معرفی شرکت متاسیستمز و محصولات کاریوتایپینگ، بیولوژی و سایکولوژی آن

معرفی شرکت متاسیستمز و محصولات کاریوتایپینگ، بیولوژی و سایکولوژی آن

متاسیستمز در سال 1986 میلادی با هدف انجام تصویربرداری خودکار با میکروسکوپ تاسیس شد. امروزه این شرکت راه حل‌های نوینی را برای تصویربرداری خودکار ارائه می‌دهد. دفاتر مرکزی متاسیستمز در ایالت متحده آمریکا، آمریکای لاتین، هنگ کنگ، هند و ایتالیا فعالیت دارند. متاسیستمز محصولات قدرتمندی را در زمینه فیشینگ، کاریوتایپینگ و اسلاید اسکنینگ ارائه داده که در ادامه توضیحات بیشتری از آنان داده خواهد شد.

محصولات شرکت متاسیستمز

متاسیستمز چهار محصول اصلی Ikaros, Isis, Metafer و Neon را دارد. تمامی این محصولات ماژولار هستند و این امر به انعطاف پذیری هر یک از محصولات و تغییر آن با توجه به نیاز خریدار کمک می‌کند. در ادامه با محصولات اصلی متاسیستمز بیشتر آشنا می‌شویم.

Metafer ( اسلاید اسکنینگ )

متافر محصول مختص اسلاید اسکنینگ هست که نمونه در سایزهای مختلف را می‌تواند با کنتراست و بزرگنمایی‌های مختلف اسکن ‌کند. این محصول قابلیت شناسایی اشیا مختلف در نمونه را دارد. متافر هم در وقت صرفه‌جویی می‌کند و هم قابلیت اسکن مجدد از یک محل مشخص شده را دارد.

محصول متافر User-trainable classifiers هست به این معنا که در حین اسکن، تمامی استانداردهای تحلیل به متخصص گزارش داده می‌شود و متخصص با انتخاب یک classifier، نوع طبقه بندی را که در حین تحلیل باید استفاده شود، مشخص می‌کند.

Isis ( فیشینگ )

آی سیس محصول مختص فیشینگ متاسیستمز هست که می‌تواند تصاویر فلئورسنس تا 12 کانال رنگی را از نمونه بگیرد و برای پردازش تصویر، ابزارهایی نظیر اندازه‌گیری، حاشیه‌نویسی و ویرایش را در اختیار کاربر گذارد. آی سیس قابلیت انجام کاریوتایپینگ رنگی (color karyotyping)، فیش چند رنگی (multicolor FISH)، مقایسه هیبریداسیون ژنومی (comparative genomic hybridization) و فلوئورکروم باندینگ چند رنگی (multicolor fluorochrome banding) را دارد.

برای فیشینگ نیاز به تصویربرداری با کیفیت بالا هست که آی سیس با تنظیم پارامترها به‌صورت خودکار، تصویر باکیفیت از نمونه می‌گیرد. هم‌چنین آی سیس مجهز به focus stacking هست؛ به همراه میکروسکوپ موتورایز به این محصول قابلیت تحلیل سه بعدی را می‌دهد. در focus stacking چندین تصویر با فوکس مختلف از یک عکس گرفته می‎شود که در هر تصویر یک ناحیه از عکس واضحتر است؛ این تصاویر باهم ترکیب می‌شود تا یک تصویر با وضوح بالاتر از تصویر قبلی بدهند. آی سیس قابلیت حذف تصویر زمینه نامرتبط را هم دارد و برای نمایش تصاویر، از مدهای مختلفی از جمله RGB و Gray scale استفاده می‌کند.

Ikaros ( کاریوتایپینگ )

آی کروس محصول مختص کاریوتایپینگ متاسیسمز هست. در رابط گرافیکی این محصول، از ابزارهای قدرتمندی برای تجزیه و تحلیل سریعتر در نظر گرفته شده است. آی کروس از باندینگ و وضوح مختلف پشتیبانی می‌کند. این محصول کاریوگرام و آدیوگرام‌های از پیش تعریف شده انسان، حیوانات و گیاهان را در دسترس کاربر می‌گذارد و هم‌چنین قابلیت مقایسه کروموزوم از طریق کلاس کروموزوم یا از طریق کاریوگرام را نیز دارد. در آی کروس می‌توان کاریوگرام جدیدی را با انجام ویرایش بر روی کاریوگرام‌های از پیش تعریف شده ساخت و ذخیره کرد.

