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方法文章

利用数字平面测量法评估小鼠模型中伤口闭合动力学

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DOI:

10.3791/67475

2025年1月10日

本文内容

摘要

伤口是全球健康面临的一项挑战。本研究开发了一种利用数字平面测量法的标准化摄影装置,以减少伤口测量的变异性。对小鼠伤口进行为期14天的监测发现,伤口面积和周长在初期增加,随后逐渐闭合。该方法可能有助于评估临床前模型中的伤口闭合动力学。

摘要

由于慢性伤口患病率高,已成为一个严重的全球性健康问题。有效的治疗策略可显著加快愈合过程,从而降低并发症风险,并减轻医疗系统的经济负担。尽管已有大量实验研究探讨伤口愈合过程,但大多数研究依赖于定性观察或直接的定量测量。本研究旨在标准化一种基于数字图像测量法的间接伤口测量方法,结合数字标尺校准与图像分割技术。该方法弥补了目前在伤口准确评估方面缺乏详细、分步操作指南的不足。本研究设计并搭建了一个摄影记录装置,采用计算机辅助的数字图像测量工具,以尽量减少伤口面积、周长以及从伤口中心到边缘距离等参数测量中的变异性。在雄性CD1小鼠(n = 4,10周龄,体重30–35 g)肩胛水平背部中线处制造一个直径为5 mm的圆形创伤性伤口。使用自行设计的摄影装置对伤口演变过程进行为期14天的摄影记录,该装置可控制光照条件、焦距和实验动物体位。利用ImageJ软件中的图像分割功能进行标尺校准和伤口测量,统计分析则通过统计分析软件完成。伤口闭合动力学结果显示,伤口面积和周长在第0天至第2天略有增加,随后逐渐减小,直至第14天完全闭合。摄影记录装置与计算机辅助数字图像测量技术实现了变异度极小的定量测量。综上所述,这些工具为临床前模型中评估伤口闭合动力学提供了一种可靠且可重复的方法。

引言

创伤愈合大约需要21天,具有明确的四个阶段顺序:(1)止血期,(2)炎症期,(3)增殖期,以及(4)重塑期1。如果伤口愈合的任一阶段被延长,可能导致慢性伤口的形成1。由于其高发病率、潜在并发症2以及巨大的经济负担,慢性伤口被视为全球性健康问题。

临床前研究旨在通过促进创面完全再上皮化3,4,5、预防并发症以及降低治疗成本,实现更快的愈合。这些研究评估了多种策略,包括生物材料的开发、药物干预以及其他再生医学技术6,7,8,9

已开发出多种实验模型用于创伤伤口的研究。一些模型侧重于宏观可见的定性特征,如伤口大小、炎症指标、肉芽组织的存在、分泌物以及结痂形成5。另一些模型则分析定量数据,包括伤口面积....

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方案

所有涉及实验小鼠的操作程序均依照墨西哥官方标准(NOM-062-ZOO-1999)中关于实验动物管理和护理的伦理规范和规定进行。本研究方案已由国家核能研究所(ININ)实验动物护理与使用内部委员会(CICUAL)审查并批准,批准编号为 CICUAL-01-23。本研究使用了4只10周龄雄性CD1小鼠,体重范围为28–32 g。所有动物在品系、年龄、性别和体重方面均保持一致,以确保实验结果的均一性,减少变异性。所用试剂和设备的详细信息见材料表。

1. 用于获取宏观图像的拍照装置构建

注意:使用授权的 SolidWorks 软件(版本 2015)设计了一个摄影箱,以消除外部光源的影响。该摄影箱采用一英寸厚的白色铝型材构建,为一个 40 cm × 40 cm 的立方体。该立方体由三个部分依次组装而成:顶板、侧墙和底板(图 1A)。

  1. 屋顶结构
    注意:屋顶被划分为前缘(A)、后缘(B)以及两侧边缘(C 和 D),以进行定位(图 1B)。
    1. 在屋顶侧边缘(C 和 D)内侧固定一条带槽的铝制型材(设计用于固定玻璃),尺寸为宽 1.5 cm、厚 2.51 cm、长 34.9 cm(图 1B....

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结果

使用ImageJ软件对图像进行缩放后,通过数字分割法获得了伤口的平均周长(表1)和面积(表2)及其各自的标准差。这些数值记录自第0天至第14天(D0-D14)。

天数周长(mm)
022.75 ± 0.8900
121.65 ± 0.0200
225.25 ± 0.5900
324.37 ± 0.1600
424.61 .......

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讨论

在临床前模型中,由于伤口大小、局部炎症反应34、位置和/或操作等因素的影响,对创伤性伤口演变过程进行定量分析面临诸多挑战。目前已有直接手动36和间接数字11,16,37,38测面积法用于此类测量。与常受观察者偏倚和光照条件差异影响的手动方法研究相比,本研究采用了标准化的数字测面积法。采用手动测量的研究报告了伤口尺寸具有较高的变异性10,38,而本研究的技术在时间推移中表现出更高的重复性。此外,与其他数字方法11,16,

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披露

作者声明本研究不存在任何利益冲突。

致谢

作者感谢国家人文、科学与技术理事会(CONAHCyT,CVU:933600)提供的资助,以及国家核研究所在国家放射性药物研发实验室(LANIDER-ININ)给予的支持。此外, 图2 的绘制得到了BioRender软件(2020年)的协助,该软件可在BioRender.com/p67z056获取。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
5 mm 皮肤活检打孔器MILTEX, USA33-35用于标记伤口边缘
带聚乙烯芯的铝板Alucobond,USABright Silver 119用于构建宏观图像采集台
相机镜头 Sony, JapanSEL2470Z用于对拍摄图像进行对焦
电凝器Bonart, USAART-E1用于消除伤口中可能存在的出血点
钩环扣条 VELCRO
IBM SPSS Statistics 版本 22IBM Corporation, USAhttps://www.ibm.com/analytics/spss-statistics用于伤口测量数据(包括面积和周长)的统计分析
ImageJ 版本 1.53t美国国立卫生研究院, USAhttps://imagej.nih.gov/ij/用于处理宏观图像,包括图像标定、分割以及伤口参数的测量
酮咯酸SIEGFRIED RHEIN, 墨西哥493977用于术后疼痛管理
Miltex 睫状体剪刀,4-1/8" 弯型MILTEX, USAV95-306用于剪切由活检打孔器产生的伤口皮瓣
RGB LED 灯管ANDOER, 中国‎ B09F8RLMSY用于为宏观图像采集台提供照明
半专业相机Sony, Japan DSC-HX300用于拍照
有齿镊MILTEX, USAV96-118用于在切割过程中夹持皮瓣
七氟烷Baxter, USAAMX2L9117PR用于吸入麻醉
戊巴比妥钠Aranda, 墨西哥734.448.001.212用于腹腔注射麻醉
SolidWorks 版本 2015Dassault Systèmes, 法国 https://www.solidworks.com/用于设计和创建三维模型,以制造图像记录台的配件 
手术刀片 HERGOM, 墨西哥H10用于剃除将要制造伤口区域的毛发
透明粘性敷料3M, USAF51CA07用于覆盖创伤性伤口

参考文献

  1. Martinengo, L., et al. Prevalence of chronic wounds in the general population: systematic review and meta-analysis of observational studies. Ann Epidemiol. 29, 8-15 (2019).
  2. Chen, X., Shi, X., Xiao, H., Xiao, D., Xu, X. Resear....

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小鼠伤口模型伤口测量ImageJ 分割摄影记录舱伤口面积分析临床前伤口愈合计算机辅助测量伤口周长