Misurazione automatica delle criptococcica capsula polisaccaridica di specie e corpo cellulare
Summary
Questa tecnica viene descritto un processore di immagine automatica in batch progettato per misurare i raggi di corpo e capsula del polisaccaride. Mentre inizialmente progettato per misurazioni capsule Cryptococcus neoformans , che il processore di immagine automatizzato può essere applicato anche ad altri rilevamento del contrasto basato di oggetti circolari.
Abstract
Lo scopo di questa tecnica è quello di fornire un processo coerenza, preciso e maneggevole per un gran numero di misure di capsula del polisaccaride.
In primo luogo, un’immagine di soglia viene generata in base ai valori di intensità in modo univoco calcolato per ogni immagine. Quindi, cerchi vengono rilevati basato sul contrasto tra oggetto e sfondo utilizzando l’algoritmo di trasformazione di Hough cerchio (CHT) ben consolidata. Infine, rilevato cellulare capsule e corpi sono abbinati secondo le coordinate del centro e la dimensione del raggio, e i dati vengono esportati per l’utente in un foglio di calcolo gestibile.
I vantaggi di questa tecnica sono semplici ma significativi. Primo, perché questi calcoli vengono eseguiti da un algoritmo piuttosto che un essere umano sia di precisione e di affidabilità sono aumentati. Non c’è nessun declino nella precisione o affidabilità indipendentemente da quanti campioni vengono analizzati. In secondo luogo, questo approccio costituisce una potenziale procedura operativa standard per il campo di Cryptococcus invece la situazione attuale, dove la capsula misura varia da laboratorio. In terzo luogo, dato che misure capsule manuali sono lento e monotono, l’automazione consente misure rapide su grandi numeri di cellule di lievito che a sua volta facilita l’elevato throughput dati analisi e statistiche sempre più potenti.
Le limitazioni principali di questa tecnica provengono da come le funzioni di algoritmo. In primo luogo, l’algoritmo genererà solo cerchi. Mentre le cellule Cryptococcus e loro capsule assumono una morfologia circolare, sarebbe difficile applicare questa tecnica al rilevamento di oggetti non circolare. In secondo luogo, a causa di come vengono rilevati cerchi l’algoritmo CHT può rilevare enormi pseudo-cerchi basati sui bordi esterni di parecchi cerchi in cluster. Tuttavia, eventuali corpi cellulari travisati catturati all’interno del pseudo-cerchio di possono essere facilmente rilevati e rimossi dal set di dati risultante.
Questa tecnica è destinata a misurare le capsule di polisaccaride circolare di Cryptococcus specie basato su microscopia del campo luminoso dell’inchiostro di India; anche se potrebbe essere applicato ad altri contrasto base misure oggetto circolare.
Introduction
Cryptococcus neoformans è un lievito patogeno trovato ubiquistmente intorno al globo che è associato con la malattia umana soprattutto in popolazioni immunosuppressed. C. neoformans in particolare rappresenta una causa significativa del totale dei decessi annuali nell’Africa subsahariana, a causa di malattie infettive1. La manifestazione clinica principale dell’infezione criptococcica è meningoencefalite, che segue l’invasione del sistema nervoso centrale con i mezzi in macrofagi infetti (Trojan horse maniera) o traversate dirette della barriera sangue – cervello. C. neoformans esprime numerosi fattori di virulenza, compresa la possibilità di replicare a temperatura del corpo umano, attività ureasica, melanizzazione e la formazione di una capsula del polisaccaride2. Capsula del polisaccaride è composto di ripetizione glucuronoxylomannan e polimeri glucoronoxylomannangalactan e funzioni come una barriera protettiva contro fattori come lo stress ambientale e host le risposte immunitarie2.
Sebbene la dimensione della dimensione della capsula del polisaccaride criptococcica non è sempre stata associata con virulenza, c’è prova che è un fattore nella patogenesi2,3,4,5, 6,7. Taglia capsula è associato con la meningite patologia6, possa influenzare la capacità dei macrofagi di controllare Cryptococcus infezione5e può provocare la perdita di virulenza se assenti8. Quindi, capsula dimensione misurazioni sono comuni nella ricerca criptococcica, ma non c’è nessun fieldwide standard per un metodo di misurazione capsula.
