أداة تصوير الكبد القابلة لإعادة الاستخدام: أداة قابلة لإعادة الاستخدام مطبوعة ثلاثية الأبعاد للمجهر داخل الكبد الحيوي

الهدف العام من هذا الإجراء هو عرض أداة التصوير الكبدي القابلة لإعادة الاستخدام، أو RHIT، كأداة رائدة لالتقاط بيانات بيولوجية ديناميكية عالية الجودة، خاصة في أبحاث الكبد. لطالما اعتمدت الطرق العلمية التقليدية لدراسة الفئران في التجارب المحكمة على الملاحظة السلوكية، والمراقبة الفسيولوجية، والتحليل الجيني. غالبا ما تؤدي تعقيد هذه الدراسات إلى نتائج بيانات غير متسقة أو محدودة.

تعتمد العديد من التجارب على بيانات إما غير مكتملة أو يصعب تفسيرها، مثل ومضات قصيرة من صور منخفضة الدقة تتلاشى بسرعة، مما يصعب التقاط الاتجاهات طويلة الأمد أو التغيرات الطفيفة. نقدم تقنية RHIT، التي تتيح التقاط ديناميكي عالي الدقة لأبحاث الكبد وما بعدها. التقنية التي نعرضها تتيح تصنيع أدوات تصوير مخصصة باستخدام مواد متاحة وتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتوفرة على نطاق واسع.

صمم هذا النهج للاستخدام في البيئات الأكاديمية ومحدودة الموارد، مما يسمح بتطوير ونشر الأجهزة بسرعة لدعم التصوير الصناعي عالي الدقة. تم تطوير أداة التصوير الكبدي القابلة لإعادة الاستخدام، أو RHIT، لتحسين استقرار الأنسجة أثناء التصوير المجهر داخل الجسم الحيوي للكبد. تصميم RHIT المعياري يستوعب الفئران بأحجام مختلفة ويدعم التصوير الموسعة للعمليات الأيضية الديناميكية مع أقل اضطرابات فسيولوجية.

يتم تصنيع RHIT بخطوة واحدة باستخدام الأكريلونيتريل، والبيوتادين، والستايرين، وABS، وهو مادة حرارية لديد حراري تم اختيارها لخفة وزنه وثباته الحراري ومتانته الميكانيكية. من خلال ضبط كثافة المواد، يمتص RHIT الحركة الناتجة عن التنفس ونبض القلب بفعالية، مما يقلل من التشوهات في الصورة ويعزز الوضوح. تضمن الخمول الكيميائي وعدم ذوبانية ABS في الماء توفر الأنسجة البيولوجية وتمكين التنظيف وإعادة الاستخدام بكفاءة.

لإعادة إنشاء RHIT، استخدم برنامج تصميم منتجات ثلاثي الأبعاد. تم استخدام Autodesk Inventor لهذا التصميم. افتح Autodesk Inventor وأنشئ قطعة قياسية جديدة.

احفظ الملف مع الوصف المناسب. أنشئ رسم تخطيطي ل RHIT على المستوى الأمامي باستخدام ميزة إنشاء رسم ثنائي الأبعاد. انقر على أيقونة المستطيل وضع الزاوية السفلية اليسرى عند نقطة البداية لمستوى الرسم.

ارسم مستطيلا ثانيا داخل الأول لتمثيل نافذة التصوير في RHIT. أضف أبعادا لكلا المستطيلين باستخدام ميزة الأبعاد، لضمان أن جميع الأطوال والعرض مشار إليها للأصل وبالنسبة لبعضها البعض. قم بضبط أبعاد RHIT حسب حجم الفأرة.

أضف السماكة إلى RHIT باختيار المستطيل الخارجي فقط ثم قم ببثق الرسم باستخدام أداة البثق لترك فتحة في المنتصف. اختر الوجه السفلي لجهاز RHIT المبثق وابدأ رسم ثنائي الأبعاد جديد باستخدام ميزة بدء الرسم الثنائي الأبعاد. ارسم مستطيلا لتحديد جيب وسادة التسخين.

حدد أبعاد المستطيل بناء على حجم وسماكة وسادة الحرارة التي ستدخل في هذه الفتحة. يجب أن تتطابق هذه القياسات مع وسادة الحرارة الفيزيائية المستخدمة لضمان نمذجة دقيقة لدرجة حرارة الثديي. تطبيق الأبعاد المطلوبة باستخدام ميزة الأبعاد.

