Метод количественной оценки сократительной активности миотуб

Обоснование. Миотубы — многоядерные терминально дифференцированные клетки, которые широко используются для изучения изменений, вызванных сократительной активностью мышц, метаболическими нарушениями и миопатиями. Способность к сокращению является ключевым показателем зрелости мышечных клеток, поэтому количественная характеристика этого показателя необходима для оценки степени дифференцировки миотуб. Существующие методы оценки вызванной сократительной активности миотуб имеют ряд ограничений: короткие анализируемые интервалы записи, невозможность отличить клеточную активность от артефактов и др.

Цель. Разработать метод количественной оценки вызванной сократительной активности миотуб, учитывающий период их сокращения-расслабления и влияние артефактов, а также позволяющий анализировать десятки циклов сокращения-расслабления.

Методы. Миотубы C2C12 на 9–11-й день дифференцировки стимулировали электрическим током в течение 1 ч: в течение 300 мс — последовательные биполярные прямоугольные импульсы длительностью 2 мс (45 Гц, 1,7 мА/лунка) и в течение 700 мс — покой. Сократительную активность регистрировали на видео (40 с в начале и в конце каждой сессии) и затем количественно характеризовали с помощью существующих методов, основанных на оценке смещения участка изображения или изменения яркости пикселей, а также с помощью разработанного метода, основанного на оценке среднего стандартного отклонения яркости пикселей в скользящем окне.

Результаты. Предложенный нами метод по сравнению с существующими на порядок снизил влияние артефактов (изменение фокуса и движение частиц в среде) на индекс сократительной активности миотуб, а также коэффициент вариации между техническими повторами — в 2 раза. Увеличение продолжительности анализируемой записи (до 40 с) позволило снизить вариативность (в 1,4–2,3 раза) относительно коротких видеозаписей. Программа для языка python (https://github.com/maxpauel/movindex) выложена в открытом доступе.

Заключение. В работе предложен количественный метод оценки вызванной сократительной активности миотуб, позволяющий эффективно удалять артефакты, связанные с движением частиц в культуральной среде и изменением фокуса, а также оценивать среднюю сократительную активность в кадре (поле зрения) в течение длительного времени.