Eine multimodale Bildgebung Ansatz basierend auf Mikro-CT und Fluoreszenz Molekulare Computertomographie für längs-Bewertung der Bleomycin-induzierten Lungenfibrose bei Mäusen
13. April 2018
Wir beschreiben eine nichtinvasive multimodale Bildgebung Ansatz basierend auf Mikro-CT und Fluoreszenz Molekulare Computertomographie für längs-Beurteilung der Lunge Fibrose Mausmodell durch doppelte intratracheale Instillation von Bleomycin induziert.
Das übergeordnete Ziel dieser Studie an einem IPF-ähnlichen Mausmodell ist die longitudinale Überwachung der Lungenfibrose mit nicht-invasiven bildgebenden Verfahren wie FMT und Mikro-CT. Diese Methode kann die Abfolge in Bezug auf diese spezifischen molekularen Ereignisse, die bei der Lungenfibrose auftreten, erweitern. Der Hauptvorteil dieser Techniken besteht darin, dass anatomische Veränderungen bestimmter molekularer Ereignisse nicht-invasiv überwacht werden können.
Die Anwendungen dieser Technologien erstrecken sich auf die Therapie der IPF-Pathologie, da die Fusion von FMT und Mikro-CT die Möglichkeit darstellt, das Fortschreiten der Krankheit und die Bewertung neuer Therapien zu untersuchen. Beginnen Sie damit, eine betäubte Maus auf der Intubationsplattform zu positionieren und sie an den Schneidezähnen am Draht aufzuhängen. Schalten Sie das Laryngoskop ein, nehmen Sie dann eine stumpfe Pinzette und öffnen Sie vorsichtig den Mund.
Platzieren Sie die Laryngoskop-Klinge in Richtung des hinteren Mundes, bis die Öffnung der Luftröhre sichtbar ist. Führen Sie mit der anderen Hand den mit dem Ende des PE-Schlauchs verbundenen Förderschlauch in die Luftröhre ein. Drehen Sie das Dreiwegeventil, um 50 Mikroliter Bleomycin zu fördern.
Entfernen Sie nach der Installation schnell den Schlauch aus der Luftröhre, um ein Ersticken zu verhindern. Halten Sie die Mäuse einige Sekunden aufrecht. Nehmen Sie die Maus für die Sondeninjektion am Schwanz und lassen Sie sie den Käfigdeckel greifen.
Fassen Sie dann über die Schultern und halten Sie die Maus am Schopf. Tauchen Sie den Schwanz in ein Becherglas mit warmem Wasser, um die Venen anschwellen zu lassen, um die Visualisierung und das Einführen der Nadel zu erleichtern. Finde die beiden Schwanzvenen auf beiden Seiten des Schwanzes, nicht die Arterie an der Unterseite des Schwanzes.
Führen Sie die 26-Gauge-Nadel der mit MMP beladenen 1-Milliliter-Spritze in die Vene ein und injizieren Sie die MMP-Sondenlösung mit 10 Millilitern pro Kilogramm Körpergewicht. Um mit der Initialisierung der Datenerfassungssoftware zu beginnen, öffnen Sie eine neue Studie in der Datenbank für das Experiment. Bevor Sie mit der Bildgebung beginnen, legen Sie die rasierte und anästhesierte Maus in die Mitte der Bildgebungskassette.
Halten Sie die Maus flach, sicher und leicht gegen beide Fenster der Bildkassette gedrückt. Klicken Sie dann im Scanfenster der Software auf Motiv"und dann Vorschau, um das Live-Bild zu sehen. Zeichnen Sie den Scanbereich so groß, dass das Gewebe, das den erwarteten Fluoreszenzbereich umgibt, erfasst wird.
Sobald die ROY gezeichnet ist, klicken Sie auf "Zur Rekonstruktionswarteschlange hinzufügen" und dann auf "Scannen", um die Maus abzubilden. Wenn die Bildaufnahme abgeschlossen ist, nehmen Sie die Maus aus der Bildkassette und setzen Sie sie wieder in den Heimkäfig ein. Quantifizieren Sie die Picomole der Fluoreszenz mit dem ROY-Tool und reduzieren Sie die ROY um etwa 700 bis 800 Kubikmillimeter auf das Signal, das aus der Lungenregion kommt.
Wiederholen Sie die Bildgebung alle sieben Tage oder nach Bedarf. Um Bilder per Mikro-CT zu erstellen, schalten Sie zuerst die Mikro-CT ein, indem Sie die grüne Ein-/Aus-Taste drücken, und starten Sie die Software, um die Röntgenquelle aufzuwärmen. Erstellen Sie die Datenbank, indem Sie auf "Neue Datenbank" klicken, und erstellen Sie den Browser basierend auf der Anzahl der Mäuse im Experiment.
Bevor Sie den Scan starten, wählen Sie die Erfassungsparameter im Fenster der Softwaresteuerung wie folgt aus. Stellen Sie die Spannung der Röntgenröhre auf 90 Kilovolt, den Strom der CT-Röntgenröhre auf 160 Mikro-Ångström, den Strom der Live-Röntgenröhre auf 80 Mikro-Ångström und das Sichtfeld auf 36 Millimeter ein. Wählen Sie "Keine Gating-Technik" und "Hohe Auflösung" und vier Minuten für die Scantechnik.
Nachdem Sie die Maus durch Inhalation von 3% Isofluran betäubt haben, legen Sie sie mit einem Nasenkonus auf das Tierbett, das in die kleine Bohrung eingeführt wird, um eine konstante Anästhesieversorgung zu gewährleisten. Fixieren Sie die Pfoten mit Klebeband auf dem Bett, damit die Brust freigelegt werden kann. Auf der nächsten Seite schloss sich die Instrumententür und schaltete den Live-Modus ein, um die Mausposition in Echtzeit zu sehen, indem Sie die Aufnahmetaste drücken.
Bewegen Sie das Tierbett, um die Brust mit den Tasten am CT-Instrument auf das Sichtfeld auszurichten. Sobald die Maus zentriert ist, drehen Sie die Gantry, um die optimale Bettposition zu bestätigen, indem Sie 90 Grad auswählen und auf Festlegen klicken"Klicken Sie dann auf die CT-Scan-Schaltfläche. Klicken Sie auf "Ja", um die Meldung anzuzeigen, dass die Röntgenquelle eingeschaltet wird.
Nach der Bildgebung werden die Tiere wieder in den Käfig gesetzt und überwacht, bis sie sich vollständig von der Narkose erholt haben. Wiederholen Sie die Bildgebung alle sieben Tage oder nach Bedarf. Die Färbung mit Massons Trichrom zeigt die Morphologie im Lungengewebe.
Bilder der mit Bleomycin behandelten Gruppe zeigten ein ausgeprägtes Muster der Fibrose ab dem siebten Tag, hauptsächlich als einzelne fibrotische Massen und progressiv an Tag 14 zu konfluenten Konglomeraten aus substituiertem Kollagen und blieben bis zum Tag 21 unverändert. Wiederholte Mikro-CT-Bildgebung ermöglichte die Quantifizierung und Segmentierung der Atemwege in den Lungenlappen der Fibrose. Die Atemwege wurden in einen zentralen und einen distalen Teil unterteilt.
Der distale Teil der Atemwege ist der intrapulmonale Trakt und teilt sich in die Lungenlappen als rechten Schädellappen, rechten Mittellappen, rechten Schwanzlappen, rechten Akzessorallappen und linke Lunge. Die Quantifizierung des Atemwegsradius zeigte einen erhöhten Radius bei den mit Bleomycin behandelten Mäusen im Vergleich zu den Kochsalzlösungskontrollen. Jeder Punkt stellt den mittleren Standardfehler des Mittelwerts von fünf Tieren für insgesamt 30 Mäuse dar.
DieQuantifizierung der totalen Lungenfibrose von mit Vehikel oder Bleomycin behandelten Mäusen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zeigt, dass diese Mikro-CT-Parameter mit den histologischen Befunden übereinstimmen. Sobald diese Technik gemeistert ist, kann sie routinemäßig für das Drogenscreening durchgeführt werden. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Lungenfibrose, um die Wirksamkeit der wiederholten Behandlung in IPF-ähnlichen Tiermodellen zu erforschen.
