हम उज्ज्वल क्षेत्र माइक्रोस्कोपी के साथ imaged तीन आयामी ट्यूमर spheroids के आकार को मापने के लिए एक उच्च throughput छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर आवेदन प्रस्तुत करते हैं. इस आवेदन दवा स्क्रीन में spheroids उपयोग करना चाहते हैं जो शोधकर्ताओं के लिए फायदेमंद है जो spheroids, पर चिकित्सीय औषधियों के प्रभाव की जांच करने के लिए एक तेजी से और प्रभावी तरीका प्रदान करता है.
दवाओं की खोज के लिए इन विट्रो मॉडल के रूप में तीन आयामी (3 डी) ट्यूमर spheroids के आवेदनों की बढ़ती संख्या के बड़े पैमाने पर छवि विश्लेषण सहित एक दवा स्क्रीन के हर कदम में बड़े पैमाने पर प्रदर्शन प्रारूपों के लिए उनके अनुकूलन की आवश्यकता है. वर्तमान में यह बड़े पैमाने पर प्रारूप को पूरा करने के लिए कोई उपयोग करने के लिए तैयार है और मुक्त छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर है. ज्यादातर मौजूदा तरीकों स्वयं एक कठिन और समय लेने वाली प्रक्रिया है जो imaged 3D spheroids, की लंबाई और चौड़ाई ड्राइंग शामिल है. इस अध्ययन के एक उच्च throughput छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर आवेदन प्रस्तुत करता है – SpheroidSizer, स्वचालित रूप से और सही imaged 3D ट्यूमर spheroids की बड़ी और छोटी अक्षीय लंबाई जो उपाय; प्रत्येक व्यक्ति के लिए 3 डी ट्यूमर अंडाकार आकृति की मात्रा की गणना करता है; फिर बाद में डेटा विश्लेषण में आसान जोड़तोड़ के लिए स्प्रेडशीट में दो अलग अलग रूपों में परिणाम outputs. इस सॉफ्टवेयर का मुख्य लाभ यह है कि अपने शक्तिशाली छवि विश्लेषण आवेदन हैछवियों की बड़ी संख्या के लिए अनुकूलित. यह उच्च throughput अभिकलन और गुणवत्ता नियंत्रण कार्यप्रवाह प्रदान करता है. 1,000 छवियों की प्रक्रिया के लिए अनुमानित समय एक न्यूनतम कॉन्फ़िगर किया लैपटॉप पर के बारे में 15 मिनट, या एक मल्टी कोर प्रदर्शन वर्कस्टेशन पर लगभग 1 मिनट है. ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) भी आसान गुणवत्ता नियंत्रण के लिए बनाया गया है, और उपयोगकर्ताओं को मैन्युअल रूप से कंप्यूटर के परिणाम ओवरराइड कर सकते हैं. इस सॉफ्टवेयर में उपयोग में कुंजी विधि अक्सर उच्च throughput स्क्रीन में स्वचालित इमेजिंग प्रसंस्करण विपत्तियां कि असमान रोशनी और शोर पृष्ठभूमि के साथ छवियों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जो भी सांप के रूप में जाना जाता सक्रिय समोच्च एल्गोरिथ्म, से अनुकूलित है. मानार्थ "मैनुअल प्रारंभ" और "हाथ खींचना" उपकरण spheroids और विविध गुणवत्ता छवियों का विभिन्न प्रकार से निपटने में SpheroidSizer को लचीलापन प्रदान करते हैं. इस उच्च throughput छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर उल्लेखनीय श्रम कम कर देता है और विश्लेषण की प्रक्रिया को गति. इस सॉफ्टवेयर को लागू ख हैशिक्षाविदों और उद्योग में दवा स्क्रीन के लिए इन विट्रो मॉडल में एक दिनचर्या बन करने के लिए 3 डी ट्यूमर spheroids के लिए eneficial.
