Измерение опухолей головы и шеи мышей путем автоматического анализа КЛКТ-изображений

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12033 (2023) Цитировать эту статью

243 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Эксперименты на животных часто используются для определения влияния лекарств и других биологических условий на прогрессирование рака, но низкая точность и воспроизводимость установленных методов измерения опухолей делают результаты ненадежными. В ортотопических моделях рака головы и шеи на мышах для сравнения групп обычно используются объемы опухолей, аппроксимированные на основе измерений штангенциркулем, но геометрические проблемы делают процедуру неточной. Чтобы решить эту проблему, мы разработали программное обеспечение для более точного измерения этих опухолей с помощью автоматического анализа изображений конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ). Это позволяет проводить анализ формы опухоли и динамики роста, который в противном случае был бы слишком неточным, чтобы обеспечить биологическую информацию. Мониторинг роста опухоли с помощью штангенциркуля и параллельное визуализационное исследование показали, что измерения небольших опухолей с помощью штангенциркуля слабо коррелируют с фактическим объемом опухоли и сильно подвержены предвзятости экспериментатора. Представленный метод открывает уникальное окно для выявления источников ошибок в фундаментальном аспекте доклинических исследований рака головы и шеи и является ценным инструментом для их устранения.

Несмотря на достижения в использовании органоидов1 и технологий «орган-на-чипе»2, системы in vitro не способны воспроизводить важные аспекты реальных опухолей, которые содержат разнообразный набор стромальных клеток, взаимодействуют с системной иммунной системой и могут метастазировать в отдаленные органы. . Мышиные модели рака преодолевают эти ограничения и позволяют проводить контролируемые эксперименты по сравнению групп почти идентичных животных с помощью фармакологических и генетических манипуляций для проверки точных биологических гипотез. Поэтому они имеют огромную ценность, поскольку позволяют показать, что что-то влияет на рост опухоли, или определить, почему, в контексте, где эффект можно непосредственно проверить.

К сожалению, методы, используемые для измерения опухолей у мышей, часто неточны, отнимают много времени и подвержены различным формам систематической ошибки. Объем пальпируемой снаружи опухоли обычно аппроксимируется с использованием следующей формулы (или аналогичной) на основе расстояний, измеренных штангенциркулем:

где dlong и dshort — более длинное и короткое из двух примерно ортогональных измерений соответственно. Детали процедуры измерения, в том числе то, насколько сильно сжимать штангенциркуль, вероятно, способствуют случайным ошибкам и несоответствиям между измерениями. Насколько уравнение (1) переоценка или недооценка объема, конечно, также зависит от формы опухоли. Это особенно актуально при раке головы и шеи (HNC), при котором опухоли могут расти экзофитно или эндофитно через отверстия и проникать в соседние лимфатические узлы.

Рост опухолей, которые не пальпируются снаружи, таких как опухоли легких3 или опухоли головного мозга4, вместо этого можно отслеживать с помощью методов медицинской визуализации, включая компьютерную томографию (КТ)5, магнитно-резонансную томографию (МРТ)6 и ультразвук. Хотя это может дать полезную информацию, применимость измерения опухолей на основе изображений для серийного мониторинга нескольких животных ограничена длительным временем получения и анализа изображений. Ранее сообщалось, что измерения штангенциркулем менее точны, чем измерения тех же опухолей на основе изображений7,8. Биолюминесцентная визуализация (BLI) также примечательна в этом контексте как метод сравнения роста соответственно помеченных опухолей, хотя она страдает рядом технических проблем9,10 и обычно не используется для оценки объема опухоли11.

Измерения объема опухоли как штангенциркулем, так и ручной анализ изображений, просто с непосредственным участием людей, также позволяют сознательно или подсознательно вносить предвзятость в результаты. Несмотря на доказательства таких эффектов экспериментатора и важность слепой записи данных12,13, это не является распространенной практикой в ​​этом контексте и представляет собой важное преимущество автоматизации количественного определения объема опухоли.