inovmedИнновационная медицина КубаниInnovative Medicine of Kuban2541-9897Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital No. 110.35401/2541-9897-2023-26-3-31-37inovmed-716Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESМетоды цифровой патологии в анализе эндомиокардиальных биоптатовDigital Pathology for Analyzing Endomyocardial Biopsy Specimenshttps://orcid.org/0000-0001-9824-9186СлавинскийА. А.SlavinskiyA. A.

Александр Александрович Славинский,  д. б. н., профессор, заведующий кафедрой

кафедра патологической анатомии

350063

ул. им. М. Седина 4

Краснодар

Aleksandr A. Slavinskiy, Dr. Sci. (Bio.), Professor, Head of the Department

Department of Pathological Anatomy

350063

ulitsa M. Sedina 4

Krasnodar

pathology@ksma.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4159-2618ВеревкинА. А.VerevkinA. A.

Александр Александрович Веревкин, к. м. н., доцент

кафедра патологической анатомии

Краснодар

Aleksandr A. Verevkin, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor

Department of Pathological Anatomy

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-2770-3529ЧуприненкоЛ. М.ChuprinenkoL. M.

Людмила Михайловна Чуприненко, к. м. н., доцент, доцент кафедры

кафедра патологической анатомии

Краснодар

Lyudmila M. Chuprinenko, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Associate Professor at the Department

Department of Pathological Anatomy

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-2845-566XДрушевскаяВ. Л.DrushevskayaV. L.

Виктория Леонидовна Друшевская, к. б. н., доцент

кафедра патологической анатомии

Краснодар

Victoria L. Drushevskaya, Cand. Sci. (Bio.), Associate Professor

Department of Pathological Anatomy

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-3594-0516КристесиашвилиМ. В.KristesiashviliM. V.

Марина Витальевна Кристесиашвили, ассистент

кафедра патологической анатомии

Краснодар

Marina V. Kristesiashvili, Assistant Professor

Department of Pathological Anatomy

Krasnodar

Кубанский государственный медицинский университетРоссияKuban State Medical UniversityRussian Federation202330092023033137Copyright © Славинский А.А., Веревкин А.А., Чуприненко Л.М., Друшевская В.Л., Кристесиашвили М.В., 20232023Славинский А.А., Веревкин А.А., Чуприненко Л.М., Друшевская В.Л., Кристесиашвили М.В.Slavinskiy A.A., Verevkin A.A., Chuprinenko L.M., Drushevskaya V.L., Kristesiashvili M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.innovmedkub.ru/jour/article/view/716   Введение

   Введение: При визуальной оценке эндомиокардиальных биоптатов возможны ошибки, связанные с субъективностью метода и невозможностью получения количественной информации о выраженности иммуногистохимических реакций и распространенности патологических изменений в сердечном трансплантате. Для повышения точности и достоверности диагностики отторжения необходима детальная цифровая характеристика биоптата, основанная на компьютерной морфометрии в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

   Цель исследования

   Цель исследования: Разработать метод и алгоритмы цифрового компьютерного анализа эндомиокардиальных биоптатов для количественной оценки патоморфологических и иммунофенотипических изменений в миокарде при различных формах и степенях отторжения пересаженного сердца.

   Материалы и методы

   Материалы и методы: Исследованы 257 эндомиокардиальных биоптатов, полученных от 56 реципиентов, которым произведена трансплантация сердца в ГБУЗ «НИИ – Краевая клиническая больница № 1 им. проф. С. В. Очаповского» г. Краснодара. Срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Стрептавидин-биотиновым методом определяли экспрессию иммуногистохимического маркера CD68. С помощью компьютерной морфометрии в цифровых изображениях измеряли площадь патологических изменений и зоны экспрессии.

   Результаты

   Результаты: При разработке метода компьютерного анализа биоптатов предложен новый критерий оценки – коэффициент площади окрашивания (КПО) – процентное отношение суммарной площади цветного продукта реакции (окрашивания) в препарате к общей площади среза биоптата. Созданы и апробированы на практике алгоритмы цифрового морфометрического анализа для оценки выраженности иммуногистохимических реакций и выявления относительной площади патологических изменений в биоптате.

