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Human lymph nodes play a central part of immune defense against infection agents and tumor cells. Lymphoid follicles are compartments of the lymph node which are spherical, mainly filled with B cells. B cells are cellular components of the adaptive immune systems. In the course of a specific immune response, lymphoid follicles pass different morphological differentiation stages. The morphology and the spatial distribution of lymphoid follicles can be sometimes associated to a particular causative agent and development stage of a disease. We report our new approach for the automatic detection of follicular regions in histological whole slide images of tissue sections immuno-stained with actin. The method is divided in two phases: (1) shock filter-based detection of transition points and (2) segmentation of follicular regions. Follicular regions in 10 whole slide images were manually annotated by visual inspection, and sample surveys were conducted by an expert pathologist. The results of our method were validated by comparing with the manual annotation. On average, we could achieve a Zijbendos similarity index of 0.71, with a standard deviation of 0.07.
This study deals with 3D laser investigation on the border between the human lymph node T-zone and germinal centre. Only a few T-cells specific for antigen selected B-cells are allowed to enter germinal centres. This selection process is guided by sinus structures, chemokine gradients and inherent motility of the lymphoid cells. We measured gaps and wall-like structures manually, using IMARIS, a 3D image software for analysis and interpretation of microscopy datasets. In this paper, we describe alpha-actin positive and semipermeable walls and wall-like structures that may hinder T-cells and other cell types from entering germinal centres. Some clearly defined holes or gaps probably regulate lymphoid traffic between T- and B-cell areas. In lymphadenitis, the morphology of this border structure is clearly defined. However, in case of malignant lymphoma, the wall-like structure is disrupted. This has been demonstrated exemplarily in case of angioimmunoblastic T-cell lymphoma. We revealed significant differences of lengths of the wall-like structures in angioimmunoblastic T-cell lymphoma in comparison with wall-like structures in reactive tissue slices. The alterations of morphological structures lead to abnormal and less controlled T- and B-cell distributions probably preventing the immune defence against tumour cells and infectious agents by dysregulating immune homeostasis.
Aims: The examination of histological sections is still the gold standard in diagnostic pathology. Important histopathological diagnostic criteria are nuclear shapes and chromatin distribution as well as nucleus-cytoplasm relation and immunohistochemical properties of surface and intracellular proteins. The aim of this investigation was to evaluate the benefits and drawbacks of three-dimensional imaging of CD30+ cells in classical Hodgkin Lymphoma (cHL) in comparison to CD30+ lymphoid cells in reactive lymphoid tissues.
Materials and results: Using immunoflourescence confocal microscopy and computer-based analysis, we compared CD30+ neoplastic cells in Nodular Sclerosis cHL (NScCHL), Mixed Cellularity cHL (MCcHL), with reactive CD30+ cells in Adenoids (AD) and Lymphadenitis (LAD). We confirmed that the percentage of CD30+ cell volume can be calculated. The amount in lymphadenitis was approx. 1.5%, in adenoids around 2%, in MCcHL up to 4,5% whereas the values for NScHL rose to more than 8% of the total cell cytoplasm. In addition, CD30+ tumour cells (HRS-cells) in cHL had larger volumes, and more protrusions compared to CD30+ reactive cells. Furthermore, the formation of large cell networks turned out to be a typical characteristic of NScHL.
Conclusion: In contrast to 2D histology, 3D laser scanning offers a visualisation of complete cells, their network interaction and spatial distribution in the tissue. The possibility to differentiate cells in regards to volume, surface, shape, and cluster formation enables a new view on further diagnostic and biological questions. 3D includes an increased amount of information as a basis of bioinformatical calculations.
Das adaptive Immunsystem schützt den Menschen vor extra- wie auch intrakorporal auftretenden Pathogenen und Krebszellen. Die Funktionalität dieses Prozesses geht hierbei auf die Interaktion und Kooperation einer Vielzahl verschiedener Zelltypen des Körpers zurück und ist vorwiegend innerhalb der Lymphknoten lokalisiert. Ist auch nur ein Bestandteil dieses sensiblen Prozesses gestört, kann dies zu einem teilweisen oder vollständigen Verlust der immunologischen Fitness des Menschen führen. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, solche Aberrationen des humanen Lymphknotengewebes umfassend digital-pathologisch zu detektieren und zu definieren.
Hierfür wurde zunächst eine digitale Gewebedatenbank etabliert. Diese basiert auf dem im Rahmen dieser Arbeit implementierten Content-Management-System Digital Tissue Management Suite. Weiterhin wurde die Software Feature analysis in tissue histomorphometry entwickelt, welche die Analyse von zweidimensionalen whole slide images ermöglicht. Hierbei werden Methoden aus dem Bereich Computer Vision und Graphentheorie eingesetzt, um morphologische und distributionale Eigenschaften der Zelltypen des Lymphknotens zu charakterisieren. Darüber hinaus enthält diese Software Plug-ins zur Visualisierung und statistischen Analyse der Daten.
Aufbauend auf der eigens implementierten, digitalen Infrastruktur, in Kombination mit der Software Imaris wurden zweidimensional und dreidimensional gescannte, reaktive und neoplastische Gewebeproben digital phänotypisiert. Hierbei konnten neue mechanische Barrieren zur Kompartimentalisierung der Keimzentren aufgeklärt werden. Weiterhin konnte der Erhalt des quantitativen Verhältnisses einzelner Zellpopulationen innerhalb der Keimzentren beschrieben werden. Ausgehend von den reaktiven Phänotypen des Lymphknotens, wurden pathophysiologische Aberrationen in verschiedenen lymphatischen Neoplasien untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass speziell die strukturelle Destruktion häufig mit einer morphologischen Veränderung der fibroblastischen Retikulumzellen einhergeht.
Neben strukturellen Veränderungen sind auch zytologische Veränderungen der Tumormikroumgebung zu verzeichnen. Eine besondere Rolle spielen hierbei sogenannte Tumor-assoziierte Makrophagen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass speziell Makrophagen in der Tumormikroumgebung des diffus großzelligen B-Zell-Lymphoms und der chronisch lymphatischen Leukämie spezifische pathophysiologische Veränderungen aufzeigen. Auch konnte gezeigt werden, dass genetische Änderungen neoplastischer B-Zellen mit einer generellen Reduktion der CD20-Antigendichte einhergehen.
Zusammenfassend ermöglichten die Ergebnisse die Generierung eines umfassenden digital-pathologischen Profils des klassischen Hodgkin-Lymphoms. Hierbei konnten morphologische Veränderungen neoplastischer, CD30-positiver Hodgkin-Reed-Sternberg-Zellen validiert und beschrieben werden. Auch konnten pathologische Veränderungen des Konnektoms und der Tumormikroumgebung dieser Zellen parametrisiert und quantifiziert werden. Abschließend wurde unter Anwendung eines Random forest-Klassifikators die diagnostische Potenz digital-pathologischer Profile evaluiert und validiert.