Cellects: Una Herramienta Innovadora para Analizar el Crecimiento

Todos los seres vivos crecen. Este Crecimiento puede pasar de dos maneras: una, a través del desarrollo de Organismos individuales; y dos, por el aumento en el número de una población. Gracias a nuevos métodos de imagen, capturar el crecimiento en organismos vivos se ha vuelto más fácil y barato. Ahora podemos recolectar muchos tipos de datos, incluyendo Videos que muestran cómo cambian los organismos con el tiempo. Sin embargo, analizar estos datos puede ser complicado.

#Desafíos en el Análisis de Datos de Crecimiento

Analizar videos de crecimiento biológico no es sencillo. Diferentes partes de un organismo pueden verse distintas. Por ejemplo, las partes nuevas a menudo tienen colores o densidades diferentes en comparación con las partes más viejas. Además, si el fondo contra el cual se ven los organismos no está claro, puede confundir las cosas. Los patrones de crecimiento también pueden ser complejos y no siempre predecibles.

Diferentes tipos de organismos tienen diferentes apariencias y comportamientos, lo que dificulta crear un software "one-size-fits-all" para medir el crecimiento. La mayoría de los programas existentes se enfocan en un solo tipo de organismo, como bacterias o plantas, y muchos carecen de una interfaz amigable. Algunos son programas comerciales que cuestan dinero y no pueden ser modificados o mejorados por los usuarios porque no son de código abierto.

Además, muchas herramientas de análisis solo ofrecen datos de salida limitados. Los pocos programas de código abierto disponibles no cubren completamente la gama de variables necesarias para un análisis exhaustivo, y a menudo tienen problemas con condiciones de luz y color variadas.

#Presentando Cellects

Para abordar estos problemas, creamos Cellects. Este software está diseñado para ayudar a medir el crecimiento en varios organismos. Es fácil de instalar y tiene una interfaz amigable que ayuda a los usuarios a ajustar configuraciones para diferentes condiciones de luz y color. Cellects proporciona una amplia gama de métricas de salida, incluyendo medidas geométricas, y ofrece herramientas para revisar y validar resultados.

Cellects se ha probado en dos tipos de organismos: el moho mucilaginoso Physarum polycephalum y el embrión en desarrollo del codorniz Coturnix japonica. Sin embargo, también está diseñado para trabajar con muchos otros, incluyendo hongos, bacterias y plantas.

#Funciones de Cellects

Cellects es capaz de medir el crecimiento y movimiento de uno o varios organismos en videos. Encuentra las áreas ocupadas por estos organismos en cada fotograma, lo que sirve como salida en crudo. El software calcula varias características como área, perímetro y métricas de forma con el tiempo, guardando los resultados en un formato fácil de leer.

#Interfaz Amigable

Instalar Cellects es simple. Ofrece una instalación con un solo clic para usuarios de Windows y también se puede instalar en otros sistemas operativos a través de Python. La interfaz está diseñada para ayudar a los usuarios a seleccionar las mejores configuraciones, haciendo que sea fácil para cualquiera analizar sus datos.

Cellects puede manejar videos que pueden tener múltiples áreas para analizar, rastreando varios organismos que pueden aparecer, desaparecer y cambiar con el tiempo. Además, el software puede trabajar con múltiples carpetas de videos a la vez. Está diseñado para identificar el crecimiento de los organismos incluso cuando no hay mucho contraste en las imágenes.

#Cómo Analiza Cellects las Imágenes

Cellects utiliza técnicas de visión por computadora bien conocidas para procesar imágenes. El análisis se realiza en varios pasos. Primero, convierte la primera imagen a escala de grises para resaltar las diferencias entre los organismos y su fondo. El usuario puede elegir entre diferentes combinaciones de colores para encontrar la que mejor funcione para su conjunto de datos.

Después de analizar la primera imagen, Cellects detecta automáticamente otras áreas en el video, recortándolas para análisis individuales. Luego se utilizan una serie de técnicas para rastrear el crecimiento y movimiento de los organismos a lo largo del video.

Finalmente, el software aplica filtros para mejorar los resultados, asegurando que se corrijan las inexactitudes. Si se cometen errores durante el análisis, los usuarios tienen la opción de ajustar los parámetros o reanalizar los datos.

#Validación de Cellects

Para probar qué tan bien funciona Cellects, realizamos una serie de experimentos utilizando videos del moho mucilaginoso gigante Physarum polycephalum. Este organismo es conocido por su estructura y comportamiento únicos, lo que nos permitió desafiar nuestro software bajo diversas condiciones para ver qué tan bien detecta el crecimiento.

#Diferentes Condiciones de Prueba

Validamos Cellects bajo cinco condiciones diferentes:

1. Alto Contraste, Configuración Óptima: La mejor situación para el análisis, donde detecta fácilmente las células y el fondo.

2. Alto Contraste, Múltiples Colores: Las células se mezclan con diferentes colores en el fondo, introduciendo complejidad pero aún así obteniendo buenos resultados.

3. Bajo Contraste, Fondo Heterogéneo: Condiciones más difíciles donde el fondo es confuso, pero Cellects aún funciona razonablemente bien.

4. Menor Contraste, Fondo Brillante: Las condiciones de fondo claro ayudan, pero otros factores siguen presentando desafíos.

5. Bajo Contraste, Baja Resolución: Las condiciones más difíciles para la detección, sin embargo, Cellects mantiene un nivel justo de precisión.

#Resultados de Rendimiento

Cellects mostró resultados impresionantes, especialmente en las mejores condiciones, donde detectó correctamente el 99.76% de las células e identificó con precisión el fondo. Incluso cuando las condiciones se complicaron, el software logró mantener una precisión superior al 97%.

Cuando comparamos los resultados del software con correcciones manuales, encontramos que cometió muy pocos errores graves. Esto significa que Cellects puede ayudar a los investigadores a analizar el crecimiento en una variedad de circunstancias de manera confiable.

#Conclusión y Usos Futuros de Cellects

Cellects es una herramienta innovadora para aquellos que estudian el crecimiento y comportamiento celular. Permite a los investigadores recopilar una gran cantidad de información morfológica y dinámica, y se ha demostrado que funciona bajo diversas condiciones.

El software no es solo para investigación básica; también se puede utilizar para probar preguntas o hipótesis específicas. Por ejemplo, investigadores que estudian cómo los mohos mucilaginosos navegan por su entorno podrían beneficiarse de Cellects al vincular patrones de movimiento con comportamiento biológico.

A medida que Cellects continúa desarrollándose, podríamos ver características adicionales que mejoren aún más su utilidad, incluyendo mejores maneras de analizar estructuras y comportamientos complejos.

Al proporcionar una solución accesible y flexible para medir el crecimiento en organismos vivos, Cellects abre la puerta a una investigación y recolección de datos más integrales. Esto ayudará a entender los procesos biológicos que impulsan el crecimiento y desarrollo en diversas especies.