   Заключение

   Заключение: Новые цифровые критерии диагностики отторжения трансплантированного сердца направлены на повышение точности интерпретации результатов эндомиокардиальной биопсии, но могут использоваться и при анализе других биоптатов.

   Introduction

   Introduction: Visual assessment of endomyocardial biopsy (EMB) specimens may result in errors due to the human factor and inability to obtain quantitative data on the intensity of immunohistochemical (IHC) reactions and severity of pathological changes in the heart transplant. Detailed digital characterization of EMB specimens based on automated or semi-automated computer-assisted morphometry improves the diagnostic accuracy of EMB.

   Objective

   Objective: To develop a method of and algorithms for digital computer-assisted analysis of EMB specimens to quantify pathomorphological and immunophenotypic changes in the myocardium of patients with various types and grades of heart transplant rejection.

   Materials and methods

   Materials and methods: We studied 257 EMB specimens from 56 heart transplant recipients at Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital No. 1 (Krasnodar, Russian Federation). Sections were stained with hematoxylin and eosin. We used the streptavidin-biotin method to determine the CD68 expression and computer-assisted morphometry of digital images to measure the area of pathological changes and CD68 expression.

   Results

   Results: When developing a method for computer-assisted analysis of EMB specimens, we proposed a new evaluation criterion: staining area coefficient (%) that is a ratio of the total stained area to the total section area. We created and field-tested algorithms for digital morphometric analysis to assess the intensity of IHC reactions and to identify the relative area of pathological changes in the EBM specimens.

   Conclusions

   Conclusions: New digital criteria for diagnosing heart transplant rejections are to improve the accuracy of EMB results interpretation, but can also be used for analyzing other biopsy specimens.

компьютерная морфометрияотторжение трансплантатаэндомиокардиальная биопсияcomputer-assisted morphometrytransplant rejectionendomyocardial biopsyReferencesАвтандилов Г.Г. Окулярная измерительная сетка для цитогисто- и стереометрических исследований. Архив патологии. 1972;34(6):76–77. PMID: 4558846.Avtandilov GG. An ocular measuring grid for cyto-histo- and stereometric studies. Arkh Patol. 1972;34(6):76–77. (In Russ.). PMID: 4558846.Козинец Г.И., Котельников В.М., Погорелов В.М. Применение компьютеров в гематологических цитологических исследованиях. Лабораторное дело. 1990;(3):21–25. PMID: 1692900.Kozinets GI, Kotel’nikov BM, Pogorelov VM. The use of computers in hematologic cytologic studies. Lab Delo. 1990;(3):21–25. (In Russ.). PMID: 1692900.Автандилов Г.Г. Перспективы развития компьютерной цито–гистопатологии. Архив патологии. 1993;55(2):3–5. PMID: 7980059.Avtandilov GG. The outlook for the development of computerized cyto-histopathology. Arkh Patol. 1993;55(2):3–5. (In Russ.). PMID: 7980059.Погорелов В.М., Медовий В.С., Балабуткин В.А., Сонашинский Б.З., Пятницкий А.М., Козинец Г.И. Методы компьютерной цитологии в гематологических исследованиях. Клиническая лабораторная диагностика. 1997;(11):40–44. PMID: 9471322.Pogorelov VM, Medovyĭ VS, Balabutkin VA, Sokolinskiĭ BZ, Piatnitskiĭ AM, Kozinets GI. Computer-assisted cytological methods in hematology. Klin Lab Diagn. 1997;(11):40–44. (In Russ.). PMID: 9471322.Славинский А.А., Никитина Г.В. Компьютерный анализ изображения нейтрофильных лейкоцитов: миелопероксидаза. Клиническая лабораторная диагностика. 2000;(1):21-24. PMID: 10878896.Slavinsky AA, Nikitina GV. Computed imaging analysis of neutrophils: myeloperoxidase. Klin Lab Diagn. 2000;(1):21–24. (In Russ.). PMID: 10878896.Славинский А.А., Веревкин А.А., Сотниченко А.С., Космачева Е.Д., Ставенчук Т.В. Иммуногистохимический профиль мононуклеарного инфильтрата в миокарде пересаженного сердца. Компьютерная морфометрия. Кубанский научный медицинский вестник. 2020;27(2):92–101. doi: 10.25207/1608-6228-2020-27-2-92-101Slavinsky AA, Verevkin AA, Sotnichenko AS, Kosmacheva ED, Stavenchuk TV. Immunohistochemical profile of mononuclear infiltrate in the myocardium of transplanted heart. Computer morphometry data. Kuban Scientific Medical Bulletin. 2020;27(2):92–101. (In Russ.). doi: 10.25207/1608-6228-2020-27-2-92-101Гуменюк И.С., Чуприненко Л.М., Сотниченко А.С. и др. Автоматизированный морфометрический анализ как метод определения содержания компонентов внеклеточного матрикса и количественной оценки ядерных антигенов. Архив патологии. 2017;79(5):49–56. PMID: 29027530. doi: 10.17116/patol201779549-56Gumenyuk IS, Chuprinenko LM, Sotnichenko AS, et al. Automatic morphometric analysis as a method for determining the level of extracellular matrix components and for quantifying nuclear antigens. Arkh Patol. 2017;79(5):49–56. (In Russ.). PMID: 29027530. doi: 10.17116/patol201779549-56Koyama H, Kishi K, Mikoshiba S, Fujimori T. An Image J-based tool for three-dimensional registration between different types of microscopic images. Dev Growth Differ. 2023;65(1):65–74. PMID: 36576380. PMCID: PMC10107647. doi: 10.1111/dgd.12835Koyama H, Kishi K, Mikoshiba S, Fujimori T. An Image J-based tool for three-dimensional registration between different types of microscopic images. Dev Growth Differ. 2023;65(1):65–74. PMID: 36576380. PMCID: PMC10107647. doi: 10.1111/dgd.12835Stewart S, Fishbein MC, Snell GI, et al. Revision of the 1996 working formulation for the standardization of nomenclature in the diagnosis of lung rejection. J Heart Lung Transplant. 2007;26(12):1229–1242. PMID: 18096473. doi: 10.1016/j.healun.2007.10.017Stewart S, Fishbein MC, Snell GI, et al. Revision of the 1996 working formulation for the standardization of nomenclature in the diagnosis of lung rejection. J Heart Lung Transplant. 2007;26(12):1229–1242. PMID: 18096473. doi: 10.1016/j.healun.2007.10.017Awad MA, Shah A, Griffith BP. Current status and outcomes in heart transplantation: a narrative review. Rev Cardiovasc Med. 2022;23(1):11. PMID: 35092203. doi: 10.31083/j.rcm2301011Awad MA, Shah A, Griffith BP. Current status and outcomes in heart transplantation: a narrative review. Rev Cardiovasc Med. 2022;23(1):11. PMID: 35092203. doi: 10.31083/j.rcm2301011Crespo-Leiro MG, Costanzo MR, Gustafsson F, et al. Heart transplantation: focus on donor recovery strategies, left ventricular assist devices, and novel therapies. Eur Heart J. 2022;43(23):2237–2246. PMID: 35441654. doi: 10.1093/eurheartj/ehac204Crespo-Leiro MG, Costanzo MR, Gustafsson F, et al. Heart transplantation: focus on donor recovery strategies, left ventricular assist devices, and novel therapies. Eur Heart J. 2022;43(23):2237–2246. PMID: 35441654. doi: 10.1093/eurheartj/ehac204Baran DA. Replacing the endomyocardial biopsy: easier said than done. Transplantation. 2023;107(2):307–308. PMID: 35939383. doi: 10.1097/TP.0000000000004274Baran DA. Replacing the endomyocardial biopsy: easier said than done. Transplantation. 2023;107(2):307–308. PMID: 35939383. doi: 10.1097/TP.0000000000004274Автандилов Г.Г. Введение в количественную патологическую морфологию : монография. Медицина; 1980.Avtandilov GG. Introduction to Quantitative Pathological Morphology : A Monograph. Meditsina; 1980. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.