Name: expedited radiation biodosimetry by automated dicentric chromosome identification (adci) and dose estimation
Uploaded: 2017-09-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification ADCI and Dose Estimation at JoVE.com

우리는 그들의 cytogenetic biodosimetry 실험실에서 분열 이미지 데이터 액세스에 대 한 박사 루스 윌킨스, Radiobiology과 보호 건강 캐나다, 그리고 페 라 Flegal, 캐나다 핵 실험실 및 그들의 실험실 직원에 게 감사. 이 종이 CytoGnomix (시리얼 번호를 빌드 캐나다 혁신 프로그램에서에서 계약에 의해 지원 되었다 EN579-172270/001/SC). ADCI의 초기 버전 및 알고리즘의 개발; 서양 혁신 기금에 의해 지원 되었다 자연 과학 및 공학 연구 위원회 (NSERC 발견 그랜트 371758-2009); 캐나다의 미국 공중 보건 서비스 (다트-복용량 CMCR, 5U01AI091173-0); 캐나다 재단 혁신; 캐나다 연구의 자, 및 CytoGnomix 주식 회사

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PKR와 JHMK cofounded ADCI의 상용화는 관련된 특허를 보유 하 고 있는 CytoGnomix. YL 및 BCS는 CytoGnomix의 직원입니다. ADCI 저작권 및 ADCI에 centromere 지역화 방법 특허 (미국 팻. No. 8,605,981; 독일 팻입니다. 번호 112011103687)입니다.

기능 및 소프트웨어의 한계
가져오기 및 cytogenetic 분열 이미지 처리, 방사선 교정 곡선, 만들고 개인 또는 알 수 없음에 노출 하는 샘플에서 생물 복용량 견적 ADCI에 익숙해 전형적인 단계별 절차를 소개 하는이 문서에서 설명 하는 프로토콜 방사선 수준입니다. 그러나, 그것은 이러한 지침을 순차적으로 수행 하는 데 필요한입니다. 예를 들어 불명된 복용량의 많은 테스트 샘플 및 처리 수 있습니다 같은 계산된 보정 곡선을 사용 하 여 분석. 또한, 처리 완료 되 면 이미지 선택 및 DC 모델 필터링 사용자가 반복 될 수 있습니다. 적절 한 이미지 선택 모델의 응용 프로그램 특성에 따라 달라 집니다 및 분열 이미지 데이터를 차례로 의존 하는 세포를 준비 하는 데 사용 하는 실험실 프로토콜에 포함 된 셀을 선택 하는 데 사용 하는 엄중 기준 둘 다의 품질 자동 분열 캡처 시스템입니다. 염색체의 형태학은 biodosimetry와 cytogenetic 실험실 다 고 따라서, 이미지 선택 모델 소프트웨어와 함께 제공 된 미리 정의 된 이미지 선택 모델에 적절 한 것인지 확인 하기 위해 사용자에 의해 평가 되어야 한다 정확한 복용량 견적, 생산 또는 사용자 정의 된 사용자 지정 모델 여부 임계값 만들 필요가 있다. 우리의 경험을 바탕으로, 이미지 선택 모델의 효과 소스 셀 이미지의 품질에 의해 영향을 받습니다. 사용자가 필터의 다른 조합을 사용 하 여 제거 거짓 긍정적인 Dc 및 이미지 선택 모델 및 해당 임계값 값을 원하는 이미지를 선택 하는 그들의 자신의 이미지 선택 기준을 디자인할 수 있습니다. 저기 유연성 교정 곡선과 복용량 추정의 입력에 계수 선형 이차 곡선 및 DC 주파수의 수정 되거나 수동으로 입력 될 수 있습니다.
소프트웨어는 완전히 자동화 하 고, 비록 이미지 수 있습니다 수 수동으로 검토 및 선택. 이 기능은 포함 하거나 주요 GUI에 현미경 뷰어 기능을 통해 개별적으로 처리 된 이미지를 제거 제공 됩니다. 그럼에도 불구 하 고, 자동화로 인해 소프트웨어는 훨씬 더 효율적인 분열 이미지의 점수와 Dc 계산 설명서와 비교. 샘플 1000 이미지의 구성 된 멀티 코어 성능 워크스테이션에 40 (jpg) 분 20 (tiff)에서 처리할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 여러 개인 노출 되었을 또는 방사선에 노출 된 의심 또는 시간적 진단 및 치료에 대 한 이벤트 같은 시간 또는 많은 경우에 특히 도움이 될 것입니다. 결정은 중요 합니다.
복용량 견적 Dc의 높은 처리량을 정확 하 고 정확한 검출은 무인된 방사선 평가 필요 합니다. 소프트웨어에 다른 가능한 대안 이러한 요구 사항을 모두 충족 하지 않습니다. 사용자 지원, 이미지 기반 cytogenetic 분석 (DCScore, Metasystems17) 시스템 필요 후보 Dc의 수동 확인을 수행, 높은 오류 비율 교정에 기인 염색체 사이의 겹치는 및 시스템을 결정 하지 않는다 방사선 복용량입니다. DCScore는 잠재적으로 노출 된 개인의 많은 수를 포함 하는 방사선 이벤트에 ADCI 만큼 효과적이 지 않을 것 이다. 그러나 큰 조리개 현미경 시스템 여러 분열 세포18의 이미지를 수집할 수 있습니다, 그리고, 그들은 그들을 분석 하지 않습니다. "CABAS"19 및20 소프트웨어 "복용량 견적" 보정을 생성할 수 있습니다 곡선 및 견적 복용량, 그러나 Dc 점수 하지 않습니다. DC 분석을 기반으로 하지 다른 biodosimetry 분석 실험 H2AX 형광, 형광 교 잡에서 원래의 dna 프로브 특정 대상된 염색체, 유전자 발현, micronucleus 분석 결과, 그리고 소변과 호흡기 생체. 이러한 메서드는 이온화 방사선에 대 한 덜 특정 고 구분, 비쌀 수 있다 더, 어떤 경우에, 더 많은 시간이 소요, 있으며 여러 참조 실험실에 걸쳐 표준화 일반적으로 되지. 그래서 그들은 긴 기간 평가에 사용할 수 없습니다 이러한 기술의 대부분 안정적인 방사선 응답을 검색 하지 않습니다 (&#62; 7 일 후 노출) 방사선 복용량의. 대조적으로, 두 일 후 노출, 개인을 평가할 수 있는 그리고 모든 세포 유전학 실험실 현미경 이미징 시스템에서에서 데이터를 처리할 수 있습니다. 그러나, 만약 샘플 그려진 &#62; 4 주 후 노출, 감도 dicentric 착오1,2,3 의 부패로 인해 감소 되 고 소프트웨어 현재 샘플링에 지연에 대 한 DC 주파수를 수정 하지 않습니다 개인 노출.
이 소프트웨어는 몇 가지 제한이 있습니다. 기존 이미지 선택 모델 대부분 허용 분열 이미지 선택 하지만 어떤 경우에 DC 검색의 정확도 감소 시킬 수 있는 불만족 이미지 제거를 실패 합니다. 그것은 여전히 열려있는 질문 모든 부적 한 분열 중 기 세포를 제거 하는 만족 스러운 이미지 선택 모델을 디자인 하는 방법입니다. 샘플 더 높은 방사선 복용량에 노출에 대 한 정확한 견적을 제공 하는 소프트웨어 (≥ 2 Gy). 거짓 긍정적인 Dc16의 수를 감소 시키는 상당한 진행에도 불구 하 고 이러한 개체는 되지 제거 되었습니다. 낮은 품질 낮은 방사선 복용량에서 분열 중 기 세포 (특히 &#60; 1 Gy) 더 거짓 긍정적인 DC 검색 하는 경향이 있다. 따라서, HC 테스트 샘플의 복용량 추정에 사용 되는 보정 곡선을 생성할 때에 낮은 복용량 샘플 포함 되지 않았습니다. 저용량 샘플을 포함 하는 곡선을 원하는 경우 낮은 SVM 시그마 값 저용량 샘플에서 거짓 긍정적인 카운트를 감소 시킨다 그러나, 높은 복용량 샘플에 낮은 DC 수율에 발생할 수 있습니다. 그림 8 량 추정에 사용 되는 HC 곡선 비교 (시그마 = 1.5) 교정 곡선으로 낮은 SVM 시그마 값 (1.0)에서 추가 낮은 복용량 샘플 맞지. 분열 중 기 세포 분열 이미지에서 화질의 부족 한 숫자와 샘플에 정확 하 게 낮은 복용량에, 잠재적으로 실제 복용량을 초과 하는 0.5 Gy에서 편차 인 생물학적 노출 추정 가능 하지 않을 수 있습니다.
소프트웨어 수 없습니다 정확 하 게 평가 방사선 종류 최고의 그들의 복용량 응답 곡선 선형 또는 근처 선형 모델에 맞는 경우. 지금까지, 그것은 샘플에 X-감마선 노출로 테스트 되었습니다. 다른 방사선 샘을 검사 하는 경우 사용자가 교정 및 테스트 샘플 같은 종류의 방사선에 노출 됩니다 확인 해야 합니다. 소프트웨어 사용 최대 가능성 또는 최소 제곱 복용량 응답 곡선 선형 이차 모델을 사용 하 여 구성에 적합 합니다. 그러나 현재 옵션은 없습니다 엄격한 선형 곡선에 맞는, 부과 하 고 에너지 입자 노출에 대 한 적절 한, 그런 기능 사용할 수 나중에.
미래 발달
우리의 지속적인 노력 이미지 선택 모델 및 특히 낮은 방사선 복용량에 노출 하는 샘플의 정확한 복용량 측정 개선에 집중 된다. 다음 소프트웨어 버전 복용량 견적 및 교정 곡선에 신뢰 간격에 표준 오차 측정을 제공할 것입니다. 또한, 높은-성능 컴퓨팅 (BG/Q, IBM) 블루 진 슈퍼 컴퓨터에 대 한 소프트웨어 버전 대량 사상자 방사선 이벤트에 노출 개인의 적절 한 평가 위해 개발 중입니다. 소프트웨어의 일부 구성 요소가 이미 시험 되 고이 플랫폼에 배포아가씨 "외부 참조" = > 11.

방사선 biodosimetry 생물 학적 마커, 주로 염색체 착오 dicentric 염색체 (Dc) 등 염색체 translocations 개인에 노출 되는 방사선 복용량을 측정 하기 위해 사용 합니다. 생물학적으로 흡수 선 량은 개인 사이 가변성 때문에 계기에 의해 측정 된 실제 복용량에서 달라질 수 있습니다. 마찬가지로, 특정 물리적 선 량의 방사선 다른 생물학적 노출 기본 생리 또는 환경 조건에 따라 생성할 수 있습니다. 기술 생물 복용량의 진단 및 치료에 대 한 특정 중요성 이다.
DC 분석 결과 사람들이 생물 학적 방사선 노출 평가 대 한 세계 보건 기구 (WHO)와 국제 원자력 기구 (IAEA)의 골드 표준입니다. 그것은 첫 번째 분석 결과 방사선 복용량 평가 대 한 IAEA에 의해 권장 했다. DC 주파수 방사선 노출1 후 약 4 주 동안 상대적으로 안정적 이며 방출된 방사선 복용량의 양적 상관 관계 순은 정확 하 게는 Dc 이상적인 바이오 마커. 방사선 복용량 (회색 [Gy] 단위에서 참조), 그리고 DC 주파수 (DCs의 셀 당 수로 참조 되는) 간의 관계는 선형 이차 함수로 표현할 수 있습니다.
Cytogenetic DC 분석 결과 약 55 년2를 위한 업계 표준 되었습니다. 그것은 단일 혈액 샘플에서 현미경 데이터를 분석 하기 1-2 일 요구 수동으로 수행 하고있다. 몇 백 몇 천 이미지를 정확 하 게 방사선 노출3복용량 따라 예상 필요 합니다. 초과 1 Gy 복용량, IAEA 100 Dc의 최소 검출 될 것이 좋습니다. 250-500 분열 이미지의 시험 biodosimetry cytogenetic 실험실에서 일반적인 관행입니다. 노출으로 샘플에 대 한 &#60; 1 Gy, 3000-5000 이미지 DC 형성의 낮은 확률 때문에 건의 된다. 두 경우 모두, 노동 강렬한 작업입니다.
Cytogenetic biodosimetry 실험실 테스트 샘플에서 생물 복용량을 평가 하기 전에 방사선 biodosimetry 교정 곡선 자신의 생체 외에서 만듭니다. 정상, 제어 개인에서 혈액 샘플 방사선에 노출 되 고 세포 배양 후 하 분열 중 기 염색체 분석에 대 한 준비. 이러한 샘플을 사용 하 여, 생물 복용량을 받은 표준 방사선 소스에 의해 방출 된 알려진된 실제 복용에 보정 됩니다. 분열 중 기 세포 이미지 기록 후 전문가 검토 이미지, Dc를 계산 하 고 각 샘플에 대 한 DC 주파수를 계산. 보정 곡선은 모든 복용량에서 DC 주파수로 선형 이차 곡선을 피팅 하 여 만들어집니다. 다음, 개인에서 테스트 샘플에 노출 커브 보정된 복용에 DC 주파수를 일치 하거나 해당 선형 이차 수식에서 그들을 지정 하 여 유추 수 있습니다.
우리 모두 Dc의 탐지를 자동화 했다 하 고 소프트웨어를 사용 하 여이 절차를 신속 하 게 결정을 복용. 자동화 된 Dicentric 염색체 식별자 및 복용량 견적 (ADCI) 기계 학습 기반 이미지 처리 기술을 검색 하 여 사용 monocentric 염색체 (MCs)에서 dicentric 염색체 (Dc) 및 기타 개체를 차별 하 고 방사선을 자동화 추정 복용량. 소프트웨어는 크게 감소 하거나 DC의 수동 확인에 대 한 필요성을 제거 하 고 자동화를 통해 복용량 추정 가속 목표로 합니다. 그것은 참조 biodosimetry 실험실에서 건강 캐나다 (HC) 및 캐나다 핵 실험실 (CNL)의 참여와 함께 개발 되었습니다. 그들의 피드백 성능이 분석이 결과 대 한 국제 원자력 기구 기준에 맞게 계속 됩니다 보장 합니다.
다음 기능을 수행 하는 소프트웨어: 1) 필터링 Dc 분석, 염색체 2) 인식, DC 감지, DC 주파수 결정에 대 한 최적의 분열 셀 이미지를 선택 하 고 3) 추정 량 보정에서 방사선 복용량 cytogenetic 방사선 데이터입니다. (불리는 샘플) 동일한 개인에서 분열 이미지의 그룹을 처리 하는이 소프트웨어, 수 사용 하 여 각에 있는 Dc의 수 이미지 처리 기법, 그리고 회색 (Gy)의 단위로 각 샘플 받은 예상된 방사선 복용량을 반환 합니다.
소프트웨어는 염색체 구조, 횟수 및 밀도의 범위를 처리 하기 위해 설계 되었습니다. 그러나, 알고리즘 분열 이미지 잘 분리, 선형 염색체4의 가까운 완전 한 보완을 포함 최적으로 수행 합니다. 염색체의 높은 겹쳐 세트를 포함 하는 이미지 여러 셀, 불완전 한 분열 중 기 세포, 자매 chromatid 분리, 핵, 염색체 비 개체 및 기타 결함 알고리즘의 정확성을 줄일 수 있습니다. 전용 이미지 선택 모델 및 다른 개체 세분화 임계값 최적의 이미지와 거짓 긍정적인 Dc의 대부분을 필터링 할 수 있습니다.
Dicentric 염색체 검색 이미지를 처리할 때 수행 됩니다. 알고리즘은 염색체 이미지 개체를 확인 하 고 각 염색체에 centromeres 될 가능성이 가장 높은 두 개의 영역을 찾습니다. 다음, 일련의 다른 지원 벡터 기계 (SVM) 모델을 학습 구분 Dc 또는 정상, monocentric 염색체로 염색체. SVM 모델 민감도 특이성 DC 검색의에 다 (단계를 참조 하십시오 아래 3.1.4), 샘플에서 결정 되는 DC 주파수를 영향을 미칠 수 있는.
ADCI는 Giemsa-(DAPI에서) 스테인드 분열 디지털 이미지 (TIFF 또는 JPG 형식) 하나 이상의 샘플의 집합을 처리 합니다. 소프트웨어 보정 샘플 및 샘플 테스트에서 Dc를 분석합니다. 교정 샘플 (Gy)에서 실제 복용 하며 교정 곡선의 생성에 사용 됩니다. 알 수 없는 노출으로 개인의 물리적, 생물학적 복용량 시스템에서 생성 된 보정 곡선에서 소프트웨어에 의해 유추 됩니다. 비록 실험실 유사한 기술을 사용 하 여, 다른 실험실에서 보정 곡선 종종3을다. 동일한 실험실에서 두 교정 곡선과 테스트 샘플 테스트 샘플에 정확한 복용량 견적에 대 한 처리 해야 합니다.
이 소프트웨어는 생산성 있는 많은 개인 테스트 동시에 해야 합니다 이벤트를 처리 하는 데 필요한 주소 속도, 정확성과 확장성을 제공 합니다. 그것은 2008-20174,5,6,7,,89,10,11,12에서에서 개발 되었다 ,13. 최근 컴퓨터 하드웨어,이 데스크톱을 사용 하 여PC 소프트웨어 처리할 수 있는 10-20 분 4500 분열 게놈 등가물의 환자 샘플의 예상 방사선 복용량. 코드 독점 이미지 세분화 및 염색체 분석에 대 한 알고리즘을 학습 하는 컴퓨터의 집합을 기반으로 합니다. 3 Gy의 방사선에 노출 하는 각 염색체의 전문가 분석 ADCI 정확도 비교 했다. (이전 국제 능력 운동에 사용 되는) 알 수 없는 노출의 6 샘플의 집합, 소프트웨어 추정 HC 및 CNL, 심사에 대 한 IAEA의 요구를 수행 하 여 동일한 데이터의 수동 검토에 의해 얻은 값의 0.5 Gy 내 복용 biodosimetry입니다. 또한, inter-laboratory 표준화 및 궁극적으로 복용량의 재현성 알고리즘 점수는 일반적으로, 자동화 된 DC에서 혜택을 계산 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 소프트웨어 필터링 및 선택 기준, 사용 염색체 준비 방법의 차이를 고려해 방사선 교정 이미지의 사용자 정의 허용 합니다.
이 소프트웨어는 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 기반된 시스템 Giemsa (또는 DAPI)를 포함 하는 염색체 이미지의 집합을 분석 하는-얼룩진 분열 이온화 방사선에 노출에 기인 하는 종양 세포. 이미지 세트는 빛 (또는 epifluorescent) 현미경 시스템으로 디지털 사진 하 고 다른 샘플에 해당 하는 각 세트. 소프트웨어 활용 이미지 처리 기술을 감지 하 여 MCs 및 다른 개체에서 Dc를 차별 합니다. 실험적으로 파생 된 세분화 필터 다음 자동으로 진정한 Dc 영향을 주지 않고 잘못 된 긍정적인 Dc 제거 합니다. 마지막으로, 소프트웨어는 자동으로 계산 (또는 사용자 지정) 이미지 선택 모델 분열 이미지에서 화질을 발견 하는 다양 한 이미지 속성에 따라 원하지 않는 이미지를 필터링 합니다. 이러한 이미지는 과도 한 포함 또는 "시끄러운" 개체, 여러 중복 염색체의 부족 한 숫자 이미지 부족 한 분열 중 기 염색체, 여동생의 과도 한 번호 chromatids4. 자동으로 큐레이터 이미지 데이터 알려진된 방사선 복용량의 샘플에서 복용량 보정 곡선을 생성 하는 데 사용 하 고 테스트 샘플 불명된 복용량에 노출의 노출 추정 하는 데 사용 됩니다.
소프트웨어의 출력을 볼 수 있습니다 및 저장: 출력 1) 텍스트 기반 콘솔에서 볼 2) 플롯 이미지, 그리고 보고서 3) HTML 형식에서으로 저장할 수 있습니다. 소프트웨어의 여러 측면 다른 연구소의 특정 요구에 맞게 사용자 지정할 수 있습니다. 개별 실험실은 일반적으로 교정 및 테스트 샘플 준비와 수집 된 그의 실험실에 cytogenetic 프로토콜에 기반을 제공 합니다. 이 샘플 준비의 균일성을 유지 하며 동일한 프로토콜을 사용 하 여 파생 된 샘플 테스트에 적용할 의미 있게 교정 샘플에서 생성 된 보정 곡선 보정 곡선 중 곡선 계수 또는 정의 된 복용량에서 DC 주파수에서 만들 수 있습니다. 가장 정확한 복용량 견적 낮은 품질의 이미지 및 거짓 긍정적인 Dc (FPs) 필터링 하 여 얻을 수 있습니다. 각 샘플 내에서 최적의 이미지 하위 집합의 선택은 '이미지 선택 모델' FPs를 소개 하는 경향이 subpar 이미지를 삭제 하는 사용 하 여 수행 됩니다. 그러나 사전 검증된 모델의 시리즈 소프트웨어, 추가 모델 사용자 지정된 임계값 및 필터를 만들고 저장, 사용자 수와 함께 포함 되어 있습니다.
기본 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 제공 소프트웨어 성공적으로 로드 되 면 ( 그림 1참조). 이 인터페이스에서 샘플, 분열 세포 이미지 파일, 폴더의 구성 된 각 선택 수 있으며 DCs 식별 처리 보정 곡선 만들 수 있으며,을 샘플의 방사선 노출 복용량 결정 될 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56245/56245fig1.jpg"> 
그림 1: 포함 하는 그래픽 사용자 인터페이스의 주요 분야: 샘플 (1), 교정의 목록 목록 곡선 (2), 과정 (3), 각 샘플, 음모의 이미지의 각 집합에서 DC 검색의 상태를 모니터링 하는 큐 (4), 통계 또는 다른 양적 속성 샘플 또는 보정 곡선, 그리고 프로그램에 의해 수행 하는 각 작업의 출력으로 설명 텍스트를 포함 하는 콘솔 (5) 에서 이미지의 집합의 요약을 표시 합니다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56245/56245fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>Automated Dicentric Chromosome Identifier and Dose Estimator (ADCI)</td><td>CytoGnomix</td><td>NA</td><td>ADCI software is released in a binary installation package file for Microsoft Windows 7, 8, 8.1 and 10; 235 Mb of disk storage are required for a typical installation. The software has been tested with Intel or AMD x86-64 processors; at least 1 Gb RAM is recommended. Analyses have been benchmarked on a computer configured with an Intel I7 processor and 16 Gb RAM. Operation of ADCI requires an active license and a USB-based hardware dongle, which must remain plugged in while the software is executing. The dongle encodes the software expiry date. Each time the software is started, this date is read. The software will allow access to the program if the current date and time precedes the expiration time-date stamp. Extending an expired software license can be accomplished by obtaining a new dongle or by renewing the license with an updated key at startup.</td></tr><tr><td>Digital images of metaphase cell nuclei</td><td>Examples: Metasystems, Leica Microsystems</td><td>M-Search (Metasystems), Cytovision (Leica) software</td><td>High resolution TIFF format; typically &gt;250 digital images generated with a microscope imaging capture system (minimum 63X magnification objective, 10X magnification ocular).</td></tr><tr><td>MSI Leopard Pro (recommended, optional)</td><td>Micro-Star International</td><td>MSI GP62 6QF 480CA Leopard Pro</td><td>Multi-core performance workstation.</td></tr></tbody></table>

expedited radiation biodosimetry by automated dicentric chromosome identification (adci) and dose estimation

생물 학적 방사선 복용량 분열 중 기 세포에서 염색체 dicentric 주파수에서 추정 될 수 있습니다. 이러한 cytogenetic dicentric 염색체 분석 실험을 수행 하는 것은 전통적으로 대량 사상자 사건의 여파로 검사를 필요로 할 수 있는 샘플의 볼륨을 처리 하기 위해 적합 하지 수동, 노동 집약적인 프로세스입니다. 자동화 된 Dicentric 염색체 식별자 및 복용량 견적 (ADCI) 소프트웨어 기계 학습 기반 이미지 처리 기법을 사용 하 여 분열 이미지의 집합을 검사 하 여이 프로세스를 자동화 합니다. 적절 한 이미지는 centromere 포함 염색체 또는 비-염색체, 각 개체를 분류 하는 부적 절 한 이미지를 제거 하 여 분석에 대 한 추가 소프트웨어 선택 monocentric 염색체 (MCs)으로 염색체를 구별 또는 dicentric 염색체 (Dc) DC 주파수는 예제 내에서 결정 하 고 교정 샘플을 사용 하 여 계산 보정 곡선 샘플 DC 주파수를 비교 하 여 생물 방사선 복용량 견적. 이 프로토콜 ADCI 소프트웨어의 사용을 설명합니다. 일반적으로, 교정 (알려진된 복용량) 및 테스트 (불명된 복용량) 세트 분열 이미지의 정확한 복용량 추정을 수행 하기 위해 가져옵니다. 분석을 위한 최적의 이미지 자동으로 미리 설정 된 이미지 필터를 사용 하 여 찾을 수 있습니다 또는 또한 수동 검사를 통해 필터링 할 수 있습니다. 각 샘플 내에서 이미지를 처리 하는 소프트웨어 그리고 DC 주파수 Dc, 접근을 학습 하는 기계를 사용 하 여 호출에 대 한 엄중의 서로 다른 수준에서 계산 됩니다. 선형 이차 교정 곡선 알려진된 실제 복용에 노출 보정 샘플에서 DC 주파수에 따라 생성 됩니다. 테스트 샘플 불확 실한 방사선 수준에 노출의 이러한 보정 곡선을 사용 하 여 그들의 DC 주파수에서 견적 된다. 보고서는 요청 시 생성 될 수 있습니다 하 고 하나 이상의 샘플, 하나 이상의 보정 곡선, 또는 복용량 추정 결과의 요약을 제공 합니다.

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Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification ADCI and Dose Estimation

신속한 방사선 Biodosimetry로 자동 Dicentric 염색체 식별 (ADCI) 및 복용량 추정

Cytogenetic dicentric 염색체 (DC) 분석 결과 단정 이온화 방사선에 노출. Dicentric 염색체 식별자 자동화 및 복용량 견적 소프트웨어 정확 하 고 빠르게 분열 중 기 세포에 Dc에서 생물학 복용량 견적. 그것은 Dc에서 monocentric 염색체와 다른 개체를 구분 하 고 Dc의 주파수에서 생물 방사선 복용량 견적.

Biological radiation dose can be estimated from dicentric chromosome frequencies in metaphase cells. Performing these cytogenetic dicentric chromosome ...

expedited-radiation-biodosimetry-automated-dicentric-chromosome

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Genetics

Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification (ADCI) and Dose Estimation

15.6K 조회수.  CytoGnomix Inc.. Cytogenetic dicentric 염색체 (DC) 분석 결과 단정 이온화 방사선에 노출. Dicentric 염색체 식별자 자동화 및 복용량 견적 소프트웨어 정확 하 고 빠르게 분열 중 기 세포에 Dc에서 생물학 복용량 견적. 그것은 Dc에서 monocentric 염색체와 다른 개체를 구분 하 고 Dc의 주파수에서 생물 방사선 복용량 견적.

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Detection of Inter-chromosomal Stable Aberrations by Multiple Fluorescence In Situ Hybridization (mFISH) and Spectral Karyotyping (SKY) in Irradiated Mice

Ionizing radiation (IR) induces numerous stable and unstable chromosomal aberrations. Unstable aberrations, where chromosome morphology is substantially compromised, can easily be identified by conventional chromosome staining techniques. However, detection of stable aberrations, which involve exchange or translocation of genetic materials without considerable modification in the chromosome morphology, requires sophisticated chromosome painting techniques that rely on in situ hybridization of fluorescently labeled DNA probes, a chromosome painting technique popularly known as fluorescence in situ hybridization (FISH). FISH probes can be specific for whole chromosome/s or precise sub-region on chromosome/s. The method not only allows visualization of stable aberrations, but it can also allow detection of the chromosome/s or specific DNA sequence/s involved in a particular aberration formation. A variety of chromosome painting techniques are available in cytogenetics; here two highly sensitive methods, multiple fluorescence in situ hybridization (mFISH) and spectral karyotyping (SKY), are discussed to identify inter-chromosomal stable aberrations that form in the bone marrow cells of mice after exposure to total body irradiation. Although both techniques rely on fluorescent labeled DNA probes, the method of detection and the process of image acquisition of the fluorescent signals are different. These two techniques have been used in various research areas, such as radiation biology, cancer cytogenetics, retrospective radiation biodosimetry, clinical cytogenetics, evolutionary cytogenetics, and comparative cytogenetics.

Detection of Inter-chromosomal Stable Aberrations by Multiple Fluorescence In Situ Hybridization mFISH and Spectral Karyotyping SKY in Irradiated Mice

The present protocol describes the usefulness of multiple fluorescence in situ hybridization (mFISH) and spectral karyotyping (SKY) in identifying inter-chromosomal stable aberrations in the bone marrow cells of mice after exposure to total body irradiation.

여러 형광에 의한 간 염색체 안정 수차의 검출<em&gt; 현장에서</em&gt; 하이브리드 (mFISH) 및 방사선 조사 마우스의 스펙트럼 핵형 분석 (SKY)

Ionizing radiation (IR) induces numerous stable and unstable chromosomal aberrations. Unstable aberrations, where chromosome morphology is substantially ...

연구

유전학

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via stereotactic radiotherapy where positioning accuracy allows delivering very high doses per fraction in a small volume of the patient. Dosimetric measurements on medical accelerators are conventionally realized using air-filled ionization chambers. However, in small beams these are subject to nonnegligible perturbation effects. This study focuses on liquid ionization chambers, which offer advantages in terms of spatial resolution and low fluence perturbation. Ion recombination effects are investigated for the microLion detector (PTW) used with the Cyberknife system (Accuray). The method consists of performing a series of water tank measurements at different source-surface distances, and applying corrections to the liquid detector readings based on simultaneous gaseous detector measurements. This approach facilitates isolating the recombination effects arising from the high density of the liquid sensitive medium and obtaining correction factors to apply to the detector readings. The main difficulty resides in achieving a sufficient level of accuracy in the setup to be able to detect small changes in the chamber response.

A growing number of radiation therapy devices offer the advantage of delivering the dose through very small beams to the tumor, allowing for increased conformity and higher doses per fraction. Many different detectors can be used for the dosimetry of these small fields. In the present study, the effect of ion recombination is investigated for a liquid ionization chamber using a stereotactic radiation therapy system.

액체 이온화 챔버의 재조합 효과의 특성은 Radiosurgical 가속기의 선량 측정에 사용

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

공학

Investigation of Protein Recruitment to DNA Lesions Using 405 Nm Laser Micro-irradiation

The DNA Damage Response (DDR) uses a plethora of proteins to detect, signal, and repair DNA lesions. Delineating this response is critical to understand genome maintenance mechanisms. Since recruitment and exchange of proteins at lesions are highly dynamic, their study requires the ability to generate DNA damage in a rapid and spatially-delimited manner. Here, we describe procedures to locally induce DNA damage in human cells using a commonly available laser-scanning confocal microscope equipped with a 405 nm laser line. Accumulation of genome maintenance factors at laser stripes can be assessed by immunofluorescence (IF) or in real-time using proteins tagged with fluorescent reporters. Using phosphorylated histone H2A.X (&#947;-H2A.X) and Replication Protein A (RPA) as markers, the method provides sufficient resolution to discriminate locally-recruited factors from those that spread on adjacent chromatin. We further provide ImageJ-based scripts to efficiently monitor the kinetics of protein relocalization at DNA damage sites. These refinements greatly simplify the study of the DDR dynamics.

Studying DNA damage repair kinetics requires a system to induce lesions at defined sub-nuclear regions. We describe a method to create localized double-stranded breaks using a laser-scanning confocal microscope equipped with a 405 nm laser and provide automated procedures to quantify the dynamics of repair factors at these lesions.

단백질 DNA 장애 405 Nm 레이저 마이크로 방사선 조사를 사용 하 여 채용의 조사

The DNA Damage Response (DDR) uses a plethora of proteins to detect, signal, and repair DNA lesions. Delineating this response is critical to understand ...

An Automated Microscopic Scoring Method for the &#947;-H2AX Foci Assay in Human Peripheral Blood Lymphocytes

Ionizing radiation is a potent inducer of DNA damage and a well-documented carcinogen. Biological dosimetry comprises the detection of biological effects induced by exposure to ionizing radiation to make an individual dose assessment. This is pertinent in the framework of radiation emergencies, where health assessments and planning of clinical treatment for exposed victims are critical. Since DNA double strand breaks (DSB) are considered to be the most lethal form of radiation-induced DNA damage, this protocol presents a method to detect DNA DSB in blood samples. The methodology is based on the detection of a fluorescent labelled phosphorylated DNA repair protein, namely, &#947;-H2AX. The use of an automated microscopy platform to score the number of &#947;-H2AX foci per cell allows a standardized analysis with a significant decrease in the turn-around time. Therefore, the &#947;-H2AX assay has the potential to be one of the fastest and sensitive assays for biological dosimetry. In this protocol, whole blood samples from healthy adult volunteers will be processed and irradiated in vitro in order to illustrate the usage of the automated and sensitive &#947;-H2AX foci assay for biodosimetry applications. An automated slide scanning system and analysis platform with an integrated fluorescence microscope is used, which allows the fast, automatic scoring of DNA DSB with a reduced degree of bias.

This protocol presents the slide preparation and automated scoring of the &#947;-H2AX foci assay on peripheral blood lymphocytes. To illustrate the method and sensitivity of the assay, isolated lymphocytes were irradiated in vitro. This automated method of DNA DSB detection is useful for fast and high-throughput biological dosimetry applications.

인간 말초 혈액 림프구의 γ-H2AX 포시 분석에 대한 자동화된 현미경 채점 방법

Ionizing radiation is a potent inducer of DNA damage and a well-documented carcinogen. Biological dosimetry comprises the detection of biological effects ...

암 연구학

Rapid Analysis of Chromosome Aberrations in Mouse B Lymphocytes by PNA-FISH

Defective DNA repair leads to increased genomic instability, which is the root cause of mutations that lead to tumorigenesis. Analysis of the frequency and type of chromosome aberrations in different cell types allows defects in DNA repair pathways to be elucidated. Understanding mammalian DNA repair biology has been greatly helped by the production of mice with knockouts in specific genes. The goal of this protocol is to quantify genomic instability in mouse B lymphocytes. Labeling of the telomeres using PNA-FISH probes (peptide nucleic acid - fluorescent in situ hybridization) facilitates the rapid analysis of genomic instability in metaphase chromosome spreads. B cells have specific advantages relative to fibroblasts, because they have normal ploidy and a higher mitotic index. Short-term culture of B cells therefore enables precise measurement of genomic instability in a primary cell population which is likely to have fewer secondary genetic mutations than what is typically found in transformed fibroblasts or patient cell lines.

DNA repair pathways are essential for maintenance of genomic integrity and preventing mutation and cancer. The goal of this protocol is to quantify genomic instability by direct observation of chromosome aberrations in metaphase spreads from mouse B cells using fluorescent in situ hybridization (FISH) for telomeric DNA repeats.

PNA-FISH에 의해 마우스 B 림프구에서 염색체 이상을 신속하게 분석

Defective DNA repair leads to increased genomic instability, which is the root cause of mutations that lead to tumorigenesis. Analysis of the frequency ...

면역학 및 감염병학

Diffuse Optical Spectroscopy for the Quantitative Assessment of Acute Ionizing Radiation Induced Skin Toxicity Using a Mouse Model

Acute skin toxicities from ionizing radiation (IR) are a common side effect from therapeutic courses of external beam radiation therapy (RT) and negatively impact patient quality of life and long term survival. Advances in the understanding of the biological pathways associated with normal tissue toxicities have allowed for the development of interventional drugs, however, current response studies are limited by a lack of quantitative metrics for assessing the severity of skin reactions. Here we present a diffuse optical spectroscopic (DOS) approach that provides quantitative optical biomarkers of skin response to radiation. We describe the instrumentation design of the DOS system as well as the inversion algorithm for extracting the optical parameters. Finally, to demonstrate clinical utility, we present representative data from a pre-clinical mouse model of radiation induced erythema and compare the results with a commonly employed visual scoring. The described DOS method offers an objective, high through-put evaluation of skin toxicity via functional response that is translatable to the clinical setting.

We present a diffuse optical spectroscopic (DOS) approach that provides quantitative optical biomarkers of skin response to radiation. We describe DOS instrumentation design, optical parameters extraction algorithms and the animal handling procedures required to yield representative data from a pre-clinical mouse model of radiation induced erythema.

마우스 모델을 사용하여 급성 이온화 방사선 유발 피부 독성의 정량적 평가를위한 광학 분광학 확산

Acute skin toxicities from ionizing radiation (IR) are a common side effect from therapeutic courses of external beam radiation therapy (RT) and ...

의학

Preparation of Peripheral Blood Mononuclear Cell Pellets and Plasma from a Single Blood Draw at Clinical Trial Sites for Biomarker Analysis

Analysis of biomarkers in peripheral blood is becoming increasingly important in clinical trials to establish proof of mechanism to evaluate effects of treatment, and help guide dose and schedule setting of therapeutics. From a single blood draw, peripheral blood mononuclear cells can be isolated and processed to analyze and quantify protein markers, and plasma samples can be used for the analysis of circulating tumor DNA, cytokines, and plasma metabolomics. Longitudinal samples from a treatment provide information on the evolution of a given protein marker, the mutational status and immunological landscape of the patient. This can only be achieved if the processing of the peripheral blood is carried out effectively in clinical sites and samples are properly preserved from the bedside to bench. Here, we present an optimized general-purpose protocol that can be implemented at clinical sites for obtaining PBMC pellets and plasma samples in multi-center clinical trials, that will enable clinical professionals in hospital laboratories to successfully provide high quality samples, regardless of their level of technical expertise. Alternative protocol variations are also presented that are optimized for more specific downstream analytical methods. We apply this protocol for studying protein biomarkers against DNA damage response (DDR) on X-ray irradiated blood to demonstrate the suitability of the approach in oncology settings where DDR drugs and/or radiotherapy have been practiced as well as in preclinical stages where mechanistic hypothesis testing is required.

This protocol details clinically implementable preparation of high quality PBMC and plasma biosamples at the clinical trial site that can be used for translational biomarker analysis.

바이오마커 분석을 위한 임상 시험 현장에서 단하나 혈액 무승부에서 말초 혈액 단핵 세포 펠릿 및 플라즈마의 준비

Analysis of biomarkers in peripheral blood is becoming increasingly important in clinical trials to establish proof of mechanism to evaluate effects of ...

