محققان از تصویربرداری سه بعدی چندگانه برای انجام ارزیابی‌های مولکولی و مورفولوژیکی سرطان‌های روده بزرگ استفاده می‌کنند.

تصاویر بخش‌بندی شدند و شدت فلورسانس آنها برای تولید داده‌ها در سطح سلولی تک سلولی بر روی نوع سلولی، حالت و برهمکنش‌های سلول-سلول اندازه‌گیری شد. بازسازی‌های سه‌بعدی مقاطع بافت سریال تهیه و توسط یادگیری ماشینی نظارت شد. دو رویکرد برای تجزیه و تحلیل سلول های تومور استفاده شد، به عنوان مثال، یک رویکرد “پایین به بالا” و یک رویکرد “بالا به پایین”.

در مطالعه اخیر منتشر شده در سلولمحققان از تصویربرداری چندگانه و سه بعدی با یادگیری مبتنی بر ماشین و آمار فضایی برای انجام ارزیابی‌های مولکولی و مورفولوژیکی سرطان‌های کولورکتال (CRC) استفاده کردند.

*مطالعه: اطلس سه بعدی چندگانه انتقال حالت و تعامل ایمنی در سرطان کولورکتال. اعتبار تصویر: Anatomy Image/Shutterstock*

رویکرد “پایین به بالا” شامل استفاده از آمار فضایی برای شمارش نوع سلول، ارزیابی تعاملات سلولی، و ایجاد همسایگی‌های محلی، استفاده از ابزارهای مورد استفاده در آنالیزهای تک سلولی مانند سیتومتری جرمی و توالی‌یابی اسید ریبونوکلئیک تک سلولی (scRNA-seq) بود. در مقابل، رویکرد «بالا به پایین» شامل حاشیه‌نویسی ویژگی‌های بافت‌شناختی یا هیستوتیپ‌های مربوط به وضعیت‌ها یا پیامدهای بیماری، و به دنبال آن محاسبات داده‌های چندگانه برای شناسایی الگوهای زیربنایی در سطح مولکولی بود.

تجزیه و تحلیل‌ها انتقال‌های مکرر بین مورفولوژی‌های تومور را نشان دادند که تعدادی از آن‌ها با گرادیان‌های گسترده در تنظیم‌کننده اپی ژنتیک و بیان انکوژن همزمان بودند. در حاشیه‌های مهاجم تومور، محل‌های رقابت بین سلول‌های سرطانی، سلول‌های طبیعی و سلول‌های ایمونولوژیک، تعداد لنفوسیت‌های T کاهش یافت که شامل چندین نوع سلول بود. مشخص شد که ظاهراً مشخص شده که مشخصه‌های کهن‌الگوی دوبعدی CRC مانند TLS با گرادیان‌های مولکولی مرتبط هستند و در تحلیل سه‌بعدی بسیار بزرگ‌تر هستند.

ریزمحیط تومور (TME) سازماندهی فضایی بیش از سه تا چهار مرتبه بزرگی را نشان داد. حاشیه‌های مهاجم تومور، حاشیه‌های تهاجمی از نوع جوانه‌زنی، حاشیه‌های تهاجمی مخاطی و حاشیه‌های تهاجمی از نوع فشاری عمیق را نشان دادند که تومور را به بافت همبند زیرین و عضلات صاف گسترش می‌داد. بخش‌بندی‌های سلولی در 75 تصویر WSI نشان داد که سلول‌های CK+ (سیتوکراتین مثبت) اپیتلیوم طبیعی و تومور از دسته سلول‌های تمایز 31+ (CD31+) اندوتلیوم، عمدتاً عروق خونی، سلول‌های دسمین مثبت استروما جدا شدند. و سلول های ایمونولوژیک CD45 مثبت.

در سرطان کولورکتال (CRC) 1 تا 17، طول همبستگی مشاهده شده بین 80.0 میلی متر برای خوشه تمایز 31 مثبت و 400.0 میلی متر برای CD20 یا کراتین مثبت بود. طول‌ها با ویژگی‌های هیستومورفولوژیکی مکرر، شامل مویرگ‌های کوچک در میان خوشه تمایز سلول‌های 31 مثبت، ورقه‌های تومور برای انواع سلول‌های سیتوکراتین مثبت، و ساختارهای لنفاوی سوم برای خوشه تمایز سلول‌های 20 مثبت همراه بود.