तीन आयामी (3 डी) ट्यूमर spheroids 1-3 "सेल लगाव के लिए कोई कृत्रिम सब्सट्रेट के साथ ऊतकों के अनुरूप ट्यूमर कोशिकाओं के स्फेरिकली सममित समुच्चय," हैं. ट्यूमर की कोशिका विज्ञान और आकारिकी बेहतर mimics vivo में ट्यूमर के ऊतक संगठन और monolayer दो आयामी (2 डी) कोशिकाओं की तुलना में microenvironments spheroids. 3 डी ट्यूमर spheroids उच्च throughput कैंसर रोधी दवाओं की चिकित्सीय जांच के या उम्मीदवार दवाओं की प्रभावकारिता की जांच के लिए एक व्यावहारिक इन विट्रो मॉडल बन गए हैं vivo में जानवर या नैदानिक परीक्षण 4 से पहले. चिकित्सकीय, किसी भी कैंसर रोधी दवा उपचार की प्रभावकारिता कम ट्यूमर के विकास के आधार पर मूल्यांकन किया जाता है. तुलनात्मक रूप से, अंडाकार आकृति मात्रा में इन विट्रो कैंसर की दवा के अध्ययन के लिए प्रभावकारिता के एक उपाय के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. उपगोल मात्रा (v = 0.5 * लंबाई * चौड़ाई 2) (अधिक सामान्यतः लंबाई और चौड़ाई के रूप में जाना जाता है) बड़ी और छोटी अक्षीय लंबाई के आधार पर निर्धारित किया जाता हैspheroids के 6, 7. सबसे शोधकर्ताओं को मैन्युअल अक्सर माइक्रोस्कोपी कंपनियों द्वारा की पेशकश की और इमेजिंग उपकरणों के साथ एक साथ बेचा सॉफ्टवेयर का उपयोग कर, प्रत्येक अंडाकार आकृति पर लंबाई और चौड़ाई आकर्षित करने के लिए है. उच्च throughput दवा स्क्रीन प्रदर्शन कर रहे हैं और छवियों से अधिक सैकड़ों का उत्पादन कर रहे हैं जब यह तकनीक समस्याग्रस्त हो जाता है. हाल के कुछ अध्ययनों रोशनी सुधार और सरल thresholding शामिल है जो मौलिक विभाजन दिनचर्या / मैक्रोज़ विकसित करने के लिए इस तरह के CellProfiler 8-10 और ImageJ 11 के रूप में खुला स्रोत छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर toolboxes के उपयोग की सूचना दी. ये दिनचर्या अक्सर रोशनी हालत और छवि के विपरीत परिवर्तन के अनुसार छवियों के विभिन्न बैचों के लिए फिर से समायोजित करने की जरूरत है; इसलिए, इन सॉफ्टवेयर संकुल उच्च throughput छवि विश्लेषण की मजबूती की आवश्यकता को पूरा नहीं कर सकते हैं. फ्रेडरिक और सहयोगियों (2009) उपगोल की मात्रा अर्द्ध autom को मापने के लिए मालिकाना सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल कियाatically 5. Monazzam और उनके सहयोगियों ने 'कागज 10 में वर्णित विधि केवल छवियों का एक कम संख्या के लिए अंडाकार आकृति के आकार को मापने के लिए एक अर्द्ध स्वचालित तरीका था. इसलिए, 3 डी ट्यूमर spheroids के लिए मजबूत, लचीली, स्वचालित और तैयार करने के लिए उपयोग छवि विश्लेषण उपकरणों के लिए एक स्पष्ट की जरूरत वहाँ मौजूद है.
इस अध्ययन में, हम SpheroidSizer का वर्णन – एक MATLAB आधारित और खुला स्रोत सॉफ्टवेयर आवेदन स्वचालित रूप से और सही ढंग से ट्यूमर spheroids के आकार को मापने के लिए. SpheroidSizer एक ही सत्र में 3D spheroids की छवियों के कई अलग अलग बैचों पर कार्रवाई करने के लिए बनाया गया है. सक्रिय समोच्च एल्गोरिथ्म 12-14 उपयोग, SpheroidSizer मजबूती के साथ पृष्ठभूमि रोशनी में धीरे – धीरे परिवर्तन की उपेक्षा और छवि में spheroids पहचान, छवि के विपरीत परिवर्तन को सहन कर सकते हैं. यह भी जैसे, मलबे, नमूना से उत्पन्न, कई सामान्य कलाकृतियों को सहन कर सकते हैं. उपयोगकर्ताओं को गुणवत्ता विवाद प्रदर्शन कर सकते हैं तो कार्यप्रवाह बनाया गया हैएल दौरान या गणना के बाद. विश्लेषण परिणाम की मैनुअल अधिलेखित आसानी से मौके पर ही किया जा सकता है. समानांतर कंप्यूटिंग उपकरण बॉक्स का लाभ उठाते हुए, विश्लेषण गति आगे एक उपयोगकर्ता के कंप्यूटर पर एक साथ अभिकलन पर काम करने के लिए कई कंप्यूटिंग कोर समन्वय द्वारा बढ़ाया जा सकता है. इसके अलावा, SpheroidSizer बहाव के विश्लेषण उपकरणों के साथ आसान interfacing अनुमति देने के लिए दो अलग अलग रूपों में परिणाम outputs.
SpheroidSizer 3D ट्यूमर spheroids के आकार का सही निर्धारण के लिए – इस अध्ययन से एक तेज, लचीला, प्रभावी और स्वचालित कार्यक्रम प्रस्तुत करता है. SpheroidSizer प्रयोग करने में आसान है और कम से कम उपयोगकर्ता इनपुट की आवश्यकता है. SpheroidSizer की सही, चिकनी और सफल चलाने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कदम शामिल हैं: spheroids अच्छी तरह से की बढ़त को छूने के बिना मैदान के मध्य में imaged हैं कि; एक परियोजना के रूप में एक साथ विश्लेषण किया जा करने के लिए सभी फाइलें एक ही उद्देश्य के साथ एक ही खुर्दबीन के नीचे imaged किया जाना चाहिए; विश्लेषण किया जा करने के लिए सभी फ़ाइलों को सही ढंग से नामित और प्रोटोकॉल में संकेत के रूप में व्यवस्थित कर रहे हैं; और सही उपयोगकर्ता परिभाषित सेटिंग्स अभिकलन से पहले दर्ज किए गए हैं.