Attualmente, c. neoformans polisaccaride capsula misurazione si basa su misurazioni manuali di immagini di microscopia, e i metodi esatti delle acquisizioni di misura e di immagine variano attraverso laboratori9,10, 11. Un immediato interesse per questo metodo è che alcuni studi richiedono l’acquisizione di migliaia di misurazioni individuali, che rende difficile il mantenimento di accuratezza e affidabilità. Inoltre, anche quando i risultati sono pubblicati, c’è spesso insufficiente descrizione del metodo di misurazione. Molte pubblicazioni non spiegano come le loro misure sono state ottenute, che piano focale è stato utilizzato, come hanno determinato la soglia per l’identificazione di capsula, se hanno usato il raggio o il diametro, se hanno utilizzato una misurazione o una media diversi, o altri dettagli. Alcune pubblicazioni solo stato loro metodo come programma che è stato utilizzato, ad esempio, “Adobe Photoshop CS3 è stato usato per misurare le cellule”11. Questa mancanza di standardizzazione e reportistica di dettaglio può fare la riproducibilità difficile se non impossibile. Differenze di vista umana, luminosità computer, impostazioni di microscopio, far scorrere l’illuminazione e altri fattori possono variare non solo tra gli individui, ma anche tra i campioni, considerando che i calcoli basati su rapporti di valori di intensità di pixel rimarrà costanti e applicabile tra i campioni. Questa tecnica è stata generata nel contesto di fornire una tecnica standardizzata, precisa, rapida e semplice per misurare le dimensioni di capsule per un campo in cui non c’era nessuno prima.
Come accennato in precedenza, l’algoritmo CHT è consolidata e gli script per rilevare automaticamente i cerchi sono stati scritti prima. Questo metodo migliora nelle due aree dove altri script sarebbe caduta breve. In primo luogo, rilevare semplicemente cerchi non è sufficiente, perché con le cellule criptococciche due distinti cerchi devono essere rilevate in relazione reciproca. Questo metodo specificamente rileva corpi cellulari all’interno di capsule, discrimina tra i due ed esegue calcoli solo sulle coppie di corpo-capsula pertinenti. In secondo luogo, anche quando seguendo il protocollo stesso, diversi investigatori finirà con diversi acquisito immagini. Consentendo il controllo di investigatore sopra ogni parametro algorithm, questo strumento può essere regolato per soddisfare una vasta gamma di metodi di acquisizione. Non c’è nessuna necessità di un ambito standardizzato, obiettivo, filtro e così via.
Questa tecnica può essere applicata facilmente a qualsiasi situazione in cui lo sperimentatore deve rilevare cerchi all’interno di un’immagine che contrastano con il loro background. Entrambi i cerchi più leggeri e più scuri che può essere rilevato il loro background, contati e misurato utilizzando questa tecnica.
Protocol
Representative Results
Discussion
I punti critici di questa tecnica sono preparando la diapositiva di inchiostro di India e acquisendo le immagini del microscopio. Mentre l’algoritmo è stato testato con successo con una varietà di tecniche di diapositiva e immagine il protocollo raccomandato è descritto in questo manoscritto. Capsula del polisaccaride viene rilevata basato sull’esclusione delle particelle di inchiostro di India dal dominio della capsula come queste particelle sono troppo grandi per penetrare la rete di fibrille di polisaccaride. L’esc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare Anthony Bowen cui vetrini sono stati utilizzati come un secondo confronto side-by-side umano così come Sabrina Nolan cui vetrini sono stati utilizzati come un terzo umano side-by-side e un secondo microscopio confronto.
Materials
| India Ink | Becton, Dickinson and Co. | 261194 | |
| Fisherbrand Superfrost Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-143 | 25x75x1 |
| Fisherfinest Premium Cover Glass | Fisher Scientific | 12-548-B | 22×22-1 |
| Sally Hansen HardasNails Xtreme Wear Nail Polish | Sally Hansen | N/A | 109 invisible |
| SAB Media | Sigma | S3306 | |
| Cryptotoccus neoformans | ATCC | 208821 | H99 strain |
| Olympus AX70 Microscope | Olympus | AX70TRF | Discontinued ; Bright Field Microscope |
| Qimaging Retiga 1300 | Qimaging | N/A | Discontinued ; Camera Microscope Attachment |
| MATLAB | MathWorks | N/A | Most recent version recommended |
| Python Programming Language | Python | N/A | Version 2 necessary ; 2.7 recommended |
| Microsoft Excel | Microsoft | N/A | Most recent version recommended |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma | P3813 |
References
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