تشريح، المسح الضوئي MicroCT والمظهرية تحليلات من جذيل
مارس 19, 2017
العديد من الهياكل البيولوجية تفتقر المعالم التي يمكن تحديدها بسهولة، مما يجعل من الصعب تطبيق أساليب المورفولوجية الحديثة. نحن هنا توضيح أساليب لدراسة جذيل الماوس (عظمة في القضيب)، بما في ذلك تشريح والمسح الضوئي microCT، تليها طرق حسابية لتحديد نصف المعالم التي يتم استخدامها لتحديد حجم وشكل الاختلاف.
الهدف العام من عملية التشريح والتحليل المورفومتري هذه هو توضيح متانة منهجيتنا المورفومترية في دراسة التراكيب ذات الأشكال المعقدة مثل عظمة قضيب الفأر. لقد خطرت لنا فكرة هذه الدراسة عندما أدركنا أن الطرق الحالية لقياس تباين العظم البقلي، مثل أخذ أبعاد الطول والعرض، تفقد جميع المعلومات المتعلقة بالانحناء وتعقيد الشكل، وبناءً عليه، ابتكرنا هذه الطريقة لقياس تباين الحجم والشكل لأي عظمة أو تركيب مثير للاهتمام في ثلاثة أبعاد. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أنها تطبق القياسات المورفومترية الحديثة على التراكيب التي تفتقر إلى نقاط علام محددة.
من شأن هذا أن يدفع المجال قدماً من خلال توفير قياسات محسنة وقابلة للتكرار للهياكل المعقدة. ضع فأراً ذكراً بالغاً ومخصياً في وضعية الاستلقاء على الظهر، ثم قم ببروز القضيب عن طريق الضغط بالإبهام جانبياً بالنسبة لفتحة القلفة. وبمجرد ظهور القضيب، قم بمد النسيج عبر القلفة إلى أقصى حد ممكن.
بعد ذلك، استخدم المقص لقص جسم القضيب في المنطقة القريبة من رأس القضيب حيث يوجد العظم القضيبي (baculum)، وذلك لفصل القضيب. ثم اغمر القضيب بالكامل في حوالي 200 microliters من ماء الصنبور داخل أنبوب طرد مركزي دقيق. ولتليين الأنسجة، يتم تحضينها عند درجة حرارة حوالي 50 degrees celsius لمدة تتراوح من ثلاثة إلى خمسة أيام.
يقلل تليين الأنسجة من احتمالية كسر العظم أثناء عملية الاستخراج. بعد الحضن، استخدم مجهر تشريح وملقطاً لإزالة معظم الأنسجة المحيطة بالعظم القضيبي (baculum). بعد التشريح العياني، قم برش الإيثانول بتركيز 70% بلطف لإزاحة الأنسجة المتبقية وتنظيف العظم.
بعد ذلك، ضع العظم القضيبي الذي تم تشريحه في أنبوب طرد مركزي دقيق جديد، واترك العظم ليجف في درجة حرارة الغرفة مع ترك الغطاء مفتوحاً. للبدء، قم بتجهيز المادة التي سيوضع فيها العظم؛ حيث يتم ضغط حامل أسطواني مخصص للتصوير المقطعي المحوسب (CT scan) داخل قطعة من إسفنج تنسيق الزهور.
بعد ذلك، استخرج أسطوانة الرغوة الناتجة وقم بتقطيع شرائح من الرغوة يتراوح سمكها بين 2 و5 سم. والآن، قم بغرس من 10 إلى 15 عظمة bacula مجففة في رغوة تنسيق الزهور حول محيط الشريحة الواحدة لتقليل التداخل أثناء عملية المسح. دوّن التوجه الدقيق للعظمة من أجل تحديدها مستقبلاً.
بعد ذلك، ضع العظام الموجودة في الإسفنج بعناية في حامل الـ micro CT ثم قم بتحميل الحامل في ماسح micro CT 50. اضبط ماسح micro CT 50 وفقاً لما يلي: استخدم 90 kilovolt pascals، وحجم فوكسل 155 angstroms، ومرشح ألومنيوم بسعة 5 milliliter، و750 مسقطاً لكل 180 درجة، وزمن تعريض قدره 500 millisecond.
