确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用制造技术

描述了一种用于确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用的方法，其中方法包括：获得表示操纵保持空间中的细胞体的图像序列，该保持空间包括配置为与细胞体结合的官能化壁表面，该操纵包括施加力；跟踪图像序列中各第一图像中的第一像素组的第一位置，第一图像中的每个第一像素组表示细胞体中的第一细胞体，各第一图像中的第一位置限定第一细胞体相对于官能化壁表面移动的第一轨迹；确定第一细胞体在第一轨迹的一个或多个位置处的一个或多个第一速度值，一个或多个速度值高于零；并且基于一个或多个第一速度值和至少一个阈值速度值来对第一细胞体附着于官能化壁表面进行分类，分类优选地包括确定一个或多个第一速度值低于至少一个阈值速度值。低于至少一个阈值速度值。低于至少一个阈值速度值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用


[0001]本公开涉及基于图像序列确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用的方法。尤其涉及基于确定的细胞体的速度确定相互作用的方法。本公开还涉及用于确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用的数据处理系统、计算机程序和系统。

技术介绍

[0002]细胞相互作用的研究(例如细胞之间或细胞与生物分子之间的结合强度)是生物科学中高度相关和活跃的研究领域。例如，亲合力表征了细胞之间多个单独结合相互作用的累积效应。类似地，亲和力表征一个分子与另一个分子结合的强度，例如免疫细胞的细胞膜上的受体与靶细胞上的抗原结合的强度。亲合力和亲和力是在医学治疗(例如免疫肿瘤学)的研究和发展中起重要作用的参数示例。
[0003]用于研究细胞对生物分子的粘附和用于研究细胞之间的相互作用强度的已知技术被称为声力谱(AFS)，其中可以通过向细胞施加力来研究细胞和官能化表面之间的相互作用。例如，Kamsma等人在其文章《单细胞声力谱：T细胞粘附纤连蛋白的分解动力学和强度(Single
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cell acoustic force spectroscopy:resolving kinetics and strength of T cell adhesion to fibronectin)》(2018，细胞通讯(Cell Reports)，24,3008
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3016，2018年9月11日)中，使用声力谱AFS系统研究了T细胞粘附纤连蛋白的情况。类似地，WO 2018/083193描述了一种包括微流体单元的AFS系统，所述微流体单元包括可以包含靶细胞的所谓的官能化壁表面。可以将多个未标记的效应细胞(例如T细胞)冲入到微流体单元中，使得它们可以沉积并结合到靶细胞上。此后，使用声源在结合的效应细胞上施加斜坡力(ramping force)，使得效应细胞将在一定的力的作用下与靶细胞分离。在此过程中，使用成像显微镜对微流体单元中效应细胞的时空行为进行成像。细胞之间的相互作用(例如效应细胞分离的力)可以通过对捕获的视频图像进行分析来确定。例如，可以用这种方法确定效应细胞的细胞亲合力。
[0004]成像显微镜可以具有基本上平行于官能化壁表面的焦平面，使得相机采集的图像将通常是在与表示包括目标细胞的官能化壁的背景相对的前景中示出效应细胞。对这些捕获的图像的分析可以包括在二维或三维中检测细胞和跟踪检测到的细胞。在典型的AFS实验中，在细胞沉积到官能化壁上、效应细胞与靶细胞结合(培养)和/或效应细胞与靶细胞分离期间，需要检测、准确定位和跟踪大量效应细胞。
[0005]在高度动态的“活的”官能化壁表面(包括例如目标细胞的层)的背景下自动检测和3D跟踪大量(例如数千亦或是数万个)细胞不是一个小问题。在典型的AFS实验过程中，软件需要针对每个细胞确定细胞与官能化壁表面(也可能包括细胞)之间的相互作用。为此，该软件应能够准确确定细胞是否以及何时与官能化壁表面分离。