اخرج من الرسم ثنائي الأبعاد وقم بإزالة المواد باستخدام أداة البثق المقطوع لإنشاء تجويف عميق لوسادة الحرارة. قم بالتكبير حسب الحاجة لتحديد موقع الرسم بدقة. ابدأ رسم تخطيطي جديد لمسبار درجة الحرارة على نفس وجه التجويف.

انقر على بدء رسم ثنائي الأبعاد واختر أيقونة الدائرة. ضع الدائرة على السطح العادي وبعدها وفقا لذلك. اخرج من وضع الرسم التخطيطي.

انقر على البثق واختر رسم الدائرة. في وضع البثق، اضغط على القطع، البثق، وإزالة المادة. ضع الدائرة على الجانب الأيمن من الوجه مع إدخال الجيب.

لا تحتاج إلى أن تكون مركزية بعد. أضف أبعاد لمحاذاة مركز سمك RHIT. انقر على البثق.

ستظهر نافذة منبثقة مع سهم يوضح اتجاه القطع، مع خيار المرور بالكامل. اختر الجميع لقطع المادة كاملة، ثم اضغط موافق. وضع الخروج من البثق.

أضف شرائح على حواف النافذة بالنقر على أيقونة الفيليت واختيار جميع الحواف الثمانية الحادة. أضف حجم الفيليت واخرج من وضع الفيليت. جهز النموذج للطباعة ثلاثية الأبعاد عن طريق التنقل إلى تبويب البيئة واختيار تبويب الطباعة ثلاثية الأبعاد.

لطباعة RHIT غير المعدل، استورد ملف STL، إما من الشكل 1A أو المواد الإضافية، إلى برنامج تحضير الطباعة ثلاثية الأبعاد. انقر على استيراد، اختر الملف، ثم اضغط على prepare لتقطيع النموذج إلى طبقات قابلة للطباعة. اختر طابعة ثلاثية الأبعاد تجارية متوافقة واضغط على طباعة.

راقب عملية الطباعة. بمجرد الانتهاء، قم بإزالة وتنظيف RHIT المطبوع بعناية حسب الحاجة. انتظر من 10 إلى 15 دقيقة بعد القذف قبل بدء الجراحة والتصوير.

تحضير المجهر واستخدام RHIT. جهز مجهر كونفوكلي مقلوب تقليدي لعلاج IBN للكبد، كما هو موضح في الشكل 2A. أدخل محول المسرح لاستيعاب العينة.

لهذا البروتوكول، تم استخدام إدخال معدني مخصص بفتحة دائرية بقطر 35 ملم وزجاج تغطية بقطر 40 ملم. نظف جانبي الزجاج الغطاء جيدا قبل وبعد التصوير، باستخدام 70٪ إيثانول حسب الحاجة. ثبت الفتحة الريبية المناسبة بناء على حجم الفأرة باستخدام الشريط الشريطي عن طريق محاذاة فتحة RHIT مع عدسة الهدف، موازية لشريحة تغطية التصوير، كما هو موضح في الشكل 2G، على الإدخال المعدني مع شريط لاصق فوق زجاج الغلاف.

اختر الهدف للتصوير بناء على حجم المنطقة، والدقة المكانية، ووقت التصوير، مثل هدف 25X لكل 95 ميا. استوى الهدف بالقرب من زجاج الغلاف. ثبت شريط من الشاش عبر النافذة المبللة بشريط لاصق.

هذا يساعد في تحديد موقع الأنسجة وفصله عن باقي أعضاء البطن. يتم تسخين RHIT مسبقا باستخدام وسادة حرارة تدرج في الفتحة وتثبت مسبار الحرارة المجاور لجهاز RHIT، كما هو موضح في الشكل 2G حتى H. سيحافظ هذا على درجة حرارة جسم الفأرة أثناء التصوير. احلق معطف البطن باستخدام مقص الشعر و/أو كريم إزالة الشعر.

حرك بقايا الشعر وقم بتعقيم الجلد المكشوف بنسبة 70٪ إيثانول. اعتمادا على متطلبات IACUC المؤسسية، قد يستخدم فرك متغير من البيتادين والإيثانول لضمان تجهيز موقع الجراحة بشكل مناسب. أعد تقييم عمق التخدير قبل الجراحة على الحيوان.