بعد ذلك، انتقل إلى فحص العينة. تم تشريح عظام Baculum وتحضيرها وفحصها باستخدام البروتوكول الموصوف. يمكن وضع العديد من العظام في عملية مسح CT واحدة.
تمت معالجة الصور بعد ذلك باستخدام الهندسة الحاسوبية كما هو موضح في البروتوكول النصي. ينبغي أن تكون عملية التصوير هذه قابلة للتطبيق في دراسة مجموعة واسعة من العظام وغيرها من المواضيع ذات الصلة. يوفر التحليل معلومات مفصلة عن المعالم المميزة للجسم، وهو مؤتمت بدرجة عالية.
تطلبت هذه العملية حوالي 10 تعديلات يدوية فقط عند تحليل 369 bacula. والأمر المثير هو إمكانية تطبيق طرقنا على مجموعة واسعة من البنى المعقدة. وقد أتاحت لنا هذه الطرق قياس حجم وشكل الـ baculum في ثلاثة أبعاد.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
توضح هذه الدراسة منهجية مورفومترية قوية لتحليل عظمة البكلوم (baculum) في الفأر، وهي عظمة موجودة في القضيب تفتقر إلى معالم تشريحية يمكن تحديدها بسهولة. ومن خلال استخدام التشريح والتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (microCT)، يقوم البحث بقياس التباين في الحجم والشكل باستخدام المعالم شبه المحددة (semi-landmarks)، مما يعزز فهم الهياكل البيولوجية المعقدة.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلوم
- علم الأعصاب
- علم الأحياء
- القياسات المورفومترية
خلفية علمية
- يمثل عظم القضيب في الفئران تحديات بسبب شكله المعقد.
- تخفق طرق القياس التقليدية في رصد الانحناء وتعقيد الشكل.
- يمكن للتقنيات المورفومترية الحديثة تحسين دقة القياس.
- تهدف هذه الدراسة إلى تطوير مجال القياسات المورفومترية.
الغرض من الدراسة
- لتوضيح طريقة لقياس التباين في الحجم والشكل في عظم القضيب لدى الفأر.
- لتوفير إطار عمل لدراسة الهياكل البيولوجية المعقدة الأخرى.
- لتعزيز قابلية التكرار والدقة في القياسات المورفومترية.
الطرق المستخدمة
- تشريح عظم القضيب (baculum) من فأر ذكر بالغ جنسياً تم إخضاعه للقتل الرحيم.
- المسح المقطعي المحوسب الدقيق (MicroCT) لالتقاط معلومات هيكلية تفصيلية.
- طرق حاسوبية لتحديد العلامات شبه المرجعية (semi-landmarks) من أجل التحليل.
- التحليل الكمي لاختلاف الحجم والشكل في ثلاثة أبعاد.
النتائج الرئيسية
- نجحت هذه المنهجية في قياس التباين في حجم وشكل العظم القضيبي (baculum) كمياً.
- أشارت النتائج إلى وجود انحناء ملحوظ وتعقيد في الشكل أغفلته الطرق التقليدية.
- يمكن تطبيق هذا النهج على تراكيب أخرى تفتقر إلى علامات تشريحية واضحة.
- تساهم هذه النتائج في تحسين فهم التحليل المورفومتري.
الاستنتاجات
- تقدم الدراسة طريقة مبتكرة لتحليل البنى البيولوجية المعقدة.
- تسلط الدراسة الضوء على أهمية القياسات المورفومترية الحديثة في الأبحاث البيولوجية.
- يمكن لهذا النهج أن يعزز دقة القياسات في مجالات متنوعة.
الأسئلة الأكثر شيوعاً
الأهمية التنفيذية في القطاع الصناعي
يعالج التحليل المورفومتري الكمي للهياكل البيولوجية المعقدة، مثل عظم الباكلوم في الفئران، فجوة حرجة في مراحل الاكتشاف المبكرة من خلال تمكين القياس الدقيق في الحالات التي تغيب فيها العلامات المرجعية التقليدية. وتعزز هذه القدرة من الثقة التنبؤية في الفحص المظهري وتدعم التحقق القوي من الأهداف من خلال توفير بيانات متكررة وعالية الدقة للشكل والحجم. ويُعد هذا النهج قابلاً للتطبيق على نطاق واسع في مسارات البحث والتطوير التي تتطلب تقييمات مورفولوجية كمية وموحدة لمختلف العينات البيولوجية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير الصيدلاني الحيوي
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح اختبار الفرضيات بدقة من خلال قياس التباين المورفولوجي في البنى التي تفتقر إلى علامات مرجعية واضحة.