[0006]为了使系统尽可能准确地确定相互作用(例如亲合力)，重要的是在分析中只考虑真正分离的细胞。然而，在官能化壁表面中附着于靶细胞的效应细胞的动力学是复杂的，并且在图像中检测到的事件会被识别为分离的细胞，而实际上它们不是。因此，重要的是识别
此类假阳性并正确分类，以确定某些参数，例如亲合力。
[0007]因此，从以上所述可以得出结论，在本领域中需要准确且稳健的自动确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用，优选地根据所施加的力。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在改进使用力谱的细胞相互作用的分析。在本文中，术语力谱用于表示对感兴趣的粒子施加力同时监测(例如通过利用显微镜对粒子成像)粒子对力的响应的任何系统或方法。专利技术人已经认识到，附着于官能化壁表面的细胞的动力学通常是复杂的，并且细胞并不总是以相同的简单的方式与官能化壁表面分离。专利技术人已经认识到，在施加力斜坡(force ramp)期间将相对于官能化壁表面移动的每个细胞体识别为已经与官能化壁表面分离的细胞体是不正确的。专利技术人特别发现在细胞体之间存在如下的相互作用，其中细胞体相对于官能化壁表面移动，同时仍然附着于官能化壁表面。例如，当细胞体以单个位点的形式附着于相对于细胞体质心横向位移的点处的官能化壁表面时，可能发生这种情况。在这种情况下，由于所施加的力，细胞体可以围绕附着点“铰合”并且因此可以相对于官能化壁表面移动，即使细胞体仍然附着于官能化壁表面。此外，专利技术人发现了如下的示例，细胞体在被拉离官能化壁表面时形成所谓的系链(例如膜管)，这使细胞体保持附着于官能化壁表面。这种系链可以显著伸长，这意味着细胞体可以相对于官能化壁表面行进得比较远，同时仍然保持附着于其上。应当理解，将这种移动的细胞体分类为分离不符合物理现实，并且将曲解结合特性的分析，例如将产生不准确的亲合力曲线。
[0009]在一方面，本专利技术可以涉及用于确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用的方法。所述方法可以包括获得(例如，确定或接收)表示在保持空间中操纵细胞体的图像序列，所述保持空间包括配置为与细胞体结合的官能化壁表面，所述操纵包括施加力。所述方法还可以包括跟踪图像序列中各个第一图像中的第一像素组的第一位置的步骤，第一图像中的每个第一像素组表示细胞体中的第一细胞体，第一位置限定第一细胞体相对于官能化壁表面移动的第一轨迹。所述方法还可以包括确定第一细胞体在第一轨迹的一个或多个位置处的一个或多个第一速度值，该一个或多个速度值高于零，并且方法可以包括基于一个或多个第一速度值和至少一个阈值速度值来对第一细胞体附着于官能化壁表面进行分类的步骤。
[0010]在实施例中，分类可以包括确定一个或多个第一速度值低于至少一个阈值速度值。
[0011]在实施例中，可以向细胞体施加力斜坡。在另一实施例中，力可以具有远离官能化壁表面的方向。
[0012]因此，本方法基于细胞在力谱实验期间相对于壁表面移动的速度来确定分离事件。这样，本方法允许更准确地研究细胞体的结合特性。本方法能够从例如本领域已知的力谱测量期间捕获的图像获得更精确的信息。
[0013]优选地，本方法是计算机实现的方法。
[0014]本申请中使用的术语细胞体可以包括细胞部分，如亚细胞器、细胞核和/或线粒体。细胞体可以是单细胞或多细胞的，如小的成团细胞群、植物或动物生物组织、分裂细胞、出芽酵母细胞、群体原生生物等。细胞体也可以是发育早期的动物胚胎(例如哺乳动物的桑
椹胚，可能是人类胚胎)。在特定情况下，不同类型的细胞体可以一起研究。例如可以使用来自粘膜拭子、血液样本或其它探测技术的细胞体。细胞体也可以是一个或多个免疫细胞、一个或多个肿瘤细胞、一个或多个已被例如病毒感染的细胞。
[0015]一种或多种细胞体可以包括以下至少一种：淋巴细胞、单核细胞、粒细胞、T细胞、自然杀伤细胞、B细胞、CAR
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T细胞、树突细胞、Jurkat细胞、细菌细胞、红细胞、巨噬细胞、TCR Tg T细胞、OT
