РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
2.1. Разработка структуры и описание функций автоматизированной системы
определения жизнеспособности клеток
Определение жизнеспособности клеток – очень важный этап, который в значительной
степени определяет качество получаемой культуры и, следовательно, результат
лечения пациентов. Для получения культуры фибробластов необходимо произвести
фрагментацию исходного материала в специальном инкубаторе. Информация об
исходном материале, который обычно получают от пациентов, заносится в
специальную карточку, где также записаны анкетные данные пациента, диагноз,
результаты лабораторных исследований, назначенное лечение и некоторые другие
сведения. Выделенные клетки помещают в культуральный флакон с питательной
средой. Для получения питательной среды производится дозирование и замешивание
исходных компонент: минеральных солей, витамин, аминокислот, митоген,
сыворотки. В специальный журнал заносится информация о компонентах питательной
среды и их дозировке, а также о времени приготовления среды и ее полученном
количестве.
Для выращивания клеток культуральный флакон помещают в инкубатор, где
поддерживают специальные условия: влажность, температуру, уровень углекислого
газа. В процессе культивирования производится постоянное наблюдение за
жизнеспособностью клеток. С этой целью культуральный флакон герметизируют и
кратковременно помещают под микроскоп. Изъятие проб из культурального флакона в
процессе роста культуры не допустимо. Информацию об условиях выращивания и
результатах наблюдения заносят в специальный журнал через каждые четыре часа.
На рисунке 2.1 приведена схема процесса культивирования клеток.
Принятие решения о жизнеспособности клеток осуществляет врач-биолог на основе
визуальных наблюдений за клетками и по результатам морфологического контроля,
если он выполняется. На рис. 2.2 представлена схема управления процессом
культивирования клеток в условиях специализированных медицинских учреждениях.
Рис. 2.2. Схема управления процессом культивирования клеток
Анализ, выполненный в разделе 1, показал, что наиболее эффективным способом
определения жизнеспособности культивированных фибробластов является
исследование изображений выращиваемой культуры без введения в нее специфических
веществ для окрашивания. Для реализации таких задач необходимо использовать
современные компьютерные технологии и целесообразно создание автоматизированной
системы [46, 47, 49, 50]. При разработке автоматизированной системы и выборе
способов анализа изображения фибробластов необходимо учесть особенности роста и
развития культуры. После пассирования культура представляет собой относительно
небольшое количество разобщенных клеток, плавающих в питательной среде. В
течение первых суток клетки постепенно оседают и прикрепляются ко дну
культурального флакона. Начинается процесс деления этих клеток и, в течение
вторых суток, постепенно образуются отдельные разобщенные колонии таких клеток.
Эту первоначальную стадию развития фибробластов, когда культура представляет
собой разобщенные клетки, условно назовем первой стадией развития.
Фибробласты, обладая высокой пролиферативной активностью, находятся в процессе
постоянного размножения, в результате которого на пятые сутки отдельные колонии
клеток объединяются в сплошной монослой, плотность которого постепенно
увеличивается. На этой стадии изображения фибробластов представляют собой
рисунок, состоящий из изображений плотно прилегающих друг к другу клеток и
характеризующийся определенной текстурой. Вид текстуры зависит от характера
развития культуры. Стадию развития культуры, когда она представляет собой
сплошной монослой, назовем условно второй стадией развития культуры.
Таким образом, с целью определения жизнеспособности клеток целесообразно
анализировать изображения фибробластов на каждой из выделенных стадий развития
культуры способами, учитывающими особенности этих стадий. Определение
жизнеспособности клеток на первой стадии поможет принять решение о
необходимости корректировки хода процесса культивирования путем изменения
условий пребывания культуры в инкубаторе или состава питательной среды, а на
второй способствует принятию решения о дальнейшем использовании клеток. На
основании выполненного анализа разработана модифицированная структурная схема
взаимосвязи процессов обработки информации в автоматизированной системе и
культивирования фибробластов, которая представлена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Модифицированная структурная схема взаимосвязи процессов обработки
информации и культивирования фибробластов
Проведены исследования взаимодействия лаборатории клеточного и тканевого
культивирования Института неотложной и восстановительной хирургии им. В. К.
Гусака с другими подразделениями. Разрабатываемая автоматизированная система
определения жизнеспособности клеток функционирует в ходе выращивания
фибробластов следующим образом. В процессе культивирования ведется непрерывный
контроль температуры, уровня углекислого газа и влажности. Посредством
преобразователей осуществляется передача информации через подсистему ввода на
дисплей компьютера и для хранения в базе данных. Регулирование температуры,
уровня углекислого газа и влажности может осуществляться как вручную, так и с
использованием автоматизированной системы. Вся информация о ходе процесса
культивирования, дозировке компонентов питательной среды заносится в базу
данных.
В процессе роста ку