3次元組織学ボリュームとマウス乳腺研究への応用再建
Summary
We present an image registration approach for 3-dimensional (3D) histology volume reconstruction, which facilitates the study of the changes of an organ at the level of macrostructures made up of cells . Using this approach, we studied the 3D changes between wild-type and Igfbp7-null mammary glands.
Abstract
組織学のボリューム再構成は、3D形状および細胞から構成されるマクロ構造のレベルで器官の体積変化の研究を容易にする。また、体積医療画像および療法における新規技術とアルゴリズムを調査し、検証するために使用することができます。異なる器官1,2,3の3D高解像度の地図帳を作成すると、組織学、ボリューム再構成の他のアプリケーションである。これは、組織の構造や様々な細胞機能の間の空間的関係を調査するためのリソースを提供しています。我々は、光blockface画像のセットを使用して組織学ボリューム再構成のための画像登録手法を提示する。再構築された組織学のボリュームには伝播された後処理登録エラーで処理された試料の信頼性の高い形状を表す。 2マウス乳房腺のヘマトキシリンおよびエオシン（H＆E）染色切片はEDから抽出された境界点を使用して、それに対応するblockface画像に登録されていた組織学およびblockface画像中の試験片のGES。レジストレーションの精度を目視で評価した。乳腺のマクロ構造の位置合わせは、視覚的にも高解像度で評価した。
この研究は、乳腺切除から3次元組織学ボリューム再構成に至るまで、この画像登録パイプラインの異なるステップの輪郭を描く。 2Dの組織学的画像は各項のペア間の構造的な違いを明らかにしながら、3次元組織像ボリュームは形状や乳腺の音量の違いを視覚化する機能を提供します。
Introduction
IGFBP7（結合タンパク質7インスリン様成長因子）はIGF結合タンパク質ファミリーのメンバーであり、IGF1受容体4を結合することが示されている。異種移植片腫瘍モデルにおけるIGFBP7の再導入が大きくアポトーシスおよび細胞老化の誘導を介して7 6腫瘍増殖を阻害しながら、IGFBP7のダウンレギュレーションは、乳癌5における予後不良と相関することが知られている。 IGFPB7の影響を研究するために、IGFBP7ヌルマウスは5（未発表データ）を作成しました。これらのマウスが腫瘍を発症しないが、彼らは卵巣、筋肉および肝臓の組織像の変化だけでなく、乳腺の発達パターニング（未発表データ）の欠陥を示している。欠損マウスは、より小さなゴミの大きさを持っており、複数の大きな同腹仔（未発表データ）を維持することができないように欠陥のある表現型は、最初に示された。
組織学3Dボリュームは、有用なのinformatを提供する可能性を有しているボリュメトリック医用画像中の病理所見の定量および比較分析·評価するためのイオン。三次元共焦点、二光子顕微鏡法は、ローカル·エクステント14における腺の高解像度の細胞形態学的情報を提供することができるが、それは、ビューと深さの限られた視野を有する。組織学のボリュームの再構築がはるかに大きい空間範囲にわたってより多くの情報を提供しています。いくつかの歪みがそのような収縮、拡張、涙、そして折り目などの組織切片の調製の間に予想されている伝統的なアプローチを使用。これらの歪みは、それが困難な3次元ボリュームを再構成する3次元スタックにシリアル組織学的画像を登録することを可能にする。欠陥を有する連続したセクションの数は、無傷のセクション間の類似度を増加すると減少し、その結果、登録プロセスがより複雑にされる。
別の方法は、組織切片を登録するために、連続組織学voを作成するために提案されているLUME。いくつかの技術は、強度変動8に依存し、他のものは複数のセクション9の形状に基づいている。いくつかの試験片の解剖学的構造は、ランドマークに基づく登録方法12,13と一緒に目印10,11として使用することができます。しかし、これらの内部構造は、全編を通してず、信頼性の解剖学的構造を特定することはできない、いくつかの試料については検出できない場合があります。いくつかのグループは、ペアワイズ登録アプローチを使用し、連続した組織学的画像を等高線や解剖学的構造16〜18を使用して別のものを登録している。参照画像を使用せずに互いに直列組織学的切片を登録すると、位置合わせ誤差を伝播および組織容積の実際の形状を変更することができる。ペアワイズ登録の方法は、画像のスタック全体で組織学セクションおよび内部構造の形状の一貫性に依存しています。従って、それは、試料の密なサンプリングを必要とする臨床検体については、例えば 、可能性があることは必ずしも可能ではない。
このパイプラインでは、組織学のボリューム再構成19のための参照画像のセットとしてblockface画像を使用しています。 Blockface画像はミクロトームで、各セクションが切断される前に実装した後、パラフィン組織ブロックを撮影している。このように、個々の連続切片カットの損傷が連続切片8,11,15の登録を妨げることはありません。私たちは、他のグループとは別の方法でblockface画像を取り込む。光学ブロック顔画像を光学における規則的なレンズを使用するときに通常発生バレルと遠近歪みを排除又は最小化するためにテレセントリックレンズによって得られる。これは、通常のレンズを用いblockface撮影を行う他の公開された方法、オーバー提案されたアプローチの利点の一つである。画像はTISSの間のコントラスト向上のためのブロックの表面の反射を使用するようにわずかに傾斜した角度で撮影されているUEとパラフィン表面とパラフィン表面の下、深さ、組織の影を排除する。写真フィルターはまた、ブロック表面19及びコントラストのバランスをとるために、組織からの光を偏光するために使用される。回転式ミクロトーム上のブロックの位置ずれを補正するために、二から三穴がblockface画像において容易に検出されたブロックの角に掘削されています。これらの穴の重心はblockface画像を位置合わせするためにランドマークベースの剛体レジストレーションと一緒に使用されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究では、組織を歪める可能性があり、組織内の内部ランダムに選択されたランドマークまたは移植基準マーカを必要としないシリアル2D組織学的画像から三次元組織学ボリュームを再構成する画像レジストレーションのワークフローを開発した。記載の方法により、光学blockface画像自体は従来セクショニングを参照画像として使用される。我々は、blockface画像を位置合わせするのを助け?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank the Biomarker Imaging Research Laboratory (BIRL) at Sunnybrook Research Institute for their histology services. Support for this work was provided by the Terry Fox Foundation, the Canadian Breast Cancer Foundation‐the Prairie‐NWT as well as a CIHR grant, #MOP-97996.
Materials
| 16% PFA | VWR International | 15710 | 16% Paraformaldehyde solution |
| Small tissue processing cassettes | VWR International | CA95029-956 | |
| Leica ASP300 Automated Tissue processor | Leica | 14047643515 | |
| 100% ethanol | Fisher Scientific | S25307B | |
| Xylene | VWR International | CA95057-822 | |
| Paraffin | Thermo Fisher | 39501006 | Paraplast Tissue Embedding Medium |
| Leica EG 1160 Embedding Centre | Leica | ||
| Leica rotary microtome | Leica | ||
| Milling machine | Argo | ||
| Microscope slides | VWR International | CA48312-015 | |
| H&E stain | VWR International | ||
| Automatic stainer | |||
| Coverslips | VWR International | 48404-452 | |
| MEDITE RCM 7000 Glass Coverslipper | MEDITE | ||
| Leica SCN400 slide scanner | Leica | ||
| MATLAB | MathWorks Inc | MATLAB 2007b | Development software |
| MeVisLab | MeVis Medical Solutions AG | MeVisLab 2.1 | 3D visualization software |
References
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