التصوير المقطعي الموجهة التصوير المقطعي منتشر الوقت المجال الإسفار في الحيوانات الصغيرة من أجل الترجمة من المؤشرات الحيوية للسرطان
يوليو 17, 2012
التصوير المقطعي مضان منتشر يقدم نهجا منخفضة التكلفة نسبيا ويحتمل أن تكون عالية في جميع أنحاء إلى ما قبل السريرية في الجسم الحي التصوير الورم. يتم تقديم منهجية لجمع البيانات البصرية، والمعايرة، وإعادة بناء صورة عن التصوير المقطعي الموجهة محسوب نظام للوقت نطاق عدم الاتصال باستخدام فلوري استهداف العلامات البيولوجية ورم البشرة مستقبلات عوامل النمو في الفأر نموذج دبقي.
الهدف العام من التجربة التالية هو إنتاج صور مضان لتعبير مستقبلات عامل نمو البشرة في نموذج فأر الورم الدبقي تقويم العظام. يتم تحقيق ذلك عن طريق تلقيح نصف الكرة المخية الأيسر لفأر IIC ببروتين الفلورسنت الأخضر الذي يعبر عن خلايا الورم الدبقي U2 51 البشرية. بعد نمو الورم لمدة أسبوعين ، يتم حقن الفأر بمزيج من اثنين من أدوات تتبع الفلورسنت.
ثم يتم تصوير الفأر على نظام الأشعة السينية للحيوانات الصغيرة لجمع البيانات التشريحية اللازمة لإعادة بناء الصورة بدقة. يتم استخدام البيانات لتحديد موقع المصدر تشريحيا واكتشاف مواقع نظام التصوير المقطعي البصري ، ويتم استخدام البرامج المخصصة لجمع بيانات التألق وإنشاء الصورة النهائية. في النهاية ، يمكن لهذه الطريقة إنشاء صورة للورم بناء على الإفراط في التعبير عن عامل نمو البشرة باستخدام كل من التصوير الفلوري والأشعة السينية ، والتي يمكن مقارنة دقتها بالتصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين.
الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل زوج الشحن ، التصوير المقطعي الفلوري الحيواني الصغير القائم على الجهاز هي أن اكتشاف عد الفوتون الفردي باستخدام أنابيب مضاعف الصور يوفر حساسية أعلى بكثير ونطاقا ديناميكيا للكشف عن الضوء. يمكن استخدام هذه الطريقة في النهاية لمراقبة وقياس نجاح العلاجات الجزيئية عن طريق قياس التعبير عن أهدافها بينما يتم تصوير الأورام تحت الجلد بسهولة بطرق غير مقطعية باستخدام التصوير السطحي. تم تصميم هذا النظام لتصوير الأنسجة التي يصل سمكها إلى عدة سنتيمترات ، مما يجعله مناسبا بشكل خاص للتصوير والتباين وتوصيل العامل والتسرب إلى أورام الدماغ.
على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة للتعبير عن المؤشرات الحيوية للسرطان ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على دراسات أخرى للأمراض مثل العدوى أو السمنة أو عناصر الشيخوخة مثل مرض الزهايمر. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة بسبب الطبيعة المنتشرة لانتشار الضوء في الأنسجة البيولوجية وصعوبة استخدام التصوير المقطعي بالأشعة السينية لإعادة بناء الضوء المنتشر. العرض المرئي لهذه الطريقة أمر بالغ الأهمية.
نظرا لأن خطوات جمع البيانات وإعادة بناء الصور قد يكون من الصعب تعلمها ، فمن المهم التأكد من معايرة البيانات التي تم جمعها من نظام الفلورسنت بشكل جيد. تم تصميم حزمة البرامج شبه السريعة لقراءة البيانات البصرية واستخدام صور التصوير المقطعي بالأشعة السينية لإنشاء شبكة عناصر محدودة ، والتي تستخدم كقالب مكاني لإعادة بناء التألق. للبدء ، ضع فأرة عارية رياضية مخدرة على ستارة جراحية معقمة وتأكد من عمق التخدير قبل الشروع في تنظيف وتطهير الجلد فوق منطقة الشق.
باستخدام البيتادين ، ضع ستارة جراحية معقمة فوق موقع الشق باستخدام مشرط ، وقم بعمل شق صغير على يسار خط الوسط قليلا و 0.5 سم خلف خط العين. نظف سطح الجمجمة عن طريق إزالة أي نسيج ضام حتى يمكن تحديد المعالم. بمجرد انكشاف الجمجمة ، استخدم مثقابا عالي السرعة مع بت معقم بحجم ملليمتر واحد لعمل ثقب على بعد ملليمترين من الخط المركزي ومليمترين خلف bgma.
قم بتحميل حقنة هاميلتون مايكروس بإبرة قياس 27 حادة مع الخلايا المراد زرعها. بعد ذلك ، ضع الماوس على إطار مجسم. ثم قم بتأكيد مستوى جراحي وجمالي عميق مع قرصة إصبع القدم واستبدل الستارة الجراحية على.
بعد ذلك ، قم بتثبيت المحقنة المحملة على الإطار التجسيمي. ضع المحقنة فوق الفتحة الموجودة في الجمجمة وأدخل طرف الإبرة على بعد ثلاثة ملليمترات تحت سطح الجمجمة. بعد ذلك ، اسحب الإبرة ملليمترا واحدا لإنشاء جيب.
الخطوة التالية هي حقن الخلايا ببطء في نصف الكرة الدماغية الأيسر خلال فترة خمس دقائق. بمجرد اكتمال الحقن, سحب الإبرة ومسح الثقب مع Betadine. لمنع الخلايا من النمو خارج موقع الحقن، قم بإزالة الماوس من الإطار التجسيمي واملأ الفتحة المكشوفة بشمع العظام الدافئ.
أخيرا ، أغلق موقع الشق بخيطة نايلون معقمة بخمسة أه. أعد الماوس إلى قفص ساخن وراقبه حتى يتعافى بعد التعافي ، وحقن الماوس ب 130 ميكرولتر من 0.1 ملليغرام لكل كيلوغرام من البوبرينورفين IP واترك الورم ينمو لمدة 14 يوما قبل التصوير. في يوم تصوير الماوس ، ابدأ النظام للسماح لليزر وكاشفات الضوء بالتسخين لمدة 20 دقيقة تقريبا.
لتجنب الانجرافات وحساسية النظام ، ضع ناشر خط هندسي 100 درجة × أربع درجات في المركز المباشر لجسر التصوير لتفريق ليزر الإثارة بين قنوات الكشف عن النظام بنفس الكثافة. اضبط زاوية الناشر يدويا لزيادة كمية الإشارة التي تكتشفها جميع قنوات تجميع الضوء الخمس. المكان التالي الكثافة البصرية.
مرشحان محايدان للكثافة أمام جميع أنابيب المضاعف الضوئي للكشف عن التألق تسمى PMTs والكثافة البصرية. مرشحات كثافة محايدة أمام كل اكتشاف النفاذية. تجمع PMTs 100 وظيفة انتشار النبض الزمني أو T psfs من الليزر لكل منها وقت تكامل ثانية واحدة لكل ليزر بالتتابع ، وتطبيع كل TPSF عن طريق مرجع الليزر الصحيح للانجراف الزمني في مرجع الليزر والمتوسط على جميع التكرارات لكل كاشف وكل ليزر على حدة.
متوسط TPSs هو وظائف استجابة الأداة الخاصة بالكاشف المستخدمة في إعادة بناء الصورة البصرية قبل 12 ساعة من إجراء التصوير. حقن فأر الاختبار بمزيج من متتبعات الفلورسنت. تعد المعايرة الدقيقة لنظام التصوير المقطعي الفلوري وتقييد حركة من أصعب جوانب هذا الإجراء.
إعادة بناء الصور سيئة للغاية لدرجة أنه حتى الأخطاء الطفيفة في جمع البيانات يمكن أن تؤدي إلى أخطاء كبيرة في الصورة المعاد بناؤها. لضمان جمع بيانات دقيقة ، نقوم بتثبيت الماوس على أفضل وجه ممكن ونكرر المعايرة قبل المسح وبعده لتحسين فرصة الحصول على معايرة دقيقة عندما تكون جاهزا. ضع المخدر على دعامات الألياف الزجاجية لسرير التصوير.
بعد وضع الرأس في مخروط الأنف للتخدير المستمر بالغاز ، قم بتأمين الأسنان على قضيب اللدغة وقم بلصق. يجب وضع الماوس في المركز التقريبي لجسر التصوير. يمكن توجيه هذا الوضع عن طريق تدوير ليزر الإثارة 180 درجة حول الماوس ، مما يضمن أن النقطة المحورية لليزر تضيء نقطة تقريبا على مركز الماوس من منظور الليزر في جميع الزوايا.
بمجرد وضعه بشكل صحيح ، قم بنقل سرير التصوير والماوس بعناية إلى ماسح التصوير المقطعي المحوسب الصغير وجمع المعلومات التشريحية بدقة 93 ميكرومتر متناحية. تصور مجموعة الصور المقطعية واختر الشرائح المراد تصويرها باستخدام نظام التصوير المقطعي الفلوري. انقل سرير التصوير والماوس بعناية إلى نظام التصوير المقطعي الفلوري.
اختر عدد مواضع المصدر لكل شريحة تصوير ووقت التكامل لكل قياس TPSF وعدد التكرارات لكل موضع مصدر وموضع وعدد شرائح التصوير المطلوبة من مكدس صور التصوير المقطعي المحوسب الذي تم إنشاؤه مسبقا. بعد ذلك ، ضع المرشحات أمام PMTs للكشف عن التألق لحجب كل ضوء الإثارة والكثافة الضوئية لمرشحات الكثافة المحايدة أمام PMTs للكشف عن النفاذية. لتجنب تشبع تلك الكاشفات ، قم بتشغيل برنامج الحصول على البيانات الذي يجمع التألق والنفاذية t psfs في كل موضع محدد لكاشف المصدر عند كل من الأطوال الموجية للإثارة.
لكل مجموعة من T psfs التي تم جمعها ، راقب وسجل شدة الليزر باستخدام قناة PMT مرجعية. تحديد السطح الخارجي للفأر وموقع سرير التصوير. ادعم قضبان من صور التصوير المقطعي المحوسب وقم بإنشاء أقنعة تغطي حدود الماوس وقضيب التصوير.
بشكل منفصل ، استخدم قناع الماوس لإنتاج شبكة عناصر محدودة للحيوان باستخدام البرنامج شبه السريع. تحديد موقع المصدر وكاشف من نظام التصوير المقطعي الفلوري على سطح الشبكة بناء على إحداثيات التسجيل المكاني للأشعة المقطعية الدقيقة والفلورسنت. قم بإزالة نقاط البيانات البصرية المرتبطة بمواضع المصدر أو الكاشف التي تتفاعل مع موقع طبقة التصوير.
تعملقضبان الدعم على تطبيع البيانات التي تم جمعها في كل موضع كاشف مصدر عن طريق مرجع الليزر الصحيح للانجراف الزمني في مرجع الليزر وتصحيح حساسيات المرشح ، والتي تم تحديدها عن طريق الاختبار التجريبي في وقت الشراء. خذ النسبة المولودة للبيانات لكل موضع كاشف مصدر واضرب بمحاكاة نموذج أمامي للنفاذية بناء على شبكة حيوانية العناصر المحدودة للحصول على خصائص بصرية موحدة. يتم ذلك للتخفيف من الأخطاء المرتبطة باقتران أنسجة المصدر أو الكاشف لمعايرة البيانات إلى النموذج وتعديل البيانات للجوانب الأخرى لعدم تطابق بيانات النموذج ، وبناء متجه بيانات يتكون من الفرق المتدرج لبيانات النسبة المولودة التي تم جمعها في كلا الطولين الموجيين.
يتم اختيار عامل القياس لزيادة تباين ربط EGFR إلى أقصى حد ، وإجراء إعادة بناء صورة المجال الزمني مع بيانات الفرق المعايرة باستخدام TPSF لكل قناة كشف كمدخلات وإنشاء خرائط مضان لجهاز التتبع المستهدف المعزز للتباين الذي شوهد. فيما يلي مثال على إعادة بناء التألق المتراكبة مع صورة تشريحية محظوظة مسجلة مشتركة من فأر مصاب بورم الورم الدبقي U2 51. كان مركز كتلة الورم الدبقي الذي تحدده إعادة بناء التألق في نطاق ملليمتر واحد من مركز كتلة الورم ، والذي يتم تحديده عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز على النقيض من ذلك.
تم تصميم برنامج الحصول على البيانات خصيصا لهذا الجهاز ، ولكن يمكن إجراء معظم تقنيات معالجة الصور باستخدام available@nearfasts.org برامج الصيام القريب. لذلك أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم التأكد من معايرة كل من النظام والبيانات بدقة قبل إعادة بناء الصورة. تتطلب هذه المعايرة أن يتم حساب الحساسية والاختلافات الزمنية بين أجهزة الكشف بعد إعادة بناء الصورة لجهاز تتبع مستهدف للعلامة الحيوية.
يوفر التصوير المماثل للمتتبع غير المستهدف وسيلة لتصحيح الامتصاص غير بوساطة المستقبلات. هذا يسمح بقياس كمية ربط التتبع وكذلك كثافة المستقبلات في الجسم الحي بعد تطوره. ألهمت هذه التقنية باحثين آخرين لتصميم أنظمة التصوير المقطعي المضان الموجه بالتصوير بالأشعة السينية ، ومهدت الطريق لتصوير الجسم بالكامل للحيوانات الكبيرة.
بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تجربة التصوير المقطعي الفلوري المنتشر ، والتي تجمع بين التصوير التشريحي بالأشعة السينية وأنظمة التصوير البصري للتصوير الحيوي للسرطان.