SpheroidSizer के फायदे छवि में क्रमिक पृष्ठभूमि परिवर्तन को सहन करने के साथ ही सक्रिय समोच्च एल्गोरिथ्म का उपयोग spheroids के सामान्य गोलाकार आकृति के अनुरूप जो चिकनी आकृति उत्पन्न करने की क्षमता शामिल है. सक्रिय का प्रदर्शनगरीब आरंभीकरण, या वांछित समोच्च से ध्यान भंग अन्य स्थानीय किनारों की उपस्थिति: समोच्च दो स्थितियों में समझौता किया जा सकता है. एक बड़ी अंडाकार आकृति का परिगलित कोर बताया जा रहा छोटे समोच्च में जिसके परिणामस्वरूप सक्रिय समोच्च आकर्षित करती है जब विशेष रूप से हमारे परीक्षण किया मामलों में, दूसरी स्थिति कभी कभी होता है. यह सीमा विशेष रूप से हाथ से सेट किया जाता है जब तक कि अन्य स्वचालित दहलीज आधारित विधियों भी इस स्थिति में पीड़ित कि ध्यान देने योग्य है. सॉफ्टवेयर इसलिए आगे उपयोगकर्ताओं का पता लगाने में मदद मिलेगी और आसान गुणवत्ता नियंत्रण सुविधाओं को उपलब्ध कराने से समझौता विभाजन में सुधार के लिए प्रयास डालता है. विभाजन त्रुटि गरीब आरंभीकरण से होता है, का उपयोग करता है स्वचालित आरंभीकरण ओवरराइड करने के लिए "मैनुअल प्रारंभ" उपकरण का उपयोग कर सकते हैं. छवि गुणवत्ता सक्रिय समोच्च के लिए भी गरीब है, जब उपयोगकर्ता आसानी से मात्रा का ठहराव में फ़ीड कि समोच्च "हाथ खींचना" कर सकते हैं. ऐसे CellProfiler के रूप में मौजूदा सॉफ्टवेयर एक अर्द्ध स्वचालित fashio में इस आवेदन के लिए अनुकूलित किया जा सकताएन. छवियों का एक सबसेट सही तरीके से मापने के लिए और अधिक मानवीय हस्तक्षेप की जरूरत है जब विभिन्न इमेजिंग शर्तों के साथ छवियों की बड़ी मात्रा में प्रस्तुत कर रहे हैं या जब कार्यप्रवाह बोझिल हो सकता है. SpheroidSizer अभिकलन और उच्च throughput छवि विश्लेषण कार्यप्रवाह प्रबंधन करने के लिए गुणवत्ता नियंत्रण के लिए एक सभी में एक सूट प्रदान करता है.
SpheroidSizer वर्तमान छवि के प्रति एक अंडाकार आकृति का पता लगाने के लिए सीमित है और केवल अंडाकार आकृति का अक्षीय लंबाई के उपाय कर रहा है. कार्यक्रम एक छवि में एकाधिक spheroids का पता लगाने या spheroids के आकार की निगरानी, परिगलित कोर के साथ spheroids पर ऐसी मात्रा का ठहराव के रूप में शोधकर्ताओं द्वारा की जरूरत आगे मात्रा का ठहराव का समर्थन करने के लिए बढ़ाया जा सकता है. इसके अलावा, कार्यक्रम विवो पूर्व नैदानिक या नैदानिक अनुसंधान में आयोजन निश्चित रूप से शोधकर्ताओं के लिए फायदेमंद होगा जो पशु या मानव से excised ट्यूमर के आकार का पता लगाने और मापने के लिए संशोधित किया जा सकता है. पता चला spheroids के बाद के प्रसंस्करण भी उद्देश्य की जांच की जा सकती हैगुणवत्ता नियंत्रण के लिए आवश्यक मानव प्रयास को कम करने और आगे throughput में सुधार पर आईएनजी. SpheroidSizer किसी भी प्रकार की कोशिकाओं से उत्पादित कर रहे हैं, और इसलिए एक व्यापक कैंसर अनुसंधान समुदाय द्वारा इस्तेमाल किया जा सकता है कि 3 डी ट्यूमर spheroids के लिए एक सामान्यीकृत छवि विश्लेषण आवेदन है.
The authors have nothing to disclose.
हम अपने शोध पर उनके समर्थन के लिए रेमंड और बेवर्ली Sackler फाउंडेशन को धन्यवाद देना चाहूंगा.
Axiovert 200M inverted microscope | Carl Zeiss Microscopy, LLC | microscope for imaging | |
Vostro 1720 | Dell Inc. | single-core regular laptop | |
HP Z820 | HP Inc. | multi-core performance workstation | |
Matlab and Simulink R2013a | Mathworks, Inc, Natick, MA | Matlab software |