Quantitative characterization of preneoplastic progression using single-cell computed tomography and three-dimensional karyometry

doi:10.1002/cyto.a.20997

.2011年1月；79(1):25-34.

doi:10.1002/cyto.a.20997年。

利用单细胞CT和三维核型分析定量表征癌前进展

维维克·南达库玛¹, 莱蒙娜·克尔巴斯卡, 罗杰·约翰逊, 迪尔德丽·梅尔德拉姆

附属公司

PMID： 21182180
预防性维修识别码：项目经理3068856
内政部： 1997年10月102日

利用单细胞CT和三维核型分析定量表征癌前进展

维维克·南达库玛等。细胞计量学A. 2011年1月.

.2011年1月；79(1):25-34.

doi:10.1002/cyto.a.20997年。

作者

维维克·南达库玛¹, 莱蒙娜·克尔巴斯卡, 罗杰·约翰逊, 迪尔德雷·梅尔特伦

附属

¹美国亚利桑那州立大学电气、计算机和能源工程学院。

PMID： 21182180
预防性维修识别码：项目经理3068856
内政部： 10.1002/cyto.a.20997年

摘要

形态学生物信号的发展需要高分辨率三维（3D）细胞图像和强大的图像处理算法来精确表征癌前进展。我们报告了使用单细胞光学断层扫描和全自动3D核型测定对人类食管上皮细胞中与癌前进展相关的核结构改变进行定量表征。我们用苏木精对培养的细胞进行染色，并通过数学重建使用光学吸收断层成像获得的500个投影图像来生成单个细胞的3D图像。对于3D核型测定，我们开发了新的、全自动的算法，对采集的细胞图像中的细胞、核和亚核成分进行稳健分割，并从这些分割的体积中计算出41个定量形态描述符。此外，我们开发了量化核DNA空间分布和纹理的算法。我们将我们的方法应用于正常、化生和异型增生的人类食管上皮细胞系，分析每株100个细胞。3D核型描述符阐明了形态的数量差异，并基于提取的形态特征实现了细胞系之间的稳健区分。癌症进展的形态计量学特征，如细胞核增大、细胞核含量升高、染色质结构和分布异常，与此癌前进展模型相关，表明我们的方法在早期癌症检测中的临床应用。

PubMed免责声明

数字

图1
细分结果。（a）描述了计算MIP图像的方向。（b） –（d）是三个计算出的MIP图像，（e）–（g）是叠加在MIP图像上的相应分割结果。在（e）–（g）中，细胞膜用青色表示，核膜用红色表示，核仁边界用绿色表示。（h）显示了阈值与选定强度线扫描的关系。比例尺=3μm。

图2
EPC2（顶部）、CP-A（中部）和CP-D（底部）食管上皮细胞的代表性容积图反映了在癌前进展过程中发生的明显形态变化。EPC2细胞为正常上皮细胞，CP-A细胞为化生，CP-D细胞为异型增生。左侧图像显示细胞核表面为蓝色，细胞质为灰色，中间图像显示细胞核内部，右侧图像显示细胞体积中的平板。DNA密度的增加是从绿色到红色的颜色编码。比例尺=3μm。

图3
特征直方图揭示了EPC2、CP-A和CP-D细胞系之间的数量差异（N=100个细胞/系）。根据3D细胞图像计算的形态特征生成直方图。EPC2细胞系代表正常上皮细胞，CP-A细胞系代表化生，CP-D细胞系表示高度异型增生。每种细胞类型的100个3D细胞图像用于分析。使用自动3D图像处理计算了41个特征。在计算的形态特征中观察到显著变化。异常细胞的特征是：（a）细胞增大，（b）细胞核增大，（c）细胞核与细胞质（N/c）体积比增大，（d）细胞核含量增加，（e）球形偏差增大，（f）核仁体积增大，（g）核仁向核外周边缘增大，（h）细胞核中的高密度DNA簇数量越多，（i–l）染色质分布的结构变化越大。

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