در این محصول خطوط اطراف کروموزوم با رنگی متفاوت نمایش داده می‌شوند تا شناسایی کروموزوم‌های از هم جدا شده و مجاور راحتتر باشد. آی کروس برای طبقه‌بندی کروموزوم‌ها از یادگیری ژرف بهره برده و برای ورژن‌های بعدی این محصول قرار است از CNN استفاده کند.

Neon

در آزمایشگاه معمولا اینطور است که نمونه مختص یک بخش است؛ اسکنینگ مربوط به بخش دیگر؛ همینطور داده یک بیمار در همه بخش‌ها می‌چرخد. نئون سامانه مدیریت آزمایشگاهی است که دیتای مرتبط به هر بیمار را از بخش‌های مختلف می‌گیرد و با هم یکپارچه کرده و به آن ساختار می‌بخشد. نئون تضمین می‌کند که همه اطلاعات مربوطه در هر زمان و هر کجا که لازم باشد؛ توسط متخصصانی که حق دسترسی دارند، قابل دسترس خواهد بود. نئون با استفاده از فرمت فایل مختص متاسیستمز، اطلاعات را به‌صورت بهینه ذخیره می‌کند. برای هر کاربر در نئون حق دسترسی تعریف می‌شود که مشخص می‌کند کاربر به کدام فایلها دسترسی داشته باشد. نئون امکان کنترل بیشتر بر روند تصویربرداری و تحلیل آن را به بیمار، متخصص و تکنسین می‌دهد. این محصول قابلیت یکپارچه سازی یکتا با هر رویه موجود را دارد. می‌توان در نئون

• گامهای آنالیز را تعریف کرد
• هر استیج از جریان کاری را به یک بیمار اختصاص داد
• برای هر استیج یک پیش شرط گذاشت
• برای هر بیمار نمایش داده شود که در حال حاضر در کدام مرحله است

کاربر متخصص می‌تواند دیتاشیت جدید در نئون بسازد یا از جای دیگر آن را وارد کند. هم‌چنین نئون وقتی با متافر کار می‌‌کند، بر اساس بارکد روی هر اسلاید، اطلاعات آن نمونه را با توجه به خروجی گرفته شده از متافر، به‌روزرسانی می‌کند.

نئون برای خلاصه کردن اطلاعاتی که در دسترس دارد از دو ابزار پکیج آمار موردی و موتور گزارش‌دهی استفاده می‌کند. پکیج آمار موردی نتیجه هر دیتا را گزارش می‌کند و این نتایج را در قالب یک جدول یا هیستو گرام نشان می‌دهد. هر نتیجه هم در قالب یک گزارش هست که از بخشهای مختلف برای آن بیمار گرفته شده است. هر گزارش می‌تواند

• با جای دیگر به اشتراک گذاشته شود
• تبدیل به PDF شود
• به بیمار نمایش داده شود
• پرینت شود

متاسیسمتز ادعا کرده است که امنیت داده در نئون برایشان مهم است. در نئون برای هر کاربر نام کاربری و رمز عبور تعریف می‌شود. هم‌چنین ادمین می‌تواند طول کوتاهترین رمز عبور، تاریخ انقضا و فرمت رمز عبور را نیز مشخص کند. هم‌چنین ادمین می‌تواند حق دسترسی برای هر گروه کاربری تعریف کند و گروه کاربری جدیدی را اضافه  و یا گروهی را حذف کند.

هر چند وقت یکبار نئون فایل گزارش تولید می‌کند که می‌تواند از نوع گزارش خطا، گزارش سیستم و یا گزارش بیماران باشد. در گزارش بیماران هر تغییری که روی آن مورد ایجاد شده، گزارش داده می‌شود و این گزارش می‌تواند قابل دسترس خود بیمار هم قرار بگیرد. کاربر با دسترسی بالا اجازه تغییر در گزارشها را هم دارد.

ماژولهای فرعی شرکت متاسیستمز

متاسیستمز برای ساخت این 4 محصول در کل از چندین ماژول استفاده کرده است که در ادامه درباره جزئیات این ماژولها توضیحات مختصری داده خواهد شد.

