Введение

Целомика – это дисциплина количественного анализа клеток, использующая методы биовизуализации и информатики, с рабочим процессом, включающим три основных компонента: получение изображений, анализ изображений, а также визуализацию и управление данными. Эти процессы, как правило, автоматизированы. Все три компонента требуют сложного программного обеспечения для получения качественных и количественных данных, а также для управления изображениями и данными соответственно. Целомика также является зарегистрированным товарным знаком, который часто используется как синоним высокопроизводительного анализа (HCA) или высокопроизводительного скрининга (HCS), однако целомика расширяет возможности HCA/HCS за счет использования продвинутых инструментов информатики.

История

HCS и дисциплина целломики были впервые разработаны компанией Cellomics Inc., которая изначально была частной. Она вывела на рынок приборы, программное обеспечение и реагенты для изучения клеток в культуре, и в особенности – их реакций на потенциально терапевтические молекулы, подобные лекарственным препаратам. В 2005 году Cellomics была приобретена компанией Fisher Scientific International, Inc., ныне Thermo Fisher Scientific, которая разрабатывает продукты, связанные с целломикой, в рамках своей линейки продуктов для анализа высокого содержания.

Приложения

Как и многие другие "омики", например геномика и протеомика, области применения клетомики со временем расширились и углубились. В настоящее время клетомика используется более чем в 40 различных областях, включая анализ трехмерных клеточных моделей, ангиогенез и клеточную сигнализацию. Изначально клетомика была инструментом, используемым фармацевтической промышленностью для скрининга, но теперь она нашла применение и в академических исследованиях для более глубокого понимания функций клеток в их контексте. Клетомика применяется как в академических, так и в промышленных исследованиях в области биологических наук, таких как исследования рака, нейробиология, разработка лекарственных препаратов, безопасность потребительских товаров и токсикология. Однако существует множество других областей, в которых клетомика может обеспечить гораздо более глубокое понимание клеточных функций.

Анализ изображения

В основе HCA лежит гибкость флуоресцентной микроскопии, автоматизация и пропускная способность считывателя планшетов, а также многопараметрический анализ проточной цитометрии для получения данных из отдельных клеток или клеточной популяции. После получения изображения с использованием оборудования для высокопроизводительного анализа, данные о клетках извлекаются из этого изображения с помощью программного обеспечения для анализа изображений. Могут представлять интерес данные об отдельных клетках или о популяции, но в обоих случаях выполняется ряд этапов с различной степенью участия пользователя, в зависимости от области применения и используемого программного обеспечения. Первый этап – сегментация клеток на изображении, которая предоставляет алгоритмам программного обеспечения информацию, необходимую для последующей обработки индивидуальных измерений клеток. Затем пользователь должен определить интересующую область (области) на основе множества параметров, то есть область, которую пользователь хочет измерить. После определения интересующей области проводятся измерения. Измерения, часто называемые признаками, определяются типом данных, необходимых для получения из образца. Все эти этапы поддерживаются множеством математических алгоритмов, и каждый пакет программного обеспечения для анализа изображений обеспечивает различную степень доступа к используемым математическим алгоритмам.

Управление данными

При проведении исследований в области целломики необходимо управлять большим количеством изображений и значительными объемами данных. Объемы данных и изображений могут быстро возрастать от 11 МБ до 1 ТБ менее чем за год, поэтому в целломике используются возможности информатики для сбора, организации и архивирования всей этой информации. Для безопасного и эффективного анализа данных необходимо собирать и интегрировать соответствующие метаданные в модель управления данными. Ввиду критической важности управления данными в целломике, реализация исследований в этой области часто требует межведомственного взаимодействия между службой информационных технологий и исследовательской группой в области биологических наук, ответственной за проведение исследования.