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Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11623 (2022) Citare questo articolo

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L'analisi congiunta di più espressioni proteiche e modelli morfologici dei tessuti è importante per la diagnosi della malattia, la pianificazione del trattamento e lo sviluppo di farmaci, poiché richiede l'allineamento della colorazione incrociata di più vetrini immunoistochimici e istopatologici. Tuttavia, l'allineamento della colorazione incrociata di immagini di vetrini interi di enormi gigapixel (WSI) con precisione a singola cellula è difficile. Oltre alle gigantesche dimensioni dei dati dei WSI, ci sono grandi variazioni sull'aspetto cellulare e sulla morfologia dei tessuti attraverso diverse colorazioni insieme alle deformazioni morfologiche causate dalla preparazione dei vetrini. L'obiettivo di questo studio è costruire un quadro di registrazione delle immagini per l'allineamento della colorazione incrociata di WSI gigapixel di vetrini microscopici istopatologici e immunoistochimici e valutarne l'applicabilità clinica. Per quanto a conoscenza degli autori, questo è il primo studio ad eseguire l'allineamento della colorazione incrociata completamente automatico in tempo reale dei WSI con ingrandimento dell'obiettivo 40× e 20×. Il quadro di registrazione WSI proposto consiste in un modulo di registrazione rapida globale delle immagini, un modello di localizzazione del campo visivo interattivo (FOV) in tempo reale e un modulo di registrazione delle immagini multilivello propagato in tempo reale. In questo studio, il metodo proposto viene valutato su due tipi di set di dati sul cancro provenienti da due ospedali utilizzando diversi scanner digitali, incluso un set di dati sul cancro al seno a doppia colorazione con 43 WSI di ematossilina ed eosina (H&E) e 43 CK(AE1/) immunoistochimici (IHC) AE3) WSI e un set di dati sul cancro alla prostata con tripla colorazione contenente 30 WSI H&E, 30 WSI IHC CK18 e 30 WSI IHC HMCK. Nella valutazione, le prestazioni di registrazione vengono misurate non solo in base all'accuratezza della registrazione ma anche al tempo di calcolo. I risultati mostrano che il metodo proposto raggiunge un'elevata precisione di 0,833 ± 0,0674 per il set di dati sul cancro alla prostata a tripla colorazione e 0,931 ± 0,0455 per il set di dati sul cancro al seno a doppia colorazione, rispettivamente, e richiede in media solo 4,34 s per registrazione WSI. Inoltre, per il 30,23% dei dati, il metodo proposto richiede meno di 1 s per la registrazione WSI. Rispetto ai metodi di riferimento, il metodo proposto dimostra prestazioni superiori in termini di precisione di registrazione e tempo di calcolo, che ha un grande potenziale per assistere i medici nell'identificazione dei tessuti cancerosi e nella determinazione dello stadio del cancro nella pratica clinica.

Il monitoraggio delle interazioni molecolari e cellulari multimodali, della crescita del tumore e della morfologia dei tessuti è fondamentale per la diagnosi del cancro, lo sviluppo di farmaci e la ricerca biologica e viene solitamente eseguito analizzando più vetrini microscopici con varie colorazioni simultaneamente. Si tratta dell'analisi congiunta di un vetrino con ematossilina ed eosina (H&E) per valutare la morfologia cellulare e di più vetrini immunoistochimici (IHC) per monitorare insieme vari modelli di espressione proteica alla risoluzione microscopica di una singola cellula1. In pratica, la colorazione H&E viene adottata come gold standard per analizzare la morfologia dei tessuti. D'altra parte, la colorazione IHC è ampiamente utilizzata per rilevare antigeni, vale a dire proteine, nella diagnosi di cellule anomale come quelle trovate nei tessuti cancerosi, consentendo a biologi e medici di osservare la distribuzione delle proteine ​​in diverse parti del tessuto biologico. Nelle neuroscienze, l'IHC consente agli scienziati di ispezionare da vicino le espressioni proteiche all'interno di specifiche strutture cerebrali2,3,4. Nello sviluppo dei farmaci, l'IHC è stata applicata per testare l'efficacia dei farmaci monitorando determinate espressioni proteiche e analizzando i livelli attivi dei bersagli della malattia5,6. Nella diagnosi clinica, con la conoscenza dei marcatori tumorali e degli strumenti IHC, i professionisti medici e gli scienziati sono in grado di diagnosticare i tumori come benigni o maligni, determinare lo stadio del cancro e identificare il tipo cellulare e l'origine di una metastasi al fine di trovare il sito della metastasi. tumore primario.