نقدم تطبيق عالية الإنتاجية برمجيات تحليل الصور لقياس حجم الورم الكروية ثلاثية الأبعاد المصورة مع المجهر مشرق الميدان. يوفر هذا التطبيق طريقة سريعة وفعالة لدراسة آثار العقاقير العلاجية على الأجسام الشبه الكروية، وهو مفيد للباحثين الذين يرغبون في استخدام الأجسام الشبه الكروية في شاشات المخدرات.
عدد متزايد من تطبيقات ثلاثية الأبعاد (3D) الكروية الورم لتكون نموذجا في المختبر لاكتشاف المخدرات يتطلب تكيفها مع صيغ الفرز على نطاق واسع في كل خطوة من شاشة المخدرات، بما في ذلك تحليل الصور على نطاق واسع. حاليا لا يوجد برنامج تحليل الصور الجاهزة للاستخدام وحرية الوفاء بهذا الشكل على نطاق واسع. تنطوي معظم الطرق القائمة يدويا رسم طول وعرض الأجسام الشبه الكروية 3D تصويرها، وهي عملية شاقة وتستغرق وقتا طويلا. تقدم هذه الدراسة على الإنتاجية العالية تطبيق برامج تحليل الصور – SpheroidSizer، والذي يقيس طول محوري الرئيسية والثانوية للتصوير 3D الكروية الورم تلقائيا وبدقة؛ يحسب حجم كل فرد الورم كروي 3D؛ ثم إخراج النتائج في شكلين مختلفين في جداول البيانات لسهولة التلاعب في تحليل البيانات اللاحقة. الميزة الرئيسية لهذا البرنامج هو قوية صورة تطبيق تحليله هذا هوتكييفها لأعداد كبيرة من الصور. ويوفر حساب الإنتاجية العالية وسير العمل ومراقبة الجودة. الوقت المقدر لمعالجة الصور 1،000 حوالي 15 دقيقة على جهاز كمبيوتر محمول تكوين الحد الأدنى، أو حوالي 1 دقيقة على محطة عمل أداء متعددة النوى. تم تصميم واجهة المستخدم الرسومية (GUI) أيضا لمراقبة الجودة سهلة، ويمكن للمستخدمين تجاوز نتائج الكمبيوتر يدويا. أسلوب الرئيسية المستخدمة في هذا البرنامج هو مقتبس من الخوارزمية كفاف نشط، والمعروف أيضا باسم الأفاعي، الذي هو مناسبة خاصة للصور مع إضاءة خلفية صاخبة متفاوتة والتي غالبا ما يصيب تجهيز التصوير الآلي في شاشات عالية الإنتاجية. المجاملة "تهيئة يدوي" وأدوات "رسم اليد" توفير المرونة اللازمة لSpheroidSizer في التعامل مع أنواع مختلفة من الأجسام الشبه الكروية وصور ذات جودة متنوعة. هذه الإنتاجية العالية برمجيات تحليل الصور بشكل ملحوظ يقلل العمل ويسرع عملية التحليل. تنفيذ هذا البرنامج هو بeneficial لالكروية الورم 3D لتصبح روتينية في نموذج المختبر لشاشات المخدرات في الصناعة والأوساط الأكاديمية.