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Übersicht
Diese Studie präsentiert einen nicht-invasiven multimodalen Bildgebungsansatz unter Verwendung von Mikro-CT und Fluoreszenz-Molekül-Tomographie (FMT) für die longitudinale Beurteilung von Lungenfibrose in einem Mausmodell. Die Methode ermöglicht die Überwachung anatomischer Veränderungen und spezifischer molekularer Ereignisse, die mit Lungenfibrose im Laufe der Zeit assoziiert sind.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Biologie
- Medizinische Bildgebung
Hintergrund
- Lungenfibrose ist eine fortschreitende Erkrankung, die bei Mäusen modelliert werden kann.
- Aktuelle Bildgebungstechniken erfordern oft invasive Verfahren.
- Nicht-invasive Bildgebung kann das Verständnis der Krankheitsprogression verbessern.
- Die Kombination von FMT mit Mikro-CT bietet einen umfassenden Überblick über Lungenveränderungen.
Zweck der Studie
- Lungenfibrose in einem IPF-ähnlichen Mausmodell longitudinal zu überwachen.
- Die Wirksamkeit nicht-invasiver Bildgebungstechniken zu beurteilen.
- Die Progression der Lungenfibrose zu untersuchen und neue Therapien zu evaluieren.
Verwendete Methoden
- Mikro-CT-Bildgebung zur anatomischen Beurteilung.
- Fluoreszenz-Molekül-Tomographie zur Verfolgung molekularer Ereignisse.
- Doppelte intratracheale Instillation von Bleomycin zur Induktion von Fibrose.
- Überwachung anästhesierter Mäuse während der Bildgebungsverfahren.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche nicht-invasive Überwachung der Progression der Lungenfibrose.
- Identifikation spezifischer molekularer Ereignisse, die mit Fibrose assoziiert sind.
- Gezeigte Vorteile kombinierter Bildgebungstechniken.
- Potenzielle Anwendungen bei der Bewertung von Therapien für IPF.
Schlussfolgerungen
- Der multimodale Bildgebungsansatz ist effektiv für die Untersuchung von Lungenfibrose.
- Nicht-invasive Techniken können Einblicke in Krankheitsmechanismen liefern.
- Diese Methode kann die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien erleichtern.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Non-invasive longitudinal imaging of lung fibrosis addresses a critical gap in preclinical IPF research by enabling repeated assessments without terminal procedures. This multimodal approach supports mechanistic de-risking by correlating molecular events with anatomical changes, improving predictive confidence in target validation. The method enhances translational continuity from discovery through preclinical evaluation, reducing late-stage biological risk in antifibrotic programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by tracking molecular events and anatomical progression in IPF-like models.
- Operational Value: Provides quantitative, reproducible readouts for pathway clarification and functional target validation.
- Strategic Value: Supports predictive confidence and portfolio triage through longitudinal disease severity monitoring.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline fibrosis progression.
- Operational Value: Delivers standardized, quantitative imaging outputs suitable for assay reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enhances screening readiness by enabling reliable compound evaluation in longitudinal studies.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease relevance by modeling IPF pathogenesis through bleomycin-induced fibrosis.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via repeated non-invasive imaging.
- Strategic Value: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing longitudinal fibrosis quantification.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work by enabling hypothesis testing, pathway clarification, and quantitative disease monitoring.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by linking molecular events to anatomical changes in lung fibrosis.
- Screening: Provides assay readiness through reproducible, quantitative imaging of fibrosis progression over time.
- Analytics: Generates measurable outputs such as airway radius and fluorescence quantification to compare experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by enabling longitudinal monitoring that mirrors clinical disease progression.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging platform for antifibrotic therapy evaluation across multiple study cycles.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in fibrosis mechanisms.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of non-invasive imaging across timepoints.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in IPF programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on longitudinal fibrosis data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal imaging, anesthesia, and intravenous probe delivery.
- Depends on Micro-CT and FMT instrumentation with associated software for image acquisition and quantification.
- Necessitates cross-team standardization for consistent imaging protocols and data analysis.
- Involves adaptation considerations for different model systems and probe chemistries.
- Limited by the need for specialized equipment and operator training, as noted in the procedural workflow.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Intratracheal Administration of Bleomycin
1:46
Probe Injection for Fluorescence Molecular Tomography
2:25
Fluorescence Molecular Tomography Imaging
3:45
In Vivo Imaging by Micro-CT
5:45
Results: Time-course and Quantification of Bleomycin-induced Lung Fibrosis
7:09
Conclusion
