Kako vidjeti strukturu tkiva u slici nebojenog histološkog preparata?
Domaći tim znanstvenika s Instituta Ruđer Bošković (IRB) i Medicinskog fakulteta u Zagrebu te Kliničke bolnice Dubrava Zagreb razvio je novu metodu za vizualizaciju različitih tkivnih struktura sadržanih u slici nebojenog histološkog preparata. Za razliku od metoda koje koriste kemijske reagense za bojanje histoloških preparata, razvijena metoda omogućava istovremeni prikaz više različitih struktura preparata različitim bojama u jednoj slici. Metoda je zaštićena prijavama patentnim zavodima SAD-a, EU i Kanade i opisana u radu kojeg je objavio jedan od vodećih časopisa u području interdisciplinarnih znanosti Scientific Reports (IF 5.58) kojeg izdaje Nature Publishing Group.
Već desetljećima stručnjaci koriste različite vrste kemijskih reagensa za bojenje histoloških preparata s ciljem dobivanja vizualnog kontrasta među različitim tkivnim strukturama koje su prisutne u preparatu. Ove metode bojanja preparata omogućavaju, između ostalog, patolozima razlikovanje zdravog tkiva od onog zahvaćenog karcinomom. Te promjene se u slici prikazuju kao različite nijanse iste boje. Međutim, uporaba reagensa ima i negativne učinke i može dovesti do različitih kemijskih i morfoloških promjena uzorka.
''Također, korišteni reagensi se selektivno vežu na tipične strukture i to najčešće jednu do dvije strukture istovremeno, što znači da patolozi nemaju mogućnosti istovremenog razlikovanja većeg broja tkivnih struktura u preparatu. To podrazumijeva da vam je potreban veći broj uzoraka za analizu koja se boje različitim reagensima, što može dovesti do varijacije u kvaliteti, kao i vremenu i cijeni bojenja.'' – objašnjava dr. sc. Ivica Kopriva, znanstveni savjetnik u Zavod za laserska i atomska istraživanja i razvoj IRB-a te prvi autor na radu.
Iz navedenih razloga, znanstvenici danas ulažu velike napore u razvoj metoda digitalnog bojenja slike nebojenog histološkog preparata pri čemu dolaze do problema segmentacije slike odnosno do problema kako raščlaniti sliku na skupove slikovnih elemenata (engl. pixels) koji odgovaraju različitim objektima koji su prisutni u slici.
U slučaju slike histoloških preparata različiti pojedinačni objekti odgovaraju spektralno različitim tkivnim strukturama prisutnim u histološkom preparatu. U slici nebojenih histoloških preparata spektralni profili različitih tkivnih struktura su izrazito slični pa je njihovo razlikovanje vrlo zahtjevan problem za digitalnu analizu slike.
U radu pod naslovom: ''Unsupervised segmentation of low-contrast multichannel images: discrimination of tissue components in microscopic images of unstained specimens'' znanstvenici IRB-a dr. sc. Ivica Kopriva, dr. sc. Marijana Popović Hadžija i dr. sc. Mirko Hadžija u suradnji s doc.dr. sc. Goranom Aralicom (Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu i KB Dubrava) opisali su metodu nenadzirane segmentacije slabo kontrastne slike s primjenom u vizualizaciji tkivnih struktura prisutnih u slici nebojenog histološkog preparata.
Demonstracija metode na tkivu jetre
''Mi smo uspjeli ovom metodom različitim bojama prikazati više tkivnih struktura prisutnih u slici nebojenog histološkog preparata.'' – objašnjava Kopriva.
Znanstvenici su metodu demonstrirali na vizualizaciji tkivnih struktura prisutnih u nebojenim uzorcima ljudske jetre s primarnim tumorom, s metastazama tumora debelog crijeva i želuca, te na vizualizaciji tkivnih struktura prisutnih u nebojanim uzorcima masne jetre miša. Tako se, primjerice, na dobivenoj slici tumorsko tkivo građeno od atipičnih hepatocita prikazuje plavo, krvna žila crveno, a tumorska vezivna čahura zeleno.
''Razvijena metoda ne omogućava automatiziranu dijagnostiku, ali može asistirati patologu u postavljanju dijagnoze.'' – objašnjava Kopriva.
Sljedeći korak - patentna zaštita
''Konačan cilj je razvoj metode digitalnog bojenja i automatizirane dijagnostike. To podrazumijeva prikaz tkivnih struktura prisutnih u slici nebojenog uzorka u kolor paleti ciljanog reagensa, te identifikaciju tkivnih struktura analizom slike. To, međutim, zahtjeva mikroskop sa višespektralnim ili hiperspektralnim oslikavanjem'' – zaključuje Kopriva.
''Naš sljedeći korak je dovršiti patentnu zaštitu intelektualnog vlasništva proizišlog iz izuma kojeg smo razvili, te ga ponuditi na otkup tvrtkama na području digitalne obradbe slike u patologiji, ne bi li vratili uloženo.'' – zaključuje Kopriva.
Metoda je razvijena u okviru trogodišnjeg znanstvenog projekta "Analiza nelinearnih komponenata s primjenama u kemometriji i patologiji" kojeg financira Hrvatska zaklada za znanost u vrijednosti od 997.599,00 HRK. Projekt okuplja znanstvenike iz Zavoda za laserska i atomska istraživanja i razvoj, Zavoda za molekularnu medicinu, Zavoda za organsku kemiju i biokemiju IRB-a, te Zavoda za patologiju i citologiju KB Dubrava i Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu.