כאן, אנו מציגים פרוטוקול לשימוש בטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (מיקרו-CT) כדי לכמת אזורים מאווררים במודל פיברוזיס ריאתי חד צדדי המושרה על ידי בלאומיצין באמצעות החדרה תוך קנה הנשימה בצד הנגע.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לשימוש בטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (מיקרו-CT) כדי לכמת אזורים מאווררים במודל פיברוזיס ריאתי חד צדדי המושרה על ידי בלאומיצין באמצעות החדרה תוך קנה הנשימה בצד הנגע.
פיברוזיס ריאתי (PF) היא מחלת ריאות אינטרסטיציאלית מתקדמת ובלתי הפיכה המאופיינת בפרוגנוזה גרועה ואפשרויות טיפול מוגבלות. המודל העכברי המסורתי של פיברוזיס ריאתי המושרה על ידי החדרה תוך-קנה של בלאומיצין יכול לגרום להפצה לא אחידה של תרופות ולשיעורי תמותה גבוהים. שיטת ההחדרה התוך-קנה החד-צדדית המעודנת למתן בלאומיצין בעכברים מאפשרת יצירת מודל פיברוזיס ריאתי אחיד ומבוקר יותר, המספק סימולציה טובה יותר של המחלה בבני אדם. כאן אנו מציגים פרוטוקול לשימוש בטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (מיקרו-CT) כדי לכמת אזורים מאווררים במודל פיברוזיס ריאתי חד צדדי המושרה על ידי בלאומיצין באמצעות החדרה תוך-קנה בצד הנגע. גישה זו מאפשרת לכמת את נפח הריאות הכולל ואזורי הריאה המאווררים, ומספקת מדד רגיש ומדויק של התקדמות המחלה והתגובה לטיפול. מחקר זה כולל הרדמה, מתן תרופות מדויק, סריקת מיקרו-CT ועיבוד לאחר שימוש בתוכנת 3D Slicer לניתוח תמונה. ניתוח נפח הריאות החד-צדדי לאחר הטיפול בבלאומיצין הראה ירידה משמעותית בנפח הריאות בהשוואה לביקורת. צביעת הטריכרום של מאסון אישרה את הנוכחות והשקיעה המוגברת של קולגן בעכברים שטופלו ב-BLM. כאן, הערכנו פיברוזיס ריאתי במודלים פרה-קליניים על ידי ביצוע ניתוח נפחי ריאות חד צדדי באמצעות מיקרו-CT, וסיפקנו לחוקרים שיטת הערכה מדויקת ויסודית להערכת התערבויות טיפוליות במחקרי PF.
פיברוזיס ריאתי (PF) היא מחלת ריאות הרסנית ובלתי הפיכה עם שיטות טיפול מוגבלות. השכיחות העולמית של PF נעה בין 1 ל-13 לכל 100,000 אנשים, עם עלייה משמעותית בשכיחות שנצפתה עם גיל1 מתקדם. למרות מאמצים משמעותיים בעשורים האחרונים, הנוף הטיפולי ב-PF נותר מוגבל, כאשר רק שני תרופות אנטי-פיברוטיות, נינטדניב ופירפנידון, מאושרות כיום לטיפול ב-PF2. הפתוגנזה הבסיסית של פיברוזיס ריאתי היא מורכבת ביותר, ומקיפה היבטים שונים של פיזיולוגיה מולקולרית ותאית3. מודלים ניסיוניים של בעלי חיים, המושרים על ידי גורמים שונים, הם כיום כלים חיוניים לחקירת מנגנונים פתוגניים ופנוטיפים של מחלות.
מודל עכברי פיברוזיס ריאתי המושרה על ידי בלאומיצין, הניתן באמצעות החדרה תוך-קנה הנשימה, מוכר באופן נרחב להבהרת המנגנונים התאיים והמולקולריים הבסיסיים ולזיהוי מטרות טיפוליות פוטנציאליות4. עם זאת, התפלגות אסימטרית ולא סלקטיבית של בלאומיצין המוחדר תוך קנה הנשימה עלולה להוביל לשיעורי תמותה גבוהים, בעיקר עקב פיברוזיס לא הומוגני ופגיעה ריאתית דו-צדדית 5,6. כדי לטפל בבעיה זו, הצענו גישת מתן תוך-קנה חד צדדית כדי להבטיח אספקה אחידה של חומרים ניסיוניים בתוך הריאה השמאלית וכדי לחקות טוב יותר את התהליך הפתולוגי שנצפה בחולי PF 7,8,9. חוץ מזה, ניתן להשתמש בטכניקת הניהול החד-צדדי גם כדי להעריך תרופות הדורשות הפצה מקומית או להתערבויות ניסיוניות אחרות המכוונות לריאה ספציפית.