تصویربرداری خودکار از متافاز

این ماژول با استفاده از الگوریتم M-search متافاز را تشخیص داده و از آن عکس تهیه می‌کند. ماژول تصویربرداری از متافاز مجهز به user trainable classifier هست بطوری‌که متافاز با استانداردهای مختلفی تشخیص داده شده؛ خود ادمین مشخص می‌کند برای ادامه کار طبق کدام استاندارد، متافاز تشخیص داده شود. هم‌چنین می‌توان برای تشخیص متافاز یک آستانه امتیاز تعریف کرد؛ اگر اطمینان این ماژول از تشخیص متافاز بالای مقدار آستانه بود، از آن عکسبرداری کند.

این ماژول مجهز به شاخص mitotic index است که نسبت سلولهای در حال میتوز را به کل سلولها نمایش می‌دهد. اگر هم ورودی کلونی به آن داده بشود، می‌توان برای تعداد اشیا در کلونی آستانه گذاشت تا بر روی کل کلونی کار نکند. برای تصویر برداری هم پارامترهایی دارد که هم کاربر می‌تواند مقادیر این پارامترها را مشخص کند یا به‌صورت خودکار انتخاب شوند. اگر نمونه از میدان دید میکروسکوپ بزرگتر باشد، ماژول تصویربرداری چندین عکس از اطراف نمونه مورد نظر گرفته و در نهایت آنان را به هم می‌چسباند تا یک تصویر از آن نمونه تهیه کند.

تحلیل سیگنال

این ماژول با استفاده از 300 ویژگی که برای مورفولوژی سلول در نظر گرفته شده، سیگنال فلئورسنس را تشخیص می‌دهد. سپس مقادیر این 300 ویژگی به یک classifier داده می‌شود تا نوع سیگنال را مشخص کند. این ماژول حتی می‌تواند مکان تصادف سیگنالها با یکدیگر را هم شناسایی کند و به الگوی یافته شده از سیگنال امتیاز بدهد.

تصویربرداری خودکار از بافت

تصویربرداری از بافت به دلیل بزرگتر بودن اندازه بافت از دید میکروسکوپ نیاز به عکسبرداری از چندین ناحیه و در نهایت چسباندن صحیح آنان بهم دارد. در این ماژول برای تهیه تصویر با وضوح بالا از focus stacking استفاده شده که چندین عکس با فوکس متفاوت از مبداهای مختلف می‌گیرد و در نهایت یک تصویر با وضوح بالا از تصویر اصلی تهیه می‌کند.

هم‌چنین در این ماژول به کاربر اجازه ویرایش تصاویر و حاشیه نویسی داده شده است. ماژول تصویربرداری از بافت ابتدا یک تصویر با وضوح کم از بافت گرفته و پس از انتخاب ناحیه مورد نظر توسط کاربر، تصویر با وضوح بیشتر از آن ناحیه را تهیه می‌کند. تصاویر هم در گالری ذخیره می‌شوند؛ اطلاعات focus stacking و مختصات قابل ردیابی آنان نیز به همراه تصویر ذخیره می‌شود.

Abberations

کروموزوم دو سنترومره از recombination دو کروموزوم خراب و اتصال آنان به یکدیگر حاصل می‌شود. تشخیص خرابی dna از طریق امتیازدهی به دو سنترومره‌ها و تست aberration انجام می‌شود. هر چه خرابی بیشتر باشد، نرخ کروموزوم دو سنترومره هم در سلول افزایش می‌یابد و از روی ویژگی‌های اثرات آن، به نوع عامل خرابی نیز می‌توان پی برد. این ماژول به متافر این قابلیت را می‌دهد که به‌صورت خودکار دوسنترومره‌ها را بشمارد و نتایج را در جدول خروجی تحلیل متافاز نشان دهد.

Rare events

شناسایی fetal nucleated red blood cells (fNRBCs) در خون مادر و ارزیابی circulating tumor cells (CTCs) برای پیگیری درمان و وضعیت تومور سرطانی، از وظایف این ماژول است.

این ماژول با شناسایی fNRBCs و کمک به جداسازی گلبول قرمز جنین از خون مادر، مطالعه ژنتیکی را نسبت به آزمایش‌های تهاجمی و خطرناک برای جنین، تسهیل می‌کند. متاسیستمز برای این جداسازی از برچسب گذاری آنتی بادی خاصی استفاده می‌کند. بر اساس الگوی رنگ آمیزی، این سلولهای جنینی توسط متافر شناسایی می‌شوند. این ماژول، الگوی حلقه‌ای شکل داخل غشای سلولی را در یک کانال شناسایی می‌کند؛ برای اطمینان از صحت شناسایی از کانالهای رنگی دیگر برای اثبات آن استفاده می‌کند.