سلول های ایمونولوژیک مشاهده شده در تومور شامل CD8+ و پروتئین مرگ سلولی برنامه ریزی شده 1- لنفوسیت های T نوع سیتوتوکسیک، لنفوسیت های T نوع کمکی بیان کننده CD4، ماکروفاژهای بیان کننده CD68 و/یا CD163 و Blymp بیان کننده CD20-hocytes. علاوه بر این، زیرمجموعه هایی مانند CD4+ FOXP3+ Tregs (لنفوسیت های T تنظیمی) مشاهده شد. آدنوکارسینومای جامد بیشترین درصد سلولهای سرطانی سیتوکراتین مثبت (70.0%) را نشان دادند، در حالی که بافتهای اپیتلیال طبیعی مجاور کمترین سلولهای سیتوکراتین مثبت (25.0%) را داشتند و سلولهای ایمنی و فراوانی سلولهای استرومایی را نشان دادند.

در مطالعه حاضر، محققان یک تجزیه و تحلیل تصویربرداری بافت سه بعدی بسیار چند بعدی را برای ساخت اطلس های CRC انجام دادند که داده ها را با وضوح درون سلولی ارائه می دهند.

تجزیه و تحلیل ایمونوفلورسانس حلقوی با پیچیدگی بالا (CyCIF) و تصاویر CRC رنگ‌آمیزی با هماتوکسیلین و ائوزین (H&E) که توسط تجزیه و تحلیل هیستوپاتولوژیک به دست آمد با تجزیه و تحلیل scRNA-seq و تجزیه و تحلیل رونویسی ریز ناحیه‌ای ترکیب شدند. علاوه بر این، تصاویر CyCIF توسط t-SNE (تعمیر همسایه تصادفی توزیع‌شده) و ریزمنطقه‌های transcriptomic توسط PCA (تحلیل مؤلفه‌های اصلی) آنالیز شدند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل میکروآرایه بافت مجازی (vTMA) انجام شد.

نتایج

تومورهای جامد، در مرحله پیشرفته، جذب پیچیده سلول‌های تومور، سلول‌های استرومایی و سلول‌های ایمونولوژیک با تغییرات هیستومورفولوژیکی قابل‌توجه در داخل تومور هستند. تجزیه و تحلیل هیستوپاتولوژیک مرسوم داده های ناکافی را برای مطالعات پزشکی دقیق و مکانیکی فراهم می کند. اطلس های تومور فضایی می توانند با به دست آوردن داده های مورفولوژیکی و مولکولی سه بعدی عمیق، بر اساس بافت شناسی و ژنتیک تومور معاصر بنا شوند.

در مورد مطالعه

تجزیه و تحلیل Multiplexed مورفولوژی تومور و شیب مولکولی مخلوط را نشان داد. ویژگی های سلولی مشخصه سرطان مختلف به عنوان ساختارهای بزرگ و به هم پیوسته مشاهده شد. شبکه های سه بعدی TLS (ساختار لنفوئیدی سوم) تغییرات الگوی درون TLS را نشان دادند. فعل و انفعالات PD1 (پروتئین مرگ برنامه ریزی شده سلولی 1) – PDL1 (لیگاند مرگ برنامه ریزی شده-1) عمدتاً بین لنفوسیت های T و سلول های میلوئیدی در گروه سرطان کولورکتال مشاهده شد.

یافته‌ها نشان داد که انتقال‌های شبه اپیتلیال-مزانشیمی و سل در CRC1 با تشکیل ساختارهای فیبریلار بزرگ که به صورت جوانه‌های کوچک در مقاطع عرضی در نوک‌های دیستال ظاهر می‌شوند، مشخص می‌شوند. فیبریل‌ها می‌توانند به محیط‌های مختلف، از جمله موسین و استروما، حمله کنند که به نظر می‌رسد با اختلال تدریجی چسبندگی سلولی مربوط به انتقال‌های درجه‌بندی‌شده شبه اپیتلیال-مزانشیمی شکل می‌گیرند. این تیم تکثیر تومور کمتری در جوانه‌ها و تکثیر بیشتر در حاشیه‌های تومور مهاجم عمیق، با سطوح مختلف فعال‌سازی مسیر فسفوتیروزین و سرکوب ایمنی را مشاهده کردند.

به طور کلی، یافته‌های مطالعه نشان داد که آنالیز WSI چندگانه ویژگی‌های مولکولی و مورفولوژیکی درجه‌بندی‌شده و مخلوط را در نمونه‌های CRC انسانی مشخص می‌کند، و ویژگی‌های ساختاری با اندازه بزرگ و متمایز و تغییرات درون TLS در الگوهای فضایی تومورها را برجسته می‌کند.