מיקום מתאים ואיפוק של איבר הינד עכברוש עבור הדמיה ברזולוציה גבוהה ממוקד של עצם באמצעות מיקרו-ארכיטקטורה In Vivo שחושב מיקרו טומוגרפיה
22 בנובמבר 2017
נייר זה מורה משתמשים ויוו הסורקים טומוגרפיה שחושב מיקרו (µCT) כיצד עזים ומתנגד, כראוי למקם לרסן את האיבר האחוריות של עכבר לתנועה מינימלי במהלך דימות ברזולוציה של עצם השוקה. התוצאה היא תמונות באיכות גבוהה ניתן לעבד לכמת במדויק את עצם מיקרו-ארכיטקטורה.
המטרה הכוללת של הליך זה היא למקם ולרסן כראוי גפה אחורית של חולדה לרכישת תמונות ממוקדות ברזולוציה גבוהה של מיקרו-ארכיטקטורת העצם של השוקה הפרוקסימלית ועצם הירך הדיסטלית באמצעות טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת In Vivo. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח לגבי רכישת תמונות In Vivo על ידי מיקרו CT ומספקת הנחיות למיקום וריסון נכונים של הגפה האחורית. היתרון העיקרי של הליך זה הוא שניתן לרכוש תמונות עקביות ביותר ולאחר מכן להשתמש בהן לכימות שינויים במיקרו-ארכיטקטורת עצם המתרחשים במהלך מחקרי אורך.
הנח את החולדה במצב שכיבה על מיטת סורק סיבי פחמן. לאחר אישור רמת ההרגעה המתאימה על ידי חוסר תגובה לצביטה בבוהן, יש למרוח שימון עיניים על עיני החיה. רסנו את כף הרגל בצינור קצף גמיש כשאצבעות הרגליים נמתחות מקצה אחד, ומרחו שעווה דנטלית כדי להחזיק את כף הרגל בחוזקה בתוך הקצף, תוך הקפדה שהקצף לא יתפשט על אזור העניין.
אטום היטב את הצינור בעזרת סרט והכנס את הקצף לצינור. ודא התאמה הדוקה בין הקצף לצינור והחלק את הצינור לתוך מיטת סורק הרנטגן. הארך את הגפה האחורית עד שהרגל מתוחה.
אישור היעדר מתיחת יתר על ידי מישוש תנוחת מפרק הברך ומשיכת הגפה האחורית הנגדית והזנב לכיוון פלג גוף עליון. הארכת הגפה האחורית הרחק מהגו עד שהרגל מתוחה מבטיחה שצילום הרנטגן יעבור דרך כל אזורי העצם בדפוס דומה ככל האפשר. לאחר מכן, כתם את הצד הדביק של כמה חתיכות נייר דבק והשתמש בסרט הדבק השונה כדי לאבטח את הגפה האחורית והזנב הלא מורחבים, כך שיישארו מחוץ לשדה הראייה של הסריקה.
לאחר מכן, הצמידו את הירכיים, הכתפיים, חרוט הראש והאף למיטת הסריקה. עטפו את החיה בעטיפה וטרינרית כדי להגביל את אובדן החום ודמו את החיה על ידי טומוגרפיה ממוחשבת מיקרו תוך שימוש בפרמטרי הניסוי המתאימים על פי פרוטוקולים סטנדרטיים. לאחר שכל התמונות נרכשו, אפשר לבעל החיים להתאושש בכלוב בודד מחומם חלקית עם ניטור עד לשכיבה מלאה.
מיקום נכון של הגפה האחורית של החולדה כרוך בהארכת הרגל במלואה וריסון כל כף הרגל והקרסול בקצף, וכתוצאה מכך תמונה נרכשת באיכות מספקת לניתוח הארכיטקטורה הטרבקולרית והקורטיקלית. מיקום וריסון לא מספקים של הגפה האחורית עלולים לגרום לתמונות עם חפצי תנועה, בעוד שזנב שאינו מוסר במלואו משדה הראייה של הסריקה יפריע להנחתת קרני רנטגן על ידי דגימות הסריקה וישנה את מדידות צפיפות המינרלים של מח העצם והרקמות. לאחר השליטה, ניתן לבצע הליך זה כראוי תוך 5-10 דקות.
בעת ביצוע הליך זה, חשוב תמיד להיות מודעים לקצב הנשימה, רמת ההרגעה וכמות החשיפה לקרינה של החולדה. ניתן לשנות הליך זה ולהשתמש בו כדי להעריך אתרי שלד אחרים, כגון עצם הירך הדיסטלית וחוליות העץ. יתר על כן, ניתן לשנות הליך זה ולהשתמש בו עבור מיני מכרסמים אחרים כגון עכברים.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד למקם ולרסן נכון את הגפה האחורית של החולדה, למיקוד והדמיה עקבית ברזולוציה גבוהה של מיקרו-ארכיטקטורת העצם של השוקה הפרוקסימלית.
סקירה כללית
מאמר זה מספק פרוטוקול מפורט להרדמה, מיקום וקיבוע של הגפה האחורית של חולדה לצורך דימות ברזולוציה גבוהה של מיקרו-ארכיטקטורת העצם באמצעות מיקרו-CT (µCT) in vivo. ביצוע נכון של שיטה זו מבטיח תמונות באיכות גבוהה המתאימות לכימות שינויים במבנה העצם.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי העצבים
- דימות עצם
- מיקרו-computed Tomography
רקע
- טכניקות דימות in vivo הן חיוניות לחקר המיקרו-ארכיטקטורה של העצם.
- מיקום מדויק וקיבוע של הנבדק חיוניים להשגת דימות באיכות גבוהה.
- ניתן להתאים שיטה זו לאתרים שלדים שונים ולמינים שונים של מכרסמים.
- ארטיפקטים של תנועה עלולים להשפיע באופן משמעותי על איכות התמונה ועל דיוק הנתונים.
מטרת המחקר
- אספקת פרוטוקול סטנדרטי לדמיון של מיקרו-ארכיטקטורת עצם בחולדה.
- מזעור תנועה במהלך הדמיון לשיפור איכות הנתונים.
- הקלה על ביצוע מחקרים אורכיים בנושאי שינויים בעצם.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מיקום החולדה בתנוחה גבנית (supine) על מיטת הסורק.
- שימוש בחומר סיכוך אופתלמי ובצינורות ספוג לקיבוע הרגליים.
- קיבוע הגפיים האחוריות והזנב למניעת הפרעות במהלך הדימות.
- ניטור מצבו של בעל החיים לאורך כל הפרוצדורה.
תוצאות עיקריות
- התקבלו תמונות באיכות גבוהה של הטיביה הפרוקסימלית והפמור הדיסטלית.
- הושגו תוצאות דימוי עקביות באמצעות מיקום נכון של הגפה.
- הפחתת ארטיפקטים של תנועה הובילה לכימות משופר של המיקרו-ארכיטקטורה של העצם.
- ניתן להשלים את הפרוצדורה ביעילות תוך 5-10 דקות.
מסקנות
- מיקום נכון של הגפה הוא קריטי להשגת תוצאות דימות מוצלחות.
- ניתן להתאים פרוטוקול זה לאתרים שלדייים שונים ולמיני מכרסמים שונות.
- הקפדה על רווחת בעלי החיים במהלך הפרוצדורה היא חיונית.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
במחקרים פרה-קליניים של עצם, דימוג in vivo עקבי הוא קריטי להערכה אורכית של התערבויות טיפוליות על שלמות השלד. מיקום נכון וקיבוע של הגפה האחורית של החולדה מבטיחים איכות תמונות micro-CT הניתנת לשחזור, ובכך מפחיתים את השונות במדידות של עצם טרבכולרית וקורטיקלית לאורך נקודות זמן שונות. קפדנות מתודולוגית זו תומכת בכימות אמין של שינויים במיקרו-ארכיטקטורה של העצם, מה שמשפיע ישירות על החלטות go/no-go בהערכה מוקדמת של מועמדים לתרופות אוסטאו-אנבוליות או אנטי-רסורפטיביות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של פנוטיפים של השלד על ידי אספקת נתונים עקביים של בסיס ונתוני אורך של מיקרו-ארכיטקטורת העצם עבור מחקרי תיקוף של מטרות טיפוליות.
- ערך תפעולי: מפחית את השונות הבין-סובג'קטית באמצעות דימות חוזר של אותה חיה, ובכך מקטין את גדלי הקוהורט הנדרשים לעוצמה סטטיסטית במחקרי יעילות פרה-קליניים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר פלטים כמותיים ברזולוציה גבוהה (למשל, עובי טראבקלולרי, שבר נפח העצם) המתאימים לסטנדרטיזציה של בדיקות במערכי סריקה המתמקדים בעצם.
- ערך תפעולי: מבסס זרימת עבודה שמימה להכנת דגימות הממזערת ארטיפקטים של תנועה, ובכך משפרת את חוסנו של הניסוי ואת התפוקה בסריקות פנוטיפיות מבוססות דימוי.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תומך במידול מערכות הרלוונטי למחלה על ידי מתן אפשרות למעקב מדויק אחר שינויים מבניים בעצם בתגובה למניפולציות פרמקולוגיות או גנטיות לאורך זמן.
- ערך תפעולי: מסייע להמשכיות תרגומית (translational) באמצעות אספקת סממנים ביולוגיים המופקים מדימות, הