[发明专利]确定细胞体和官能化壁表面之间的相互作用

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

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-cell acoustic force spectroscopy:resolving kinetics and strength of Tcell adhesion to fibronectin)》(2018，细胞通讯(Cell Reports)，24,3008-3016，2018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。

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。

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。

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。

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。

发明内容