Sezierung, MicroCT Scanning und morphometrische Analysen der Baculum
19. März 2017
Viele biologische Strukturen fehlen leicht definierbaren Sehenswürdigkeiten, was es schwierig macht moderne morphometrische Methoden anzuwenden. Hier zeigen wir Methoden, um die Maus baculum (ein Knochen im Penis) zu studieren, einschließlich Dissektion und microCT Scannen, gefolgt von Rechenmethoden halb Sehenswürdigkeiten zu definieren, die verwendet werden, eine Größe zu quantifizieren und Variation zu gestalten.
Das übergeordnete Ziel dieser Dissektion und morphometrischen Analyse besteht darin, die Robustheit unserer morphometrischen Methodik zur Untersuchung von Strukturen mit komplexen Formen – wie dem Penisbein der Maus – zu veranschaulichen. Die Idee zu dieser Studie entstand, als uns bewusst wurde, dass bestehende Methoden zur Erfassung von Variationen des Baculums, beispielsweise durch die Messung von Länge und Breite, sämtliche Informationen über Krümmung und Formkomplexität verlieren. Daher entwickelten wir diese Methode, um Größen- und Formvariationen beliebiger Knochen oder Strukturen dreidimensional zu quantifizieren. Der entscheidende Vorteil dieser Technik liegt darin, dass sie moderne Morphometrie auf Strukturen anwendet, die keine anatomischen Landmarken aufweisen.
Dies sollte das Forschungsgebiet voranbringen, indem verbesserte, reproduzierbare Messungen komplexer Strukturen bereitgestellt werden. Legen Sie eine getötete, geschlechtsreife männliche Maus in Rückenlage und strecken Sie den Penis durch Anlegen von Dauckdruck lateral zur Vorhautöffnung. Sobald der Penis hervortritt, strecken Sie das Gewebe so weit wie möglich durch die Vorhaut hindurch.
Danach mit einer Schere den Penis körper proximal zur Penisspitze, wo der Penisknochen (Baculum) liegt, durchtrennen und den Penis ablösen. Anschließend den Penis vollständig in etwa 200 Mikroliter Leitungswasser in einem Mikrozentrifugenrohr eintauchen. Um das Gewebe aufzuweichen, für drei bis fünf Tage bei etwa 50 Grad Celsius inkubieren.
Die Gewebeerweichung verringert die Wahrscheinlichkeit, dass der Knochen während der Entnahme bricht. Verwenden Sie nach der Inkubation ein Zerlege-Mikroskop und eine Pinzette, um den größten Teil des umgebenden Gewebes vom Baculum zu entfernen. Nach der groben Präparation spülen Sie vorsichtig mit 70 Prozentigem Ethanol, um das verbleibende Gewebe abzuwaschen und den Knochen zu reinigen.
Legen Sie dann den präparierten Peniswinkel in ein neues Mikrozentrifugenröhrchen und lassen Sie den Knochen bei Raumtemperatur trocknen, wobei die Kappe geöffnet bleibt. Bereiten Sie zunächst das Material vor, in das der Knochen gelegt wird. Drücken Sie einen zylindrischen Halter für die CT-Aufnahme in einen Ziegel Blumenschaum.
Extrahieren Sie dann den resultierenden Schaumzylinder und schneiden Sie Scheiben des Schaums mit einer Dicke zwischen zwei und fünf Zentimetern ab. Stecken Sie nun 10 bis 15 getrocknete Bacula in den Blumenschaum entlang der Peripherie einer einzelnen Scheibe, um Störungen während des Scannens zu minimieren. Achten Sie auf die genaue Orientierung des Knochens für die spätere Identifizierung.
Als Nächstes platzieren Sie die Knochen vorsichtig in Schaumstoff und setzen den Halter in einen Mikro-CT-50-Scanner ein. Stellen Sie den Mikro-CT-50-Scanner wie folgt ein: Verwenden Sie 90 Kilovolt Pascal, eine Voxelgröße von 155 Ångström, ein 5-Milliliter-Aluminiumfilter, 750 Projektionen pro 180 Grad und eine Belichtungszeit von 500 Millisekunden.
Danach mit der Untersuchung des Probenstücks fortfahren. Baculum-Knochen wurden disseziert, präpariert und gemäß dem beschriebenen Protokoll gescannt. Viele Knochen können in einem einzigen CT-Scan erfasst werden.
Die Bilder wurden anschließend mithilfe der Computergeometrie verarbeitet, wie im Textprotokoll beschrieben. Dieser Abbildungsprozess sollte auf die Untersuchung einer Vielzahl von Knochen und anderen Objekten von Interesse anwendbar sein. Die Analyse liefert detaillierte Informationen zu den markanten Merkmalen des Objekts und ist hochgradig automatisiert.
Dieser Prozess erforderte bei der Analyse von 369 Bacula nur etwa 10 manuelle Anpassungen. Das Aufregende ist, dass unsere Methoden auf eine Vielzahl komplexer Strukturen angewendet werden könnten. Mithilfe dieser Methoden konnten wir Größe und Form des Baculums in drei Dimensionen quantifizieren.
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Übersicht
Diese Studie demonstriert eine robuste morphometrische Methodik zur Analyse des Penisbeins der Maus, eines Knochens im Penis, der über keine leicht definierbaren Anatomiepunkte verfügt. Durch die Anwendung von Dissektion und Mikro-Computertomographie (microCT) erfasst die Untersuchung Größen- und Formvariationen mithilfe von Semi-Landmarken und verbessert so das Verständnis komplexer biologischer Strukturen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Biologie
- Morphometrie
Hintergrund
- Das Maus-Baculum stellt aufgrund seiner komplexen Form eine Herausforderung dar.
- Herkömmliche Messmethoden sind nicht in der Lage, Krümmung und Formkomplexität zu erfassen.
- Moderne morphometrische Verfahren können die Genauigkeit der Messung verbessern.
- Ziel dieser Studie ist es, das Gebiet der Morphometrie voranzubringen.
Zweck der Studie
- Veranschaulichung einer Methode zur Quantifizierung von Größen- und Formvariationen im Baculum der Maus.
- Bereitstellung eines Rahmens zur Untersuchung anderer komplexer biologischer Strukturen.
- Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Genauigkeit morphometrischer Messungen.
Verwendete Methoden
- Präparation des Maus-Bacula von einem euthanasierten, geschlechtsreifen männlichen Tier.
- Mikro-CT-Scannen zur Erfassung detaillierter struktureller Informationen.
- Computergestützte Methoden zur Definition von Semi-Landmarken für die Analyse.
- Quantitative Analyse der Größen- und Formvariation in drei Dimensionen.
Hauptergebnisse
- Die Methodik quantifizierte erfolgreich die Variation von Größe und Form des Baculums.
- Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Krümmung und Formkomplexität, die herkömmliche Methoden übersehen hatten.
- Dieser Ansatz kann auf andere Strukturen angewandt werden, die klare Merkmalspunkte fehlen.
- Die Befunde tragen zu einem verbesserten Verständnis der morphometrischen Analyse bei.
Schlussfolgerungen
- Die Studie stellt eine neuartige Methode zur Analyse komplexer biologischer Strukturen vor.
- Sie unterstreicht die Bedeutung moderner Morphometrie in der biologischen Forschung.
- Der Ansatz kann die Genauigkeit von Messungen in verschiedenen Bereichen verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die quantitative morphometrische Analyse komplexer biologischer Strukturen, wie des Maus-Baculums, schließt eine entscheidende Lücke im frühen Entdeckungsprozess, indem sie präzise Messungen ermöglicht, wo herkömmliche Merkmalspunkte fehlen. Diese Fähigkeit erhöht die Vorhersagesicherheit bei der phänotypischen Bildschirmanalyse und unterstützt eine robuste Zielvalidierung, indem sie wiederholbare, hochauflösende Daten zu Form und Größe liefert. Der Ansatz ist breit anwendbar auf F&E-Pipelines, die standardisierte, quantitative morphologische Bewertungen für vielfältige biologische Proben erfordern.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht eine stringente Hypothesenprüfung durch Quantifizierung morphologischer Variationen bei Strukturen ohne klare Anatomiepunkte.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung durch reproduzierbare, dreidimensionale Form- und Größenmessungen.
- Erleichtert die funktionelle Zielvalidierung, indem subtile phänotypische Unterschiede erfasst werden, die mit herkömmlichen Messgrößen nicht nachweisbar sind.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitet validierte 3D-Modelle für nachgeschaltete phänotypische Screening- und Vergleichsstudien vor.
- Standardisiert die Erfassung morphometrischer Daten und verbessert dadurch die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Assays.
- Erzeugt quantitative Ergebnisse, die für Hochdurchsatzanalysen und vergleichende Studien geeignet sind.
Translationale und präklinische Forschung
- Koppelt die morphologische Quantifizierung mit der translationellen Biomarker-Entdeckung, wenn Formvariationen krankheitsrelevant sind.
- Stellt eine kontinuierliche Übertragung von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung sicher, indem konsistente Messprotokolle ermöglicht werden.
- Verringert mechanistische Unschärfen in präklinischen Modellen durch detaillierte strukturelle Daten.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese morphometrische Pipeline reicht von der frühen Entdeckung bis zur Leitsubstanzidentifizierung und unterstützt sowohl hypothesengetriebene Forschung als auch skalierbare Screening-Workflows.
- Entdeckungsbiologie: Verbessert die Hypothesenprüfung und Klärung von Wegen, indem sie die Messung komplexer Formen ohne traditionelle Bezugspunkte ermöglicht.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative morphometrische Daten für eine zuverlässige Wirkstoffbewertung.
- Analytik: Bietet hochauflösende 3D-Messungen und statistische Ergebnisse für belastbare Vergleiche zwischen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Unterstützt die Abstimmung von Biomarkern, wenn morphologische Merkmale mit Krankheitsmodellen verknüpft sind.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet einen breit anwendbaren, automatisierten Workflow für vielfältige biologische Strukturen jenseits des ursprünglichen Anwendungsfalls.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Mehrdeutigkeiten in morphologischen Studien.
- Operationaler Wert: Verbessert die Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit morphometrischer Analysen.
- Strategischer Wert: Verbessert die Entscheidungsfindung hinsichtlich Fortführung oder Abbruch von Projekten und die Kapitalnutzungseffizienz, indem robuste quantitative Daten bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Assets im Entdeckungsstadium.
Umsetzungsüberlegungen
- Setzt Fachkenntnisse in Morphometrie, Computer-Geometrie und Mikro-CT-Bildgebung voraus.
- Erfordert Zugang zu Mikro-CT-Scannern und einer Infrastruktur für die computergestützte Analyse.
- Erfordert eine standardisierte Festlegung von Landmarken- und Semi-Landmarken-Setzprotokollen über mehrere Arbeitsgruppen hinweg.
- Kann auf verschiedene Modellsysteme angepasst werden, sofern entsprechende rechnergestützte Anpassungen vorgenommen werden.
- Der manuelle Eingriff ist minimal, kann jedoch bei der Qualitätskontrolle großer Datensätze erforderlich sein.
