弥漫性光学光谱治疗急性电离辐射引起的皮肤毒性的定量评价使用小鼠模型
May 27th, 2016
我们提出了一种漫射光谱 （DOS） 方法，可提供皮肤对辐射反应的定量光学生物标志物。我们描述了 DOS 仪器设计、光学参数提取算法和从辐射诱导红斑的临床前小鼠模型中产生代表性数据所需的动物处理程序。
这种弥漫光谱技术的总体目标是开发一种定量生物标志物来描述急性辐射诱导的红斑。该方法可用于放射治疗领域，作为识别有严重辐射皮肤毒性风险的患者的预测生物标志物。因此，该技术的主要优点是它提供了一个客观和系统的指标来量化辐射皮肤毒性。
我将演示漫射光谱技术，Loo 实验室的研究人员 Elina 将处理小鼠。打开电子元件并让系统启动。然后关闭房间内的所有荧光灯，并将白炽灯放置在距离测量设备一定距离的地方，以提供一些工作照明。
接下来，设置用于从小鼠皮肤进行测量的仪器。按如下方式设置信号参数。将收集时间设置为 25 毫秒，将信号平均值设置为 25，并将 Boxcar 滤波器宽度设置为 1。
这些参数在采集时间和信噪比之间提供了合理的平衡。接下来，使用自定义编程的采集软件，在 LED 关闭的情况下自动采集背景读数。然后，在两个光源检测器间隔距离处获取具有漫反射率的读数。
在 260 微米处进行一次测量，在 520 微米处进行第二次测量。总采集时间应约为 2 秒。麻醉鼠标后，将其移至消毒的 DOS 探测区域。
将其侧卧并将其鼻子固定在鼻锥上，提供 2% 异氟醚气体以维持麻醉。现在用 70% 乙醇对探针进行消毒，但不要尝试对皮肤进行消毒。将消毒后的探针轻轻地放在侧面皮肤上。
不要用力按压，因为局部脉管系统不能被探针的压力分散。握住探头，在要照射的 2 厘米见方区域上采集反射率数据。像在骰子上一样以五点形式收集数据。
在所有后续测量中保持此模式和探测压力一致。测量后，将鼠标放入恢复笼中。当鼠标恢复时，对下一个鼠标重复该过程。
此程序是根据可用的辐照器量身定制的。根据需要调整它以照射一小段皮肤。麻醉老鼠后，轻轻捏住其侧面的一些皮肤，然后用胶带粘住拉伸的皮肤以形成皮瓣。
然后将鼠标放在有机玻璃舞台上，并用定制的铅夹具覆盖其身体。使用两侧可触及的铅盒，并有一个用于照射皮肤的窗口。然后通过夹具窗口拉出皮瓣，并将皮瓣贴在载物台上。
如果鼠标没有被夹具固定，请给它注射麻醉剂。然后将载物台与夹具和鼠标放入辐照器中。计算所需的照射剂量。
例如，位于 11 厘米外的 160 峰值千伏 X 射线源将足以照射以 6.3 毫安电流运行的皮肤 2.5 分钟。然后，输送计算出的剂量。给动物给药后，将其放回恢复笼中。
从麻醉中恢复后，将鼠标放回其正常的共享笼子。按照描述照射和测量小鼠。在照射之前，在皮肤的无胸腺小鼠模型中以 260 微米的源分离拍摄基线光谱。
绿色粗线显示蓝色细线的数学拟合。与 40 灰度照射后 6 天进行的测量相比，观察到 550 和 600 纳米之间的光谱形状差异，这可能是由于含氧血红蛋白的增加。还可以观察到绝对反射率的小幅上升，这可能与组织散射能力的增加有关。
拟合数据返回定量光学生物标志物，这些生物标志物可以作为照射后时间的函数进行跟踪。例如，照射后组织血氧饱和度测量值逐渐增加。该定量数据与皮肤毒性的视觉等级相关，该等级在照射后也逐渐增加。
看完这个视频，你应该对如何使用漫射光谱对辐射皮肤毒性进行定量评分有了很好的了解。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在两三分钟内完成。在尝试此程序时，请务必轻轻向下按压 DOS 探头以避免分散脉管系统。
该技术可用于放射治疗领域，作为将生理参数联系起来描述正常组织对辐射反应的一种方式。
概述
本研究提出了一种漫射光学光谱（DOS）技术，用于量化皮肤对辐射的反应，特别关注急性辐射诱导的红斑。该方法旨在提供客观的生物标志物，可以预测接受放射治疗的患者的皮肤毒性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 放射治疗
- 光谱学
背景
- 急性辐射诱导的红斑是放射治疗的常见副作用。
- 目前评估皮肤毒性的方法通常是主观的。
- 漫射光学光谱提供了一种非侵入性的方法来测量皮肤反应。
- 这种技术可以帮助识别有严重皮肤反应风险的患者。
研究目的
- 开发一个辐射诱导皮肤毒性的定量生物标志物。
- 在临床前小鼠模型中展示DOS技术。
- 建立一种系统的方法来测量皮肤对辐射的反应。
使用的方法
- 漫射光学光谱的仪器设计。
- 用于准确数据收集的动物处理程序。
- 在指定距离处测量皮肤反射率。
- 辐射后分析光学生物标志物。
主要结果
- 成功地随时间追踪定量光学生物标志物。
- 观察到辐射后组织氧饱和度增加。
- 光谱形状的变化与皮肤毒性的视觉评估相关。
- 该技术可以在几分钟内高效完成。
结论
- 漫射光学光谱为评估辐射皮肤毒性提供了一种客观方法。
- 该技术可以增强放射治疗中的患者管理。
- 需要进一步的研究来在临床环境中验证这些发现。
常见问题
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of acute radiation-induced skin toxicity remains a critical gap in translational radiation therapy research, limiting predictive confidence and objective evaluation of normal tissue response. Diffuse optical spectroscopy (DOS) offers a reproducible, high-throughput approach to generate functional optical biomarkers, supporting mechanistic de-risking and target validation for interventional strategies. Integrating DOS-derived metrics into preclinical and clinical workflows enhances portfolio decision-making and risk-adjusted advancement of radioprotective agents.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables objective quantification of radiation-induced skin toxicity for hypothesis testing.
- Supports functional validation of candidate pathways and targets involved in tissue response.
- Facilitates mechanistic de-risking by linking physiological parameters to radiation injury.
- Improves predictive confidence for selecting and triaging interventional compounds.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, quantitative optical biomarkers for assay development.
- Enables reproducible measurement of skin response across experimental cohorts.
- Supports high-throughput screening of candidate radioprotective agents in preclinical models.
- Delivers quantitative outputs suitable for cross-study and cross-platform comparison.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical biomarker readouts with clinically relevant endpoints for skin toxicity.
- Enables longitudinal tracking of tissue response, supporting translational continuity.
- Reduces ambiguity in efficacy assessment for radioprotective or mitigating interventions.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on quantitative, objective data.
Pipeline & Workflow Integration
DOS-based quantitative skin toxicity assessment fits within the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational validation of radioprotective strategies.
- Discovery Biology: Provides objective metrics for hypothesis testing and pathway clarification in radiation response.
- Screening: Enables reproducible, quantitative assay outputs for compound evaluation.
- Analytics: Delivers optical biomarker measurements and statistical comparisons of tissue response.
- Translational Research: Aligns preclinical optical biomarkers with clinical skin toxicity endpoints.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, standardized platform for ongoing radiobiology research and therapeutic evaluation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in radiation toxicity studies.
- Operational Value: Standardizes and accelerates quantitative assessment of skin response in preclinical models.
- Strategic Value: Supports robust go/no-go decisions and capital-efficient advancement of radioprotective candidates.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and cross-program comparability of intervention efficacy.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical spectroscopy and quantitative data analysis.
- Needs dedicated instrumentation and controlled lighting conditions for reproducibility.
- Demands cross-team standardization of measurement protocols and data interpretation.
- Adaptation to other tissue models or clinical settings may require protocol optimization.
- Careful probe handling is essential to avoid artifacts from local vasculature displacement.
