Bewegung von Zellen in Mikroskopiebildern automatisch verfolgen

11. Dezember 2017

Heidelberger Wissenschaftler entwickeln leistungsfähiges Bildanalyseverfahren

Bild: Karl Rohr / Nathalie Harder (BMCV)

Tracking-Ergebnis für eine große Zellanzahl: Die Bewegungspfade einzelner Zellen sind durch verschiedene Farben dargestellt.

Um die Bewegung von Zellen auto­matisch in Mikroskopie­bil­dern zu verfolgen, haben Wissen­schaftler der Universität Heidelberg und des Deutschen Krebs­forschungs­zentrums ein neues computer­gestütztes Bild­analyse­verfahren entwickelt. Mit dieser Analyse­methode haben sich Privatdozent Dr. Karl Rohr und Dr. Nathalie Harder bei verschiedenen sogenannten „Cell Tracking Challenges“ einem internationalen Leistungs­vergleich gestellt. Dabei erreichte das Heidelberger Zell-Tracking-Verfahren das beste Ergebnis für die Erkennung von Zellzyklen, die zur Quantifizierung von Zellwachstum dienen, und war unter den drei besten Verfahren hinsichtlich der Gesamtzahl der „Top 3-Ränge“ für verschiedene Bildkategorien.

Mit dem von Dr. Rohr und Dr. Harder entwickelten Verfahren lassen sich wichtige biologische Prozesse wie Zellmigration und Zellwachstum quantifizieren. Dabei handelt es sich um Vorgänge, die für die Entstehung von Krankheiten eine zentrale Rolle spielen. Das Zell-Tracking-Verfahren kombiniert Methoden der Segmentierung mit örtlich-zeitlicher Optimierung zur Analyse der Mikroskopiebilder. Dabei werden Zellen automatisch identifiziert, Korrespondenzen in aufeinanderfolgenden Bildern bestimmt und Zellteilungen erkannt. Zudem können mit diesen Verfahren verschiedene Informationen über die Zellbewegung wie etwa die Bewegungspfade, die Geschwindigkeit und die zurückgelegte Wegstrecke ermittelt werden.

Karl Rohr leitet die Forschungsgruppe „Biomedical Computer Vision“ (BMCV), die Informatik-Methoden zur automatischen Analyse von Zellmikroskopiebildern sowie radiologischen Bildern entwickelt. Dr. Rohrs Gruppe ist am BioQuant-Zentrum der Ruperto Carola angesiedelt. Sie ist Teil der Abteilung Bioinformatik und funktionelle Genomik am Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg ebenso wie der Abteilung Theoretische Bioinformatik des Deutschen Krebsforschungszentrums.

Die Ergebnisse des internationalen Leistungsvergleichs mit insgesamt 21 Verfahren aus elf Ländern wurden in der Fachzeitschrift „Nature Methods“ publiziert.