ثلاثي الأبعاد (3D) الكروية الورم هي "المجاميع متماثل كرويا الخلايا السرطانية إلى الأنسجة مماثلة، مع عدم وجود الركيزة الاصطناعي لمرفق الخلية" 1-3. وعلم الخلايا والتشكل من الورم الكروية يقلد بشكل أفضل في الجسم الحي ورم الأنسجة وتنظيم microenvironments من ثنائي الأبعاد (2D) خلايا أحادي الطبقة. أصبحت الكروية الورم 3D نموذجا عمليا في المختبر لغربلة الإنتاجية العالية من الأدوية المضادة للسرطان في الطب العلاجي أو فحص نجاعة الأدوية مرشح من قبل في الجسم الحي الحيوان أو اختبارات سريرية 4. سريريا، يتم تقييم فعالية أي علاج العقاقير المضادة للسرطان على أساس انخفاض نمو الورم. بالقياس، وحجم كروي يمكن استخدامها كمقياس للفعالية للدراسات المخدرات سرطان في المختبر. حجم كروي (V = 0.5 * الطول * العرض 2) يتم تحديدها استنادا إلى طول الرئيسية والثانوية المحوري (المعروفة أكثر باسم الطول والعرض)من الكروية 6، 7. يكون معظم الباحثين لرسم يدويا طول وعرض على كل كروي، وغالبا ما تستخدم البرمجيات التي تقدمها الشركات المجهري وتباع جنبا إلى جنب مع أدوات التصوير. هذه التقنية يصبح مشكلة عندما يتم تنفيذ شاشات المخدرات الإنتاجية العالية ويتم إنتاج أكثر من مئات من الصور. ذكرت بعض الدراسات الحديثة استخدام أدوات العمل مفتوحة مصدر الصورة برامج التحليل مثل CellProfiler 8-10 ويماغيج 11 إلى تطوير بدائية إجراءات تجزئة / وحدات الماكرو التي تشارك تصحيح الإضاءة ومستوى العتبة بسيطة. غالبا ما تحتاج إلى إعادة تعديل لدفعات مختلفة من الصور وفقا لحالة الإضاءة وتغيير تباين الصورة هذه الإجراءات؛ وبالتالي، يمكن حزم البرامج هذه لا تفي بمتطلبات متانة تحليل الصور عالية الإنتاجية. تستخدم فريدريش والمتعاونين (2009) البرمجيات الاحتكارية لقياس حجم شبه أبوا-كروي لatically 5. كانت الطريقة الموضحة في Monazzam ورقة زملائه 10 طريقة شبه الآلي لقياس حجم كروي فقط لعدد قليل من الصور. وبالتالي، هناك حاجة واضحة لأدوات قوية ومرنة ومؤتمتة وتحليل الصور الجاهزة للاستخدام لالكروية الورم 3D.
في هذه الدراسة، ونحن تصف SpheroidSizer – تطبيق البرمجيات مفتوحة المصدر على أساس MATLAB وقياس حجم الأجسام الشبه الكروية الورم تلقائيا وبدقة. تم تصميم SpheroidSizer لمعالجة العديد من دفعات مختلفة من الصور من الأجسام الشبه الكروية 3D في نفس الدورة. باستخدام خوارزمية كفاف نشط 12-14، يمكن أن يتسامح مع SpheroidSizer تغيير الصورة النقيض من ذلك، تجاهل بقوة التغيير التدريجي في الإضاءة الخلفية والتعرف على الأجسام الشبه الكروية في الصورة. فإنه يمكن أيضا تحمل العديد من القطع الأثرية المعتادة، على سبيل المثال، والحطام، نشأت من العينة. تم تصميم سير العمل بحيث يمكن للمستخدمين أداء الجودة كنترولل أثناء أو بعد حساب. الكتابة اليدوية للنتيجة التحليل يمكن بسهولة أن يؤديها على الفور. الاستفادة من الأدوات الحوسبة المتوازية، وسرعة تحليل يمكن عززت مزيدا من التنسيق النوى والحوسبة متعددة للعمل على حساب وقت واحد على جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستخدم. علاوة على ذلك، SpheroidSizer إخراج النتائج في شكلين مختلفين للسماح سهولة التواصل مع أدوات تحليل المصب.
تقدم هذه الدراسة برنامجا سريعة ومرنة وفعالة ومؤتمتة – SpheroidSizer لتحديد دقيق لحجم الورم الكروية 3D. SpheroidSizer هي سهلة الاستخدام ويتطلب الحد الأدنى من إدخال المستخدم. الخطوات الأكثر أهمية بالنسبة لدقيقة والسلسة والناجحة لSpheroidSizer ما يلي: أن يتم تصوير الأجسام الشبه الكروية في وسط الميدان دون لمس حافة البئر؛ يجب تصوير كل الملفات التي سيتم تحليلها معا في مشروع واحد تحت نفس المجهر مع نفس الهدف؛ تتم تسمية كافة الملفات بشكل صحيح ليتم تحليلها وترتيبها كما هو مبين في البروتوكول؛ ويتم إدخال الإعدادات المعرفة من قبل المستخدم الصحيح قبل حساب.
وتشمل مزايا SpheroidSizer قدرته على تحمل التغيير التدريجي الخلفية في الصورة وكذلك لتوليد ملامح ناعمة والتي تتوافق مع الأشكال كروية العامة للالأجسام الشبه الكروية باستخدام خوارزمية كفاف نشطة. أداء نشطيمكن المساس كفاف في حالتين: الفقراء التهيئة، أو وجود حواف المحلية الأخرى تشتيت من كفاف المطلوب. وتحديدا في قضايانا اختبار، والحالة الثانية يحدث أحيانا عندما جوهر نخرية من كروي كبير يجذب كفاف كفاف نشطة مما أدى إلى أصغر يجري الإبلاغ عنها. تجدر الإشارة إلى أن أساليب القائم على عتبة الآلي الأخرى تعاني أيضا في هذه الحالة إلا إذا تم تعيين عتبة تحديدا باليد. وبالتالي فإن البرنامج يضع قدما جهدا لمساعدة المستخدمين على اكتشاف ومعالجة تجزئة للخطر من خلال توفير ميزات سهلة لمراقبة الجودة. إذا حدث خطأ تجزئة من سوء التهيئة، يمكن استخدام الاستخدامات "دليل تهيئة" أداة لتجاوز التهيئة الآلي. عندما جودة الصورة رديئة جدا بالنسبة كفاف النشطة، يمكن للمستخدمين بسهولة "اليد رسم" كفاف التي تغذي الكمي. البرامج الموجودة مثل CellProfiler يمكن تكييفها لهذا التطبيق في البلا شبه الآلين. سير العمل يمكن أن تكون مرهقة عندما يتم عرض كميات كبيرة من الصور مع ظروف التصوير المختلفة أو عند مجموعة فرعية من الصور يحتاج الى مزيد من التدخل البشري لقياس صحيح. يوفر SpheroidSizer جناح الكل في واحد لحساب ومراقبة الجودة لإدارة الإنتاجية العالية تحليل الصور سير العمل.
SpheroidSizer يقتصر حاليا على الكشف عن كروي واحد في الصورة ويقيس فقط طول محوري من كروي. ويمكن تمديد البرنامج لدعم مزيد من التحديد الكمي التي يحتاجها الباحثون مثل الكمي على الأجسام الشبه الكروية مع جوهر نخرية، والكشف عن الأجسام الشبه الكروية متعددة في صورة واحدة أو رصد شكل الأجسام الشبه الكروية. علاوة على ذلك، يمكن تعديل البرنامج لكشف وقياس حجم الأورام رفعه من الحيوان أو الإنسان، والتي ستكون بالتأكيد مفيدة للباحثين عند إجراء المجراة ما قبل السريرية أو البحوث السريرية. ويمكن أيضا تجهيز آخر من الأجسام الشبه الكروية الكشف عن الهدف من التحقيقجي إلى تقليل جهد البشرية اللازمة لمراقبة الجودة وتحسين الإنتاجية أخرى. SpheroidSizer هو معمم تطبيق تحليل الصور لالكروية الورم 3D التي يتم إنتاجها من أي أنواع الخلايا، وبالتالي يمكن استخدامها من قبل مجتمع أبحاث السرطان واسعة.
The authors have nothing to disclose.
نود أن نشكر مؤسسة ريموند وبيفرلي ساكلر لدعمهم في أبحاثنا.
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 |