Measuring DNA Damage and Repair in Mouse Splenocytes After Chronic In Vivo Exposure to Very Low Doses of Beta- and Gamma-Radiation

Low dose radiation exposure may produce a variety of biological effects that are different in quantity and quality from the effects produced by high radiation doses. Addressing questions related to environmental, occupational and public health safety in a proper and scientifically justified manner heavily relies on the ability to accurately measure the biological effects of low dose pollutants, such as ionizing radiation and chemical substances. DNA damage and repair are the most important early indicators of health risks due to their potential long term consequences, such as cancer. Here we describe a protocol to study the effect of chronic in vivo exposure to low doses of &#947;- and &#946;-radiation on DNA damage and repair in mouse spleen cells. Using a commonly accepted marker of DNA double-strand breaks, phosphorylated histone H2AX called &#947;H2AX, we demonstrate how it can be used to evaluate not only the levels of DNA damage, but also changes in the DNA repair capacity potentially produced by low dose in vivo exposures. Flow cytometry allows fast, accurate and reliable measurement of immunofluorescently labeled &#947;H2AX in a large number of samples. DNA double-strand break repair can be evaluated by exposing extracted splenocytes to a challenging dose of 2 Gy to produce a sufficient number of DNA breaks to trigger repair and by measuring the induced (1 hr post-irradiation) and residual DNA damage (24 hrs post-irradiation). Residual DNA damage would be indicative of incomplete repair and the risk of long-term genomic instability and cancer. Combined with other assays and end-points that can easily be measured in such in vivo studies (e.g., chromosomal aberrations, micronuclei frequencies in bone marrow reticulocytes, gene expression, etc.), this approach allows an accurate and contextual evaluation of the biological effects of low level stressors.

Measuring DNA Damage and Repair in Mouse Splenocytes After Chronic In Vivo Exposure to Very Low Doses of Beta- and Gamma-Radiation

A protocol to evaluate changes in DNA damage levels and DNA repair capacity that may be induced by chronic in vivo low dose irradiation in mouse spleen lymphocytes, by measuring phosphorylated histone H2AX, a marker of DNA double-strand breaks, using flow cytometry is presented.

만성 후 마우스 비장 세포에서 DNA 손상 및 복구를 측정<em&gt; 생체</em&gt; 베타와 감마 방사선의 매우 낮은 복용량에 노출

Low dose radiation exposure may produce a variety of biological effects that are different in quantity and quality from the effects produced by high ...

생물학

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage (40-300 kV) X-Ray Facilities

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose determination using low energy X-ray facilities, but depending on the irradiation configurations, samples, materials or beam quality, it is sometimes difficult to know which protocol is the most appropriate to employ. We, therefore, propose a dosimetry protocol for cell irradiations using low energy X-ray facility. The aim of this method is to perform the dose estimation at the level of the cell monolayer to make it as close as possible to real cell irradiation conditions. The different steps of the protocol are as follows: determination of the irradiation parameters (high voltage, intensity, cell container etc.), determination of the beam quality index (high voltage-half value layer couple), dose rate measurement with ionization chamber calibrated in air kerma conditions, quantification of the attenuation and scattering of the cell culture medium with EBT3 radiochromic films, and determination of the dose rate at the cellular level. This methodology must be performed for each new cell irradiation configuration as the modification of only one parameter can strongly impact the real dose deposition at the level of the cell monolayer, particularly involving low energy X-rays.

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage 40-300 kV X-Ray Facilities

This document describes a new dosimetry protocol for cell irradiations using low energy X-ray equipment. Measurements are performed in conditions simulating real cell irradiation conditions as much as possible.

정형 전압 (40-300 kV) X 선 시설을 사용하여 세포 조사를위한 Dosimetry

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose ...

Irradiator Commissioning and Dosimetry for Assessment of LQ &alpha; and &beta; Parameters, Radiation Dosing Schema, and in vivo Dose Deposition

Radiation dosimetry is critical in the accurate delivery and reproducibility of radiation schemes in preclinical models for high translational relevance. Prior to performing any in vitro or in vivo experiments, the specific dose output for the irradiator and individual experimental designs must be assessed. Using an ionization chamber, electrometer, and solid water setup, the dose output of wide fields at isocenter can be determined. Using a similar setup with radiochromic films in the place of the ionization chamber, dose rates for smaller fields at different depths can also be determined. In vitro clonogenic survival assays of cancer cells in response to radiation treatment are inexpensive experiments that provide a measure of inherent radio-sensitivity of cell lines by fitting these data with the traditional linear-quadratic model. Model parameters estimated from these assays, combined with the principles of biologic effective doses, allows one to develop varying fractionation schedules for radiation treatment that provide equivalent effective doses in tumor-bearing animal experiments. This is an important factor to consider and correct for in comparing in vivo radiation therapy schedules to eliminate potential confounding of results due to variance in the delivered effective doses. Taken together, this article provides a general method for dose output verification preclinical animal and cabinet irradiators, in vitro assessment of radio-sensitivity, and verification of radiation delivery in small living organisms.

Irradiator Commissioning and Dosimetry for Assessment of LQ &#945; and &#946; Parameters, Radiation Dosing Schema, and in vivo Dose Deposition

Radiation dosimetry provides a technique for enhancing the accuracy of preclinical experiments and ensuring that the radiation doses delivered are closely related to clinical parameters. This protocol describes steps to be taken at each phase during preclinical radiation experiments to ensure proper experimental design.

LQ α 및 β 매개 변수, 방사선 투하 스키마 및 생체 내 용량 증착평가를 위한 조사기 및 시메트리

Radiation dosimetry is critical in the accurate delivery and reproducibility of radiation schemes in preclinical models for high translational relevance. ...

신속한 방사선 Biodosimetry로 자동 Dicentric 염색체 식별 (ADCI) 및 복용량 추정

요약

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여러 형광에 의한 간 염색체 안정 수차의 검출