كشف الكبد عن طريق عمل شق أفقي على شكل هلال بطول من سنتيمترين إلى ثلاثة سنتيمترات تحت القفص الصدري باستخدام مقص جراحي من الزيفويد، وينتهي عند الجانب الجانبي الأيسر من الجزء العلوي من البطن. بعد الشق الأولي، قم بعمل شق ثانوي أصغر بحذر في طبقة العضلات لكشف الفص الأيسر من الكبد. قم بكي الماء حسب الحاجة لتجنب النزيف.

لمنع تلف الحرارة للكبد أثناء استخدام الكاوي عن طريق وضع شاش مبلل بمحلول ملحي بين الكبد وطبقة العضلات لامتصاص الحرارة المنبعثة من العضلة. تجنب أي نزيف مفرط، أو إصابات جراحية أو ميكانيكية، أو ضغط خارجي. بمجرد تعريض الكبد، انقل الفأر إلى مرحلة المجهر.

وضع الفأر على مرحلة المجهر. ضع بطن الفأر المخدر مواجها للأسفل فوق منصة RHIT في المجهر. اضبط مخروط الأنف بحيث يبقى الفأر تحت التخدير.

استخدم أداة تطبيق مبللة بمحلول ملحي بطرف قطني لتوجيه الفص الجانبي الأيسر للكبد بلطف ضد غطاء الغطاء مع الضغط الخارجي بلطف على تجويف الصدر. استفد من الجاذبية لتحريك الكبد بعناية نحو الزجاج الداخلي. استخدم شريط شاش لفصل الكبد عن جسم الفأر برفق.

افحص مخروط الأنف مرة أخرى للتأكد من بقاء الفأر تحت التخدير أثناء التصوير. تجنب جفاف الأنسجة عن طريق تطبيق جل مائي حول حواف التجويف المكشوف وتجنب الاتصال المباشر مع وسادة الحرارة. يمكن أن يساعد المجهر الذي يحتوي على غرفة رطوبة مغلقة أيضا في الحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة.

ضع مرهم العيون على العينين لمنع جفاف القرنية. وأخيرا، قم بإعداد عملية تايم لابس IVM لبدء التصوير. افتح مصاريع الليزر، وقيم العلامات الفلورية، وحدد منطقة مستقرة ذات اهتمام مع تدفق دم ملحوظ.

اختر الصور المناسبة، بما في ذلك التنسيق، السرعة، فترات التصوير، وطول الوقت، ومتوسط الإطارات، وما إلى ذلك. حدد الحد الأعلى والسفلي لمكدس Z إذا لزم الأمر، وابدأ تسجيل التايم لابس. للتحقق من صحة بروتوكولنا، قمنا بقياس استقرار الصورة باستخدام مؤشر التشابه الهيكلي، أو SIM، الموضح في الشكل 3D.

تقارن SIM صورتين بناء على السطوع والتباين والأنماط الهيكلية. القيمة الواحدة تشير إلى التشابه التام، بينما الصفر يعكس التشوه. يظهر الشكل 3C أن RHIT يعطي باستمرار أعلى قيم شريحة SIM، حتى 50 مرة أعلى من عدم الإدراج، مما يدل على جودة صورة أفضل.

في الصور الموسومة من A إلى C، قارنا بين IVM الكبد بدون مثبت، مع الغلاف الكرتوني الداخلي، ومع RHIT. يحافظ RHIT على وضوح وضوح قطرات الدهون في اللون الأرجواني، والنوى في اللون الأخضر، والأوعية الدموية في اللون السماوي. الأجزاء البيضاء والأسود تبرز استقرار الصورة.

كما أتاح RHIT من IBM طويل الأمد في الفئران البدينة لأكثر من ثماني ساعات، كما ظهر في الفيلم الأول. معا، أكدت هذه النتائج أن RHIT يحسن بشكل كبير جودة التصوير وقابلية التكرار عبر الحالات. مجتمعة، تبسط RHIT الإعداد المعقد المطلوب تقليديا لتقنية IBM الكبدية، مما يحسن كل من قابلية التكرار والوصول.

يتوقع هذا النهج حركة أوسع نحو الاستفادة من الطباعة ثلاثية الأبعاد لتوحيد بروتوكولات التصوير المتقدمة. بعيدا عن تصوير الكبد، يمكن توسيع مبادئ تصميم RHIT لتشمل تطبيقات أخرى، بما في ذلك تصوير الأعضاء المقطعية، وعلوم المواد، والهندسة، حيث يكون استقرار الحركة حاسم لدقة الصور.