CTCs سلولهایی هستند که از یک تومور به خون و سیستم لنفاوی نفوذ کرده و از طریق خون می‌توانند به بافتهای مختلف بدن بروند و موجب متاستاز شوند. متافر به کمک این ماژول می‌تواند CTCs را تشخیص دهد و مکان این سلولها را بیابد.

امتیازدهی به میکرونوکلئوی

برای بررسی توانایی تخریب DNA یک عامل، از تست MN استفاده می‌شود. cytokinesis-block MN assay یک سیستم اندازه‌گیری میزان خرابی DNA برای MN Test in vivo هست. در این سیستم برای اندازه‌گیری میزان خرابی DNA از مهارکننده cytochalasin-B در کشت سلولی استفاده شده است. این مهارکننده مانع ورود سلول سالم به مرحله سیتوکنسیس و در نتیجه مانع انجام میتوز و دو هسته‌ای شدن سلول می‌شود. پس DNA سلولهایی از کشت سلولی که وارد مرحله میتوز شوند، خراب هستند. این ماژول با شمارش سلولهای دو هسته‌ای و تک هسته‌ای، نرخ خرابی DNA را از نسبت این دو گزارش می‌کند.

rodent erythrocyte MN assay یک سیستم اندازه‌گیری میزان خرابی DNA برای MN Test in vitro هست که با استفاده از نمونه خون یا مغز استخوان جانور جونده انجام می‌شود. این سیستم با تشخیص میکرونوکلئوی نابالغ، نرخ خرابی DNA را مشخص می‌کند. گلبول قرمز خون در دو نوع بالغ و نابالغ هستند. پس از انفجار هسته، محتوای هسته به داخل سیتوپلاسم می‌ریزد. از محتوای سیتوپلاسم می‌توان به وجود micronucleated polychromatic erythrocytes نابالغ در هسته پی برد. نسبت بین گلبول قرمز بالغ و نابالغ در آزمایش خون و مغز استخوان متفاوت است.

بنابراین، این ماژول با استفاده از cytokinesis-block MN assay و rodent erythrocyte MN assay امکان تحلیل تست MN برای بررسی خرابی DNA را می‌دهد.

Commet assay / Foci

این ماژول یک متد بررسی شکستگی DNA در سطح سلول است که با بررسی نتیجه ژل الکتروفورزیز تک سلول، مقدار خرابی DNA را گزارش می‌کند. فرق این ماژول با ماژولهای Aberation  و micronuclei این است که آنها به‌صورت غیرمستقیم با شمارش مواردی به خرابی DNA پی می‌بردند اما در این ماژول با بررسی الگوی مهاجرت تکه‌های شکسته شده DNA در تصویر ژل الکتروفورزیز اینکار  را مستقیم انجام می‌دهد. هر چه خرابی بیشتر باشد، الگوی مهاجرت تکه‌های DNA، شکل دم واضح‌تری را پیدا می‌کنند. نسبت بین سر و دم در الگوی مهاجرت، میزان خرابی را نشان می‌دهد.

یک راه دیگر برای فهم شکستگی DNA بررسی پروتئین Gamma H2AX FOCI هست که در ساختار DNA نقش دارد. اگر این پروتئین در Serine 139 فسفریله شود، تبدیل به گاما H2AX می‌شود که از تشخیص آن می‌توان به double strand break و خرابی dna پی برد.

Multicolor imaging

این ماژول برای عکسبرداری ویژه در فیش چند رنگی (multi color FISH) و باندینگ چندرنگی (muti color Banding) استفاده می‌شود.

Integration

ماژول Integration در نئون با یکپارچه سازی سه محصول اصلی کاریوتایپینگ، فیشینگ و اسلاید اسکنینگ، امکان انجام خودکار تمامی فعالیت‌های آزمایشگاهی از جمله خواندن و اسکن نمونه‌ها را می‌دهد.

نئون قابلیت بارگذاری بر روی شبکه را نیز دارد. در نئون می‌توان برای هر گروه از کاربران حق دسترسی تعریف کرد. توضیحات بیشتر در خود محصول نئون نوشته شده است. نکته مهم دیگر این است که نئون قابلیت ReloSys دارد یعنی میکروسکوپ را از نو با همان تنظیمات ذخیره شده از قبل، دقیقا بر روی همان مختصاتی که کاربر در آنالیز یک اسلاید مشخص کرده، قرار دهد تا بررسی بیشتر، راحتتر صورت بگیرد.

