocą TWOMBLI oraz nałożenie oryginalnych włókien elastycznych na odpowiadającą im maskę, co demonstruje dokładną segmentację. (B) Reprezentatywne parametry ilościowe wygenerowane przez analizę TWOMBLI. (C) Przykłady analiz lakunarności i wypełniania luk w zdrowej tkance płuc myszy, ilustrujące różnice w organizacji macierzy pozakomórkowej. (D) Ilustracja pofragmentowanych i zaszumionych masek wynikających z nieoptymalnej akwizycji lub przetwarzania obrazu. (E) Przekrój tkanki barwiony hematoksyliną i eozyną, wykazujący upośledzoną identyfikację włókien elastycznych i nieoptymalne generowanie maski. Wskazano obszary wykazujące słabą zgodność między oryginalnym wzorem barwienia a wygenerowaną maską. Pasek skali A, D = 100 µm, E = 50 µm. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2. Powtarzalność i solidność schematu analizy włókien elastycznych. (A) Zbiory obrazów zostały niezależnie przeanalizowane przez dwóch badaczy przy użyciu parametrów analizy TWOMBLI w celu oceny powtarzalności międzyoperatorowej. Przedstawiono ilościowe wskaźniki uzyskane za pomocą TWOMBLI. A i B oznaczają dwóch niezależnych operatorów. (B) Przeanalizowano próbki pobrane od niezależnych zwierząt w celu oceny zmienności biologicznej. Przedstawiono ilościowe wskaźniki uzyskane za pomocą TWOMBLI, które wykazują porównywalne wyniki w powtórzeniach biologicznych i potwierdzają solidność potoku analizy. M1, M2 i M3 oznaczają poszczególne zdrowe zwierzęta. n = 3, analiza statystyczna została przeprowadzona przy użyciu jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) z następującym po niej testem porównań wielokrotnych Dunnetta. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| Parametry | Wartości |
| Nasycenie kontrastu | 0.75 |
| Minimalna szerokość linii | 5 |
| Maksymalna szerokość linii | 10 |
| Okno minimalnej krzywizny | 20 |
| Okno maksymalnej krzywizny | 80 |
| Minimalna długość gałęzi | 10 |
| Maksymalny wyświetlacz HDM | 175 |
| Minimalna średnica szczeliny | 0 |
Tabela 1: Podsumowanie parametrów ilościowych uzyskanych za pomocą TWOMBLI. Przegląd parametrów generowanych przez TWOMBLI oraz ich interpretacji w celu oceny architektury włókien elastycznych w tkance płucnej. Metryki obejmują pomiary liczebności włókien, rozgałęzień, orientacji, łączności oraz organizacji sieci.
Plik uzupełniający 1: Obiektywne pęcherzyki ROI Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 2: Obiektywny obszar ROI okołubronchialny Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.