Detta dokument beskriver en öppen källkod digital bildkorrelationsalgoritm för mätning av lokala 2D-vävnadsstammar inom senexplantat. Teknikens noggrannhet har validerats med hjälp av flera tekniker, och den är tillgänglig för allmän användning.
Det finns ett stort vetenskapligt intresse för att förstå de stammar som senceller upplever in situ och hur dessa stammar påverkar vävnadsremodellering. Baserat på detta intresse har flera analystekniker utvecklats för att mäta lokala vävnadsstammar inom senexplantat under belastning. I flera fall har dock dessa teknikers noggrannhet och känslighet inte rapporterats, och ingen av algoritmerna är offentligt tillgängliga. Detta har gjort det svårt för en mer utbredd mätning av lokala vävnadsstammar i senexplantat. Därför var målet med denna uppsats att skapa ett validerat analysverktyg för mätning av lokala vävnadsstammar i senexplantat som är lättillgängligt och lätt att använda. Specifikt anpassades en offentligt tillgänglig augmented-Lagrangian digital image correlation (ALDIC) algoritm för att mäta 2D-stammar genom att spåra förskjutningarna av cellkärnor i musens akillessenor under enaxlig spänning. Dessutom validerades noggrannheten hos de beräknade stammarna genom att analysera digitalt transformerade bilder, samt genom att jämföra stammarna med värden bestämda från en oberoende teknik (dvs. fotoblekta linjer). Slutligen införlivades en teknik i algoritmen för att rekonstruera referensbilden med hjälp av det beräknade förskjutningsfältet, som kan användas för att bedöma algoritmens noggrannhet i frånvaro av kända töjningsvärden eller en sekundär mätteknik. Algoritmen kan mäta stammar upp till 0,1 med en noggrannhet på 0,00015. Tekniken för att jämföra en rekonstruerad referensbild med den faktiska referensbilden identifierade framgångsrikt prover som hade felaktiga data och indikerade att i prover med bra data var cirka 85% av förskjutningsfältet korrekt. Slutligen överensstämde de stammar som uppmättes i hälsenor med den tidigare litteraturen. Därför är denna algoritm ett mycket användbart och anpassningsbart verktyg för noggrann mätning av lokala vävnadsstammar i senor.
Senor är mekanokänsliga vävnader som anpassar sig och degenererar som svar på mekanisk belastning 1,2,3,4. På grund av den roll som mekaniska stimuli spelar i sencellbiologi finns det ett stort intresse för att förstå de stammar som senceller upplever i den ursprungliga vävnadsmiljön under belastning. Flera experimentella och analytiska tekniker har utvecklats för att mäta lokala vävnadsstammar i senor. Dessa inkluderar 2D / 3D digital bildkorrelation (DIC) analyser av ytstammar med antingen fläckmönster eller fotoblekta linjer (PBL) 5,6,7,8, mätning av förändringarna i centroid-till-centroidavståndet för enskilda kärnor i vävnaden 9,10 och en ny fullfälts 3D DIC-metod som tar hänsyn till rörelse utanför planet och 3D-deformationer 11 . Noggrannheten och känsligheten hos dessa tekniker har dock rapporterats i endast ett fåtal fall, och ingen av dessa tekniker har gjorts allmänt tillgängliga, vilket gör det svårt att allmänt anta och använda dessa tekniker.
Målet med detta arbete var att skapa ett validerat analysverktyg för mätning av lokala vävnadsstammar i senexplantat som är lättillgängligt och lätt att använda. Den valda metoden är baserad på en offentligt tillgänglig augmented-Lagrangian digital image correlation (ALDIC) algoritm skriven i MATLAB som utvecklades av Yang och Bhattacharya12. Denna algoritm anpassades för att analysera senprover och validerades genom att tillämpa den på digitalt transformerade bilder och genom att jämföra de stammar som uppmättes i faktiska senprover med resultaten erhållna från fotoblekta linjer. Dessutom implementerades ytterligare funktionalitet i algoritmen för att bekräfta noggrannheten i det beräknade förskjutningsfältet även i frånvaro av kända töjningsvärden eller en sekundär mätteknik. Därför är denna algoritm ett mycket användbart och anpassningsbart verktyg för att noggrant mäta lokala 2D-vävnadsstammar i senor.
Syftet med denna artikel var att tillhandahålla en validerad metod med öppen källkod för att mäta 2D-töjningsfält i senor under dragbelastning. Grunden för programvaran baserades på en allmänt tillgänglig ALDIC-algoritm12. Denna algoritm var inbäddad i en större MATLAB-kod med den extra funktionaliteten för inkrementell (kontra kumulativ) stamanalys. Denna anpassade algoritm tillämpades sedan på dragprovning av senor, och dess noggrannhet bedömdes med två olika tekniker (dvs. dig…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete finansierades av National Institutes of Health (R21 AR079095) och National Science Foundation (2142627).
5-DTAF (5-(4,6-Dichlorotriazinyl) Aminofluorescein), single isomer | ThermoFisher | D16 | |
Calipers | Mitutoyo | 500-196-30 | |
Confocal Microscope | Nikon | A1R HD | |
Corning LSE Vortex Mixer | Coning | 6775 | |
DRAQ5 Fluorescent Probe Solution (5 mM) | ThermoFisher | 62554 | |
MATLAB | MathWorks | R2022b | |
Tensile Loading Device | N/A | N/A | Tensile loading device described in Peterson et al, 2020. (ref 13) |
Tube Revolver Rotator | ThermoFisher | 88881001 |