Coloração histológica virtual do rótulo

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 10296 (2022) Citar este artigo

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As visualizações histopatológicas são um pilar da medicina moderna e da pesquisa biológica. A oncologia cirúrgica depende exclusivamente da histologia pós-operatória para determinar o sucesso cirúrgico definitivo e orientar os tratamentos adjuvantes. O fluxo de trabalho de histologia atual é baseado na avaliação microscópica de campo claro de tecidos corados histoquimicamente e tem algumas limitações importantes. Por exemplo, a preparação de espécimes corados para avaliação de campo claro requer um processamento demorado da amostra, atrasando as intervenções por dias ou até semanas. Portanto, há uma necessidade premente de melhores métodos de histopatologia. Neste artigo, apresentamos uma abordagem baseada em aprendizado profundo para coloração histoquímica virtual sem marcação de imagens de sensoriamento remoto fotoacústico de absorção total (TA-PARS) de tecido não corado. O TA-PARS fornece uma variedade de contrastes medidos diretamente sem marcação, como dispersão e absorção total (radiativa e não radiativa), ideal para desenvolver colorizações H&E sem a necessidade de inferir estruturas de tecido arbitrárias. Usamos uma rede adversária generativa Pix2Pix para desenvolver visualizações análogas à coloração H&E de imagens TA-PARS sem rótulo. Seções finas de tecido de pele humana foram primeiro coradas virtualmente com TA-PARS, depois foram coradas quimicamente com H&E, produzindo uma comparação um-para-um entre a coloração virtual e química. As imagens coradas virtualmente e quimicamente combinadas um para um exibem alta concordância, validando a colorização digital das imagens TA-PARS em relação ao padrão-ouro H&E. As imagens do TA-PARS foram revisadas por quatro patologistas dermatológicos que confirmaram que são de qualidade diagnóstica e que resolução, contraste e cor permitem a interpretação como se fossem H&E. A abordagem apresentada abre caminho para o desenvolvimento da imagem histológica sem lâmina TA-PARS, que promete reduzir drasticamente o tempo desde a ressecção do espécime até a imagem histológica.

A histopatologia é a ferramenta de exame microscópico fundamental em muitos domínios, incluindo diagnóstico e prognóstico de câncer, oncologia cirúrgica e descoberta e desenvolvimento de medicamentos1. A coloração de tecidos para imagens microscópicas permitiu a histopatologia, ajudando a distinguir a composição das amostras de tecido. O padrão-ouro da imagem histológica é a microscopia de campo claro de preparações de tecidos finos corados fixados em formalina e embebidos em parafina (FFPE), onde o conjunto de coloração mais comum é Hematoxilina e Eosina (H&E). A hematoxilina cora os núcleos das células com tons de azul-púrpura profundos, enquanto a eosina cora o citoplasma e a matriz extracelular com tons de rosa2.

O desenvolvimento desses espécimes FFPE corados para avaliação microscópica de campo claro depende de um processo trabalhoso de fixação, inclusão, corte e coloração3, um procedimento que leva vários dias para ser concluído4. Esse longo processo motivou a adoção da histologia por congelação (SF), técnica comumente utilizada para rápida avaliação intraoperatória. FS permite tempos de resposta de cerca de 20 min5. No entanto, a amostragem de espécimes para FS é limitada e envolve processos técnicos difíceis. O congelamento rápido introduz artefatos que deterioram a morfologia celular, o que, por sua vez, afeta o diagnóstico patológico de amostras de tecido pelos patologistas5. Devido a essas limitações, os procedimentos histoquímicos FFPE continuam sendo o método padrão-ouro insubstituível.

A coloração histoquímica não apenas atrasa a avaliação da amostra, mas as etapas de preparação da amostra alteram permanentemente a composição do tecido com várias substâncias químicas, o que significa que os tecidos só podem ser corados uma vez por seção2. Uma lâmina independente deve ser preparada para cada contraste de coloração desejado. Essa preparação intensiva de tecido FFPE pode atrasar os diagnósticos de câncer e as avaliações de margem por mais de uma semana, o que, por sua vez, atrasa o tratamento adjunto e os procedimentos complementares. Isso motiva uma técnica clinicamente aceitável para fornecer imagens semelhantes a histologia precisas, rápidas e reprodutíveis sem rótulo.