Dna Analysis

این ماژول با استفاده از CGH(Comparative genomic hybridization) و ارزیابی تلومر به آنالیز DNA می‌پردازد.

CGH یک تکنیک برای تحلیل copy number variations (تعداد کپی از یک ژن خاص که بین دو فرد از یک جمعیت، متفاوت باشد) با مقایسه یک رفرنس ژنوم و فیشینگ است. از این تکنیک برای بررسی تفاوت کروموزومی بین نمونه سرطانی و سالم نیز استفاده می‌شود. در این تکنیک DNA نمونه و رفرنس با دو فلوئورکروم متفاوت برچسب زده شده و برای متافاز آماده می‌شوند. سپس از روی نسبت رنگ هر کروموزوم، می‌توان تعداد CNVs را یافت. یک حالت دیگه هم دارد که نتیجه با میانگین تمامی کاریوگرام‌های آن کلاس کروموزوم مقایسه بشود.

در تصویر بالا شماره کلاس کروموزوم 11 و داخل پرانتز 18، کیفیت سنجش نشان داده شده است. از آنجاییکه ممکن است طول کروموزومها یکی نباشد برای مقایسه نیاز هست تا طول کروموزومها ابتدا نرمال شوند. متاسیستمز ادعا کرده که تکنیک CGH آن عدم تعادل تا کوچکی 3 Mbp را هم می‌تواند اندازه‌گیری کند. پروفایل فردی هر کروموزوم نمایش داده شده تا تفاوتها راحتتر قابل بررسی باشد. میانگین پروفایل کروموزوم ورودی و رفرنس هم با مشکی نشان داده شده و نمودار سبز هم تعداد CNV ها را نشان می‌دهد.

تلومر، ناحیه انتهای کروموزوم است که شامل توالی‌های تکراری است که از کروموزوم محافظت می‌کند تا با کروموزوم دیگر اتصال نداشته باشد. تلومر در کپی برداری و پایداری کروموزومها نقش مهمی دارد. از آنالیز طول تلومرها به سن سلول و سرطان نیز می‌توانند پی ببرند. در این ماژول تلومرها با pan-telomeric FISH probe در فیشینگ قابل شناسایی هستند. آی سیس سیگنال تلومرها را شناسایی می‌کند و شدت آن را تحلیل می‌کند. خروجی هم باید نسبت به نوع سیگنال رفرنس، نرمال بشود. این ماژول از روی شدت رنگ، به مقدار تلومر موجود در هر کروموزوم پی می‌برد.

بازدهی بالا

این ماژول با یکپارچه سازی SlideFeeder ،Barcode reader و  Auto oiler به نئون توانایی بارگذاری خودکار نمونه‌ها را در تعداد زیاد نمونه آزمایشگاهی می‌دهد.

Gram scanner

این ماژول به متافر این امکان را می‌دهد تا به‌صورت خودکار تعداد نمونه بالا Gram رنگی شده را بتواند بخواند. سپس نتایج متافر به نئون داده می‌شود و نئون می‌تواند نتایج را در سطح شبکه در دسترس کاربران بگذارد تا ارزیابی نمونه از هر جایی ممکن باشد.

Gram imager

برای آزمایشگاه‌هایی که تعداد نمونه کمی دارند، استفاده از این ماژول خوب است زیرا به کاربر امکان عکسبرداری از نمونه‌های Gram رنگی شده را به‌صورت دستی می‌دهد. هم‌چنین می‌توان عکسبرداری را در مکانهای مختلف انجام داد و فایل آنان را به نئون وارد کرد تا آنالیز را انجام دهد.

Mycobacteria scanner

این ماژول وظیفه شناسایی خودکار عفونت سل به کمک تست Sputum smear microscopy (SSM) را دارد که هم کم هزینه و هم ساده است.

DMI

این ماژول به شناسایی خودکار میکرو ارگانیسم‌های موجود در یک نمونه با استفاده از تزریق probe (probe شامل رشته‌های مکمل rRna میکرو ارگانیسم‌ها است که معمولا از نوع 16s or 23s هستند) به آن می‌پردازد. سپس با گرم کردن نمونه، DNA از حالت پیچ و خم درمی‌آید و احتمال چسبیدن پروب به آن افزایش می‌‌یابد. اگر پروب به ناحیه خاصی بچسبد، نوری ساطع می‌کند که این ماژول با شناسایی آن رنگ نور توسط میکروسکوپ، نوع میکرو ارگانیسم را شناسایی می‌کند.