النظرة العامة
تقدم هذه الدراسة طريقة لإنتاج صور فلورية لتعبير مستقبل عامل النمو البشري البشري في نموذج فئران لورم الدبقية. تجمع التقنية بين التصوير الفلوري والتصوير بالأشعة السينية لتحسين تصور الورم ومراقبة العلاجات الجزيئية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- علم الأورام
- تقنيات التصوير
الخلفية
- التصوير الفلوري المقطعي هو نهج واعد للتصوير الورم.
- مستقبل عامل النمو البشري هو علامة حيوية رئيسية في الأورام الدبقية.
- قد تفتقر طرق التصوير الحالية إلى الحساسية والنطاق الديناميكي.
- تهدف هذه الدراسة إلى تحسين التصوير عبر الأنسجة باستخدام تقنيات متقدمة.
غرض الدراسة
- تطوير طريقة لتصوير مؤشرات الورم الحيوية في الجسم الحي.
- لمقارنة دقة هذه الطريقة مع تقنيات التصوير التقليدية.
- تسهيل مراقبة العلاجات الجزيئية في علاج السرطان.
الطرق المستخدمة
- حقن خلايا ورم الدبقية في نموذج فئران.
- حقن مواد تعقب فلورية للتصوير.
- استخدام نظام أشعة إكس للحيوانات الصغيرة لجمع البيانات التشريحية.
- معايرة وإعادة بناء الصور باستخدام برامج متخصصة.
النتائج الرئيسية
- تصوير ناجح لتعبير الورم باستخدام البيانات الفلورية والأشعة السينية.
- حساسية ونطاق ديناميكي محسّنين مقارنةً بالطرق التقليدية.
- إمكانية محتملة لمراقبة علاجات السرطان.
- تحديد التحديات في جمع البيانات وإعادة بناء الصور.
الخلاصات
- توفر هذه الطريقة أداة قيمة لتصوير الأورام في الدراسات ما قبل السريرية.
- تقدم رؤى حول تعبير مؤشرات السرطان وفعالية العلاج.
- يلزم المزيد من التحسين والتدريب للمستخدمين الجدد.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
This method enables sensitive detection of epidermal growth factor receptor expression in deep-tissue tumor models, addressing a key limitation in preclinical oncology imaging. By combining time-domain fluorescence tomography with microCT co-registration, it improves biomarker localization accuracy and supports quantitative assessment of target engagement. The approach enhances predictive confidence in early-stage therapeutic development by providing mechanistic insight into biomarker expression dynamics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of epidermal growth factor receptor overexpression as a therapeutic hypothesis in glioma models.
- Operational Value: Provides quantitative fluorescence readouts that support functional target validation and biomarker density assessment.
- Predictive Value: Improves confidence in target selection by correlating imaging signal with histopathological validation via contrast-enhanced MRI.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates standardized, reproducible fluorescence maps that reflect specific tracer binding to cell surface receptors.
- Operational Value: Supports assay readiness through dual-tracer methodology that distinguishes receptor-mediated from non-specific uptake.
- Platform Utility: Enables scalable imaging workflows for longitudinal monitoring of biomarker expression in preclinical studies.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates translational biomarker alignment by quantifying epidermal growth factor receptor expression in vivo.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via cross-modality correlation with MRI.
- Risk Mitigation: Supports risk-adjusted advancement decisions by providing spatially resolved, quantitative biomarker data.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead optimization, enabling non-invasive monitoring of biomarker modulation in preclinical models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of receptor overexpression and pathway activation in orthotopic tumor models.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative fluorescence outputs with high sensitivity and dynamic range for compound evaluation.
- Analytics: Provides time-domain photon flux measurements that enable precise reconstruction of biomarker distribution and expression levels.
- Translational Research: Connects to preclinical validation through co-registered anatomical imaging and quantitative biomarker correlation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform applicable across tumor types and therapeutic modalities in oncology research.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in target validation through quantitative, spatially resolved biomarker imaging.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible data acquisition with sensitivity superior to conventional CCD-based fluorescence tomography.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by reducing biological uncertainty in target expression and drug-target engagement.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of therapeutic candidates based on measurable biomarker modulation in disease-relevant models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical imaging, fluorescence quantification, and small animal handling.
- Depends on single-photon detection hardware, time-domain laser systems, and co-registered microCT infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization for calibration protocols, data normalization, and reconstruction workflows.
- Involves adaptation considerations for different tumor models, tracer chemistries, and anatomical sites beyond orthotopic glioma.
- Involves practical limitations related to long acquisition times and complex data calibration, which affect throughput and require operator training.