- يدعم الحد من المخاطر البيولوجية من خلال قياسات ثلاثية الأبعاد قابلة للتكرار للشكل والحجم.
- يسهل التحقق من الأهداف الوظيفية عبر رصد الاختلافات المظهرية الدقيقة التي لا يمكن اكتشافها بواسطة المقاييس التقليدية.
الفحص وتطوير المقايسة
- يجهز نماذج ثلاثية الأبعاد مُصادق عليها لعمليات الفحص المظهري اللاحقة والدراسات المقارنة.
- يوحد عملية جمع البيانات المورفومترية، مما يعزز إمكانية تكرار النتائج وموثوقية المقايسة.
- ينتج مخرجات كمية مناسبة للتحليل عالي الإنتاجية والمقارنات بين الدراسات المختلفة.
الأبحاث الترجمية وما قبل السريرية
- يربط التكميم المورفولوجي باكتشاف المؤشرات الحيوية الترجمية عندما يكون التباين في الشكل ذا صلة بالمرض.
- يضمن الاستمرارية من مرحلة الاكتشاف المبكر وصولاً إلى التحقق قبل السريري من خلال تمكين بروتوكولات قياس متسقة.
- يقلل من الغموض الميكانيكي في النماذج قبل السريرية من خلال توفير بيانات هيكلية مفصلة.
تكامل سير العمل والمسار التحليلي
تدمج هذه السلسلة التحليلية للمورفومترية (قياسات الشكل) المراحل بدءاً من الاكتشاف المبكر وصولاً إلى تحديد المركبات الرائدة، مما يدعم كلاً من الأبحاث القائمة على الفرضيات وسير عمل الفرز القابل للتوسع.
- بيولوجيا الاكتشاف: تعزز اختبار الفرضيات وتوضيح المسارات من خلال تمكين قياس الأشكال المعقدة دون الحاجة إلى علامات مرجعية تقليدية.
- الفحص: توفر بيانات مورفومترية كمية وقابلة للتكرار من أجل تقييم موثوق للمركبات.
- التحليلات: توفر قياسات ثلاثية الأبعاد عالية الدقة ومخرجات إحصائية لإجراء مقارنات قوية بين الظروف المختلفة.
- الأبحاث الانتقالية: تدعم مواءمة المؤشرات الحيوية عندما ترتبط السمات المورفولوجية بنماذج الأمراض.
- إعادة الاستخدام في المؤسسات: توفر سير عمل مؤتمت وقابل للتطبيق على نطاق واسع لمختلف البنى البيولوجية بما يتجاوز حالة الاستخدام الأولية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في الدراسات المورفولوجية.
- القيمة التشغيلية: تعزز التقييس، وقابلية التكرار، وقابلية التوسع في التحليلات المورفومترية.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن اتخاذ قرارات المتابعة أو التوقف وكفاءة رأس المال من خلال توفير بيانات كمية قوية.
- التأثير على المحفظة: تتيح ترتيب الأولويات المعدلة حسب المخاطر والنهوض بالأصول في مرحلة الاكتشاف.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في القياسات المورفومترية، والهندسة الحسابية، والتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (microCT).
- يستلزم الوصول إلى ماسحات microCT وبنية تحتية للتحليل الحسابي.
- يستوجب توحيد بروتوكولات وضع النقاط المرجعية (landmarks) والنقاط شبه المرجعية (semi-landmarks) بين الفرق المختلفة.
- قابل للتكيف مع أنظمة نماذج متنوعة مع إجراء التعديلات الحسابية المناسبة.
- يكون التدخل اليدوي في حدوده الدنيا، ولكن قد يكون مطلوباً لمراقبة الجودة في مجموعات البيانات الكبيرة.