במודלים פרה-קליניים, טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (מיקרו-CT) הפכה לבעלת ערך הולך וגובר לחקירת פתולוגיות ריאתיות והוכיחה את עצמה ככלי רב עוצמה למחקרי אורך, המסוגל לספק נתונים איכותיים וכמותיים לניטור התקדמות המחלה כמו גם תגובה להתערבויות טיפוליות10. מיקרו-CT שימש להערכת נפח כולל, אזורים מאווררים ולא מאווררים, מורפולוגיה של הסימפונות וצפיפות רקמות. בהתבסס על המחקרים הקודמים שלנו, פיתחנו שיטת הדמיה חדשה שבה נעשה שימוש במיקרו-CT כדי לנתח את נפח הריאה החד-צדדי ולהעריך את רמות הפיברוזיס במודל עכברי של פיברוזיס ריאתי 7,8,9. שיטה זו מאפשרת לכמת אזורי ריאה מוגזים, ומספקת מדד מדויק ורגיש יותר של התקדמות המחלה והתגובה לטיפול.
מחקר זה מציג שיטת ניתוח נפח ריאות מאווררת חד צדדית הנגזרת מסריקות מיקרו-CT בעכברים שטופלו בבלאומיצין. שיטה חדשנית זו מציעה הערכה מדויקת ומקיפה יותר של פיברוזיס ריאתי, ועשויה לשנות את האופן שבו אנו מעריכים את יעילות ההתערבויות הטיפוליות במחקרים פרה-קליניים. מחקר זה תורם חידוד מצוין בניתוח מודלים פרה-קליניים של פיברוזיס ריאתי, ומספק שיטת ניתוח כמותית רבת עוצמה להערכת השפעות הטיפול לצד התקדמות המחלה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של האוניברסיטה הרפואית של גואנגג'ואו. הניסויים נערכו על עכברים זכרים בני 6-8 שבועות, 25-30 גרם C57BL/6. העכברים שוכנו במחזור אור/חושך של 12 שעות (אור: 25 לוקס) עם גישה אד-ליביטום למזון ומים והוקצו באופן אקראי לקבוצות ביקורת ו-BLM.
1. החדרה תוך-קנה ריאתית חד צדדית
2. סריקת טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (מיקרו-CT)
הערה: העכברים נסרקו באמצעות מערכת המיקרו-CT בהתאם להוראות היצרן.
3. עיבוד לאחר מיקרו-CT: פילוח ריאות סלקטיבי חד צדדי וניתוח נפח
הערה: עיבוד תמונה וניתוח כמותי בוצעו באמצעות תוכנת הקוד הפתוח החינמית 3D Slicer (http://www.slicer.org), בהתאם להוראות היצרן. טווחי יחידת הונספילד קלינית (HU) עבור חלון הריאה יושמו כדי לנרמל תמונות HU, תוך פילוח פרנכימת הריאה לאזורים מאווררים נורמו ([-1000, -350] HU) כפי שדווח בעבר 8,9,11. הליך עיבוד התמונה מתואר כדלקמן:

איור 1: הממשק של תוכנת 3D Slicer. האיור מציג את הממשק התפעולי הראשי של תוכנת 3D Slicer. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תמונות CT של פיברוזיס ריאתי הנגרמת על ידי החדרה תוך-קנה נשימה חד צדדית בעכברים. תצוגות ציריות, עטרתיות וסגיטליות, יחד עם שחזור ריאות תלת מימד לאחר החדרת בלאומיצין. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: התאמת פרמטר תצוגה קשתית. האיור ממחיש את התאמת הפרמטרים, המאפשרת הדמיה וניתוח מדויקים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: עריכת סגמנטציה והתאמות פרמטרים. האיור מדגים את תהליך עריכת הפילוח ואת התאמות הפרמטרים המתאימות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: סגמנטציה תלת-ממדית של ריאה ימין. התהליך כולל שלושה שלבים עוקבים: עריכת רכיבים מחוברים לפילוח ריאות (שלב 1), בחירה באפשרות שמור את האי שנבחר כדי לבודד את הריאה הימנית (שלב 2) ולחיצה על הצג תלת-ממד כדי לעבד את המודל בלוח התצוגה החזותית (שלב 3). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: שחזור תלת מימדי של הריאה השמאלית על בסיס ניתוח מיקרו-CT. תמונות CT חזה ציריות עובדו שכבה אחר שכבה כדי לפלח אזורים מאווררים, לכמת נפח מאוורר ולשחזר מודל תלת מימדי. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7: שחזור ריאות תלת מימדי המבוסס על ניתוח מיקרו-CT של נפח ריאות מאוורר במודל פיברוזיס ריאתי חד צדדי. מודלים משוחזרים יוצאו בפורמטים מוגדרים לספריות מוגדרות מראש. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 8: מדריך לשמירת תמונות. האיור מתאר שלבים רציפים לשמירת תמונות, החל מהפעלת פונקציית השמירה דרך תפריט צילום מסך הערות ועד לבחירת פורמטים והגדרת נתיבי אחסון. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 9: ניתוח סטטיסטי המבוסס על מיקרו-CT במודל פיברוזיס ריאתי חד צדדי. נותחו נתונים כמותיים שמקורם באזורים נורמו-אוורריים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
4. צביעת הטריכומות של מאסון
5. ניתוח למידת מכונה של צביעת טריכרום של מאסון
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 10A-D מציג את התוצאות של השינויים בנפח הריאות וניתוח הצביעה.
כדי להעריך את ההשפעה של בלאומיצין (BLM) על רקמת הריאה, ערכנו ניתוח השוואתי של נפחי הריאות בין קבוצות שטופלו במי מלח (Ctrl) וקבוצות שטופלו ב-BLM באמצעות טכניקות הדמיה תלת מימדיות. נפח הריאה השמאלית מופחת באופן משמעותי בקבוצת ה-BLM בהשוואה ל-Ctrl. כימות נפח הריאה השמאלית (מ"מ3) מראה ירידה משמעותית בקבוצת ה-BLM (איור 10A,C
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פיברוזיס ריאתי היא מחלה הרסנית המאופיינת בהצטלקות מתקדמת של רקמת הריאה, מה שמוביל לירידה בתפקוד הריאות ובסופו של דבר לאי ספיקת נשימה1. מודל עכברי פיברוזיס ריאתי, המושרה על ידי חומרים פרמקולוגיים ושיטות מתן שונות, הוא כלי חיוני להבנת התקדמות המחלה ולהערכת היעילות של טיפולים פוטנציאליים, במיוחד בהחדרה תוך-קנה של בלאומיצין13. עם זאת, למודל ההחדרה התוך-קנה של בלאומיצין יש מגבלות, כולל פיזור לא אחיד של בלאומיצין ברחבי הריאות ופוטנציאל לשיעורי תמ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82300092) ומחקר עצמאי של מעבדת המפתח הממלכתית למחלות נשימה (SKLRD-Z-202302) ומימון לפרויקט בניית יכולת חדשנות של מכוני המחקר המחוזיים של גואנגדונג (KD032024001).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.9% מי מלח | הופביו | HBPP008-100 | |
| מחט קהה 22 גרם | ב.ד. | 383922 | |
| פורס תלת-ממד פלטפורמת מחשוב תמונה | פורס תלת-ממד | https://www.slicer.org/ | |
| בלאומיצין | MCE | HY-17565 | |
| איזופלורן | RWD | R510-22 | |
| ערכת כתמים מאסון | יאסן | ברקוד 60532ES58 | |
| מיקרו-CT | פינסנג | SNC-100 | |
| מסלול | ניתוח תמונת מסלול | https://www.orbit.bio/ | |
| פנטוברביטל נתרן | סיגמא | עמ' 3761 | |
| לרינגוסקופ של בעלי חיים קטנים | יויאן אינסטרומנטס | CG-02M | |
| אס.פי.אס.אס | יבמ | גרסה 19.0 | |
| שמיכה חמה | מעבדת אנים טק | קו רוחב -16-0323 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה