A Computational Histological Analysis Of Biological Scaffolds in In-Vivo preclinical Medical Device Trials
Creators: name: Ραμπότας, Βασίλειος Πολυζώη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Υπολογιστική Παθολογοανατομία
Ικριώματα
Νευρωνικά Δίκτυα
Computational Pathology
Computer Vision
Tissue Engineering

description: The subject of this thesis explores the use of open-source software, specifically designed for analysis of histological images, to perform measurements on implanted scaffolds from previous experiments. The previous experiments entailed the development of novel scaffolds with features specific for bone tissue engineering, that had been infused with Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) and a derivative peptide. The goal of this was the development of a scaffold (a class III biomedical device) for in vivo osteogenesis, that will be cheaper and more accessible and that will present less toxic adverse effects than current available products. The scaffolds that were developed were implanted in Wistar rats during a set of preclinical trials, before being surgically excised and prepared for histological examination. This analysis entailed scanning the physical slides of partially absorbed scaffolds, and performing computational analysis using QuPath and Python programming language in order to accurately measure complex, partially absorbed, highly porous foreign bodies inside Haematoxylin and Eosin stained tissues, at the nanometer level. The endeavour resulted in a new method that may be employed in future in vivo bone tissue engineering experimentation and histological analysis. This thesis was conducted in the Research Laboratory of Biomedical Engineering in the Department of Chemical Engineering and in the Laboratory of General Pathology &amp; Pathological Anatomy of the Aristotle University of Thessaloniki, under the supervision of the Associate Professor Mrs. Amalia Aggeli. It is one further addition in an interdisciplinary project between the Department of Chemical Engineering, with doctoral candidates Chrysoula Katrilaka and Niki Karypidou, the Department of Chemistry, with responsible Professor Mrs. Theodora Choli-Papadopoulou, and the School of Medicine, with responsible Associate Professor Aggeliki Cheva, doctoral candidate Mr. Panagiotis Tzavellas, and supervisor Professor E. Tsiridis.
description: Η παρούσα διπλωματική εργασία ερευνά την χρήση open-source λογισμικού για ανάλυση ιστολογικών εικόνων, με στόχο την διενέργεια μετρήσεων πάνω σε βιολογικά ικριώματα, εμφυτευμένα κατα την διάρκεια προηγούμενων πειραμάτων του εργαστηρίου. Τα προηγούμενα πειράματα περιλάμβαναν την ανάπτυξη νέων βιολογικών ικριωμάτων με στόχο την ιστομηχανική οστού, εμπλουτισμένα με αυξητικούς παράγοντες όπως BMP-2 και ένα παράγωγο πεπτίδιο. Στόχος είναι η ανάπτυξη ενός ικριώματος (Κλάσης 3 βιοιατρική συσκευή) για in vivo οστεογενεση που θα είναι φθηνότερο, πιο εύκολα προσβάσιμο και όπου θα προκαλεί λιγότερες ανεπιθύμητες ενέργειες από τα εμπορικώς διαθέσιμα σκευάσματα σήμερα. Τα ικριώματα αυτά εμφυτεύτηκαν σε ποντίκια Wistar κατα την διάρκεια προκλινικής μελέτης, όπου παρέμειναν για ένα διάστημα πριν πραγματοποιηθεί χειρουργική αφαίρεση τους και ιστολογική εξέταση. Για τα ικιρώματα που δεν παρουσίασαν πλήρη απορρόφηση, η παρούσα εργασία είχε ως πρώτο στόχο την ψηφιοποίηση των ιστολογικών τομών με χρήση ειδικών scanner και την υπολογιστική ανάλυσή τους με χρήση QuPath και Python. Τελικό αποτέλεσμα ήταν η ανάπτυξη μιας μεθόδου για διενέργεια λεπτομερών και ακριβών μετρήσεων σε πολύπλοκους, ακανόνιστους, μερικώς απορροφημένους, πορώδεις ιστολογικούς σχηματισμούς διαστάσεων νανομέτρων, σε χρώση Αιματοξυλίνης και Ηωσίνης. Η παρούσα διπλωματική διενεργήθηκε στο Εργαστήριο Βιοιατρικής Μηχανικής του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του ΑΠΘ και στο Εργαστήριο Γενικής Παθολογίας &amp; Παθολογικής Ανατομικής του ΑΠΘ, υπό την επίβλεψη της Αναπληρώτριας Καθηγήτριας Αμαλίας Αγγελή. Είναι μια ακόμα προσθήκη σε ένα ευρύτερο διεπιστημονικό εγχείρημα του τμήματος, και της υποψήφιας διδάκτωρ Χρυσούλας Κατρίλακα και της υποψήφιας διδάκτωρ Νίκης Καρυπίδου, μαζί με το τμήμα Χημείας, με επιβλέπουσα την καθηγήτρια Θεοδώρα Χολή-Παπαδοπούλου, τον υποψήφιο διδάκτωρ Παναγιώτη Τζαβέλλα και τον επιβλέπων καθηγητή κύριο Ελευθέριο Τσιρίδη.