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用的方法，所述方法包括：获得例如确定或接收表示操纵保持空间中的细胞体的图像序列，保持空间包括配置为与细胞体结合的官能化壁表面，所述操纵包括对结合到官能化壁表面的细胞体施加力，所述力优选为力斜坡，所述力优选具有远离官能化壁表面的方向；跟踪图像序列中各第一图像中的第一像素组的第一位置，第一图像中的每个第一像素组表示细胞体中的第一细胞体，各第一图像中的第一位置限定第一细胞体相对于官能化壁表面移动的第一轨迹；确定第一细胞体在第一轨迹的一个或多个位置处的一个或多个第一速度值，一个或多个速度值高于零；以及基于一个或多个第一速度值和至少一个阈值速度值来对第一细胞体附着于官能化壁表面进行分类，所述分类优选地包括确定一个或多个第一速度值低于至少一个阈值速度值。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：跟踪图像序列中各第二图像中的第二像素组的第二位置，第二图像中的每个第二像素组表示细胞体中的第二细胞体，其中，各第二图像中的第二位置限定第二细胞体相对于官能化壁表面移动的第二轨迹；确定第二细胞体在第二轨迹的一个或多个位置处的一个或多个第二速度值；基于一个或多个第二速度值和至少一个阈值速度来对第二细胞体与官能化壁表面分离进行分类，所述分类优选地包括确定一个或多个第二速度值高于至少一个阈值速度。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：跟踪图像序列中各第三图像中的第三像素组的第三位置，第三图像在图像序列中晚于第一图像，每个第三像素组表示所述第一细胞体，其中，各第三图像中的第三位置限定所述第一轨迹的另外的部分；确定第一细胞体在另外的轨迹的一个或多个点处相对于官能化壁表面的一个或多个另外的速度值；基于一个或多个另外的速度值对第一细胞体与官能化壁表面分离进行分类，所述分类优选地包括确定另外的速度高于至少一个阈值速度。4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：确定第一细胞体位于群集中，群集是细胞体的聚集，以及避免将群集中的第一细胞体分类为附着于官能化壁表面。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定第一细胞体在第一轨迹的位置处的第一速度包括：确定或接收与两个或更多个图像相关联的时间实例，优选地，与两个或更多个后续图像相关联的时间实例，其中，第一细胞体位于第一轨迹的一个或多个位置中的一个位置处或附近；以及基于时间实例和第一细胞体在两个或更多图像中的位置来确定第一速度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，图像序列包括在对细胞体施加力之前所述保持空间的一个或多个图像，所述方法还包括：在对细胞体施加力之前，检测第一细胞体在保持空间的一个或多个图像中的至少一个
图像中的位置，所述位置限定结合到官能化壁的第一细胞体的初始位置。7.根据前一权利要求所述的方法，其中，使用初始位置与第一轨迹上的另外的位置之间的距离和/或第一轨迹的形状来确定第一细胞体通过系链、例如膜管附着于官能化壁表面。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，图像序列包括表示结合到官能化壁表面的一个或多个细胞体的初始图像，并且其中，检测初始图像中初始位置处的像素组包括：检测各初始图像中的初始像素组，所述初始像素组表示第一细胞体的初始移动，并且跟踪第一细胞体在初始图像中的位置，其中，针对每个初始图像，第一细胞体被分类为能够被跟踪的或不能够被跟踪的，以及如果在跟踪第一细胞体期间该第一细胞体被分类为不能够被跟踪的，则确定沉积事件，初始图像中检测到沉积事件的位置定义了初始图像中的初始位置，并因此定义了初始图像中初始位置处的像素组，并且其中在各第一图像中的不同位置处对各第一图像中的检测到的像素组进行检测，所述不同位置形成跟踪路径，所述跟踪路径的跟踪起点限定第一图像中跟踪起始图像中的弹出位置，跟踪起始图像与跟踪起始时间实例相关联，所述方法包括：确定初始位置和弹出位置之间的距离，并且确定跟踪起始时间实例与力施加时间实例之间的时间差，所述力施加时间实例指示向第一细胞体施加力的时间实例，基于跟踪起始时间实例和力施加时间实例之间的时间差以及初始位置和弹出位置之间的距离来...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：卢米科思CA控股有限公司，
类型：发明
国别省市：