$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Обзор принципа работы устройства ImageStream представлен на рисунке 1. Он создает несколько изображений с высоким разрешением каждой ячейки в потоке, включая светлое поле (BF), темное поле (DF или боковой рассеянный свет) и флуоресцентный канал (каналы), как показано на рисунке 2 с тремя различными ячейками, помеченными УНТ. Также показаны наложения этих каналов, на первый взгляд иллюстрирующие корреляцию.
Учитывая, что весь анализ постобработки основан на визуализации клеток, выбор сфокусированных клеток имеет решающее значение для исследования (Рисунок 3). На самом деле, присутствие УНТ вызывает изменения как в контрасте, так и в градиенте по сравнению с немечеными клетками: сфокусированные клетки, усвоившие значительное количество УНТ, как правило, имеют низкий среднеквадратичный градиент (который обычно является уникальным параметром, используемым для различения сфокусированных и несфокусированных клеток), но также и важный контраст, объясняющий, почему бипараметрический график важен. На рисунке 3 показано различие между несфокусированными (желтая область) и сфокусированными клетками (синяя область).
Интернализованные в клетках УНТ четко различимы - особенно на BF, проявляющихся в виде сильно поглощающих темных пятен (см. эффект различной концентрации маркировки, Рисунок 4). Кроме того, был проанализирован средний сигнал пикселей на BF, что дало относительную количественную оценку поглощения: графики на рисунке 5 показывают его значительное увеличение с концентрацией УНТ-мечения (результаты для около 7000 клеток в одном экспериментальном состоянии).
Во-вторых, количественное определение УНТ также возможно с помощью масок, применяемых либо к ограниченному диапазону темных пикселей BF, либо к пикселю высокой интенсивности DF (см. примеры на рисунке 6), соответствующим пятнам, образовавшимся в результате присутствия УНТ. Таким образом, построение графика площади этих масок позволяет выделять и увеличивать поглощение (как показано на рисунке 7 с площадью маски на BF, выбирая пиксели в диапазоне от 0 до 533).
Кроме того, корреляцию между пятнами на BF и DF можно оценить, построив график зависимости интенсивности DF от среднего сигнала BF в пикселях (как на рисунке 8) (анализ, не зависящий от маски) или площади маски на BF (маска 1) по отношению к площади на DF (маска 2).
Что касается процедуры, созданной для локализации УНТ внутри клеток, на рисунке 9A показаны различные маски, которые были созданы. Обратите внимание, что надежность масок локализации (основанных на эрозии маски ячеек по умолчанию) должна быть проверена визуально на коллекции помеченных и непомеченных ячеек. Для всех образцов используются одни и те же маски.
Построение графика общей площади черных пятен на клеточной мембране по сравнению со всей клеткой дает оценку интернализации для клеток, которые инкубировались в течение 20 часов при 37 °C, по сравнению с 2 часами инкубации при 4 °C (см. рисунок 9B); это показывает, что УНТ в основном расположены на мембране при 4 °C, тогда как при 37 °C УНТ интернализуются более чем в 90% клеток.
Наконец, что касается флуоресценции, этот параметр не использовался в качестве индикатора для количественного определения УНТ из-за слишком низкой корреляции между флуоресцентными пятнами и пятнами на BF (и DF). Действительно, корреляция между интенсивностью FITC и средним пикселем яркого поля указывает на коэффициент корреляции Пирсона, равный -0,2. На рисунке 10 показаны два случая, в которых сигнал флуоресценции правильно или не совпадает с черным пятном яркого поля.

Рисунок 1. Обзор ImageStream - общая работа. Мультиспектральная система визуализации получает до 12 изображений на ячейку в трех различных режимах: светлопольный, темное и флуоресцентное. Установка состоит из 5 возбуждающих лазеров, в том числе 405, 488, 560 и 658 нм. Свет собирается от клеток, протекающих в кювете с различными линзами объектива (в данном исследовании использовалась объективная линза 40X) и передается на элемент спектрального разложения, который представляет собой набор длинночастотных фильтров в угловой решетке. ПЗС-камера, собирающая изображения клеток, работает с использованием метода, называемого интегрированием с задержкой по времени, чтобы избежать искажения изображений. Увеличенная глубина резкости (EDF) является опцией.

Рисунок 2. Галерея изображений клеток, меченных углеродными нанотрубками (50 г/мл), полученных с помощью ImageStream по различным каналам (светлое поле (BF), темное поле (DF), флуоресценция (FITC) и их наложения). УНТ, заключенные во внутриклеточных лизосомах, проявляются в виде больших черных пятен на изображениях в ярком поле. И наоборот, они создают яркие пятна на темном поле и на флуоресцентных изображениях.

Рисунок 3. Выбор клеток в фокусе. Двумерная точечная диаграмма, представляющая среднеквадратичный градиент (среднеквадратичное значение) в зависимости от контраста на изображениях BF, позволяет исключить несфокусированные ячейки. Здесь желтая область представляет собой несфокусированные клетки, тогда как сфокусированные клетки представлены синим. Несфокусированные ячейки характеризуются как низкой контрастностью, так и низким градиентом, равным среднеквадратичным значениям на изображении в светлом поле. В дополнение к среднеквадратичному градиенту, функция контраста требуется для различения сфокусированных клеток после их маркировки с помощью УНТ.

Рисунок 4. Дозозависимое поглощение УНТ, визуализированное с помощью ImageStream. Количество и площадь черных пятен на изображениях в светлом поле увеличиваются с дозой УНТ во время инкубации с клетками (в диапазоне от 0 до 50 мкг/мл). Обратите внимание, что контрольные клетки лишены черных пятен.

Рисунок 5. Относительная количественная оценка поглощения УНТ на основе изображений яркого поля. Гистограммы признака среднего пикселя, примененные к «объекту» маски, на котором изображена вся ячейка, ясно показывают дозозависимое поведение, которое может быть использовано для количественной оценки. Диапазон R9 включает в себя УНТ-положительные клетки.

Рисунок 6. Создание масок с выделением черных пятен на BF и ярких пятен на DF изображениях. Поскольку УНТ выглядят как сильно поглощающие темные пятна на изображении BF, в данном исследовании создается пороговая маска для выбора ограниченного диапазона пикселей с низкой интенсивностью, составляющей от 0 до 533 (Маска 1, обозначение: Intensity(M01, BF, 0-533)). И наоборот, для выделения яркого пятна на DF, соответствующего областям с высокой интенсивностью (в данном случае 150-4095) на DF-изображении (Mask 2, обозначение: Intensity (M06, DF, 150-4095)) используется маска, соответствующая областям с высокой интенсивностью рассеивания.

Рисунок 7. Дозозависимое поглощение УНТ продемонстрировано количественной оценкой площади черного пятна на изображениях BF. Используя пороговую маску (маску 1), примененную к ДП, можно количественно определить площадь черных точек для каждой клетки, показывая дозозависимое распределение.

Рисунок 8. Методы количественной оценки УНТ на основе изображений BF (поглощение) и DF (рассеяние) коррелированы. Слева, среднее значение пикселя на изображении BF в зависимости от интенсивности на изображении DF, показывает хорошую корреляцию для клеток, меченных CNT (50 мкг/мл) (коэффициент корреляции Пирсона r = -0,68). Справа область маски, прилегающей к темным пятнам на БТ, в сравнении с областью маски, прилегающей к светлым пятнам на ДФ для клеток, меченных УНТ (50 мкг/мл). Коэффициент корреляции Пирсона r = -0,83.Построены значения из 7 000 ячеек.

Рисунок 9. Локализация УНТ в клетках с помощью специфических масок. (А) Маски создаются в соответствии с определенным местом клетки, а именно слева направо - вся клетка, только мембрана и внутренняя часть клетки. Другая маска подходит для черных точек благодаря пороговой интенсивности (Маска 1, обозначение: Intensity(M01, BF, 0-533))). (В) Оценка локализации УНТ может быть получена путем измерения площади черных пятен на различных локализациях клеток с использованием масок локализации, описанных в А. Инкубация с УНТ (50 мкг/мл) проводилась как при 37 °С, так и при 4 °С для ингибирования пути интернализации. График, представляющий черную область на мембране в сравнении с черной областью на всей клетке, показывает дозозависимую абсорбцию УНТ на мембране при 4 °C, в то время как полная интернализация CNT эффективна при 37 °C.

Рисунок 10. Колокализация УНТ-индуцированных черных пятен на БФ с флуоресцентными яркими пятнами на FITC-изображении. Флуоресцентные яркие пятна не всегда колокализованы с черными пятнами на BF. Они правильно совпадают для первых двух отображаемых ячеек, но не для последних двух.