Datorstödd Storskaliga Visualisering och kvantifiering av bukspottkörtel Islet Mass, storleksfördelning och Arkitektur
Summary
Nya datorstödda metoder för upphandling i stor skala och analys av immunhistokemiskt färgade bukspottskörteln prover beskrivs: (1) Virtual Skiva tillfångatagande av hela avsnittet, (2) Mass analys av stora mängder data, (3) Rekonstruktion av 2D Virtual Slices , (4) 3D holme kartläggning, och (5) Matematisk analys.
Abstract
Den pankreas holme är en unik mikroorganismer består av flera endokrina hormoner celler som utsöndrar såsom beta-cellerna (insulin), alfa-celler (glukagon), och delta-celler (somatostatin) som är inbäddade i de exokrina vävnader och omfattar 1 – 2% av hela bukspottkörteln. Det finns ett nära samband mellan kropp och bukspottkörtel vikt. Totalt beta-cellmassan ökar också proportionellt för att kompensera för efterfrågan på insulin i kroppen. Vad undgår denna proportion expansionen är storleken fördelningen av holmar. Stora djur som människor har liknande distributioner holme storlek med möss, vilket tyder på att detta mikroorganismer har en viss storleksgräns att vara funktionella. Oförmågan av stora djur pancreata att generera proportionellt större holmar kompenseras av en ökning av antalet holmar och genom en ökning av andelen större holmar i deras övergripande holme storleksfördelning. Dessutom skär uppvisar en slående plasticitet i cellulär sammansättning och arkitektur mellan olika arter och även inom samma art under olika patofysiologiska förhållanden. I den aktuella studien beskriver vi nya metoder för analys av biologiska bilddata för att underlätta automatisering av analytiska processer som gör det möjligt för analys av stora och heterogena data samlingar i studien av sådana dynamiska biologiska processer och komplexa strukturer. Sådana studier har försvårats på grund av tekniska svårigheter objektiva provtagning och generera stora datamängder att exakt fånga komplexiteten i biologiska processer av holme biologi. Här visar vi metoder för att samla in objektiva "representativa" uppgifter inom den begränsade tillgången av prover (eller minimera provtagning) och standardavvikelsen experimentella inställningar och att exakt analysera de komplexa tredimensionella strukturen av holmen. Datorstödd automation möjliggör insamling och analys av stora datamängder och även garanterar objektiva tolkning av data. Dessutom exakt kvantifiering av holmen storleksfördelning och rumsliga koordinater (dvs X, Y, Z-positioner) inte bara leder till en korrekt visualisering av bukspottkörtelns holmen struktur och sammansättning, men också tillåter oss att identifiera mönster under utveckling och anpassning till att förändra förhållanden genom matematisk modellering. De metoder som utvecklats i denna studie kan tillämpas på studier av många andra system och organismer som väl.
Protocol
Discussion
Den datorstödda storskaliga visualisering och kvantifiering som presenteras här har råd med fyra centrala punkter i studier bukspottkörtelns ö: (1) En omfattande analys av bukspottskörteln prover ger en övergripande bild av hela holmen storleksfördelning och holme arkitektur. (2) De 3D-rekonstruktion och matematisk analys av cellulära sammansättning och arkitektur ytterligare underlätta granskningen av rumsliga arrangemang av endokrina celler i en holme. (3) Striking holme plasticitet mellan olika arter och i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Studien stöds av US Public Health Service Grant DK-081.527, DK-072.473 och DK-20.595 till University of Chicago Diabetes Research and Training Center (djurmodeller Core), och en gåva från Kovler Family Foundation.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| Fluorescent microscope | Microscope | Olympus | IX-81 | |
| Stereo Investigator | Program | MicroBrightField | ||
| MIP-GFP mice | Mice | Jackson Laboratory | ||
| Mathematica | Program | Wolfram | ||
| Image J | Program | NIH | ||
| Slidebook | Program | Olympus |
References
- Steiner, D. J., Kim, A., Miller, K., Hara, M. Pancreatic islet plasticity – Interspecies comparison of islet architecture and composition. ISLETS. 2, 135-145 (2010).
- Kim, A., Miller, K., Jo, J., Wojcik, P. l., Kilimnik, G., Hara, M. Islet architecture – a comparative study. ISLETS. 1, 129-136 (2009).
- Kilimnik, G., Kim, A., Jo, J., Miller, K., Hara, M. Quantification of pancreatic islet distribution in situ in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297, E1331-E1338 (2009).
- Hara, M., Dizon, R. F., Glick, B. S., Lee, C. S., Kaestner, K. H., Piston, D. W., Bindokas, V. P. Imaging pancreatic beta-cells in the intact pancreas. Am J Physiol Endocrinol Metab. 290, E1041-E1047 (2006).
- Hara, M., Wang, X., Kawamura, T., Bindokas, V. P., Dizon, R. F., Alcoser, S. Y., Magnuson, M. A., Bell, G. I. Transgenic mice with green fluorescent protein-labeled pancreatic beta -cells. Am J Physiol Endocrinol Metab. 284, E177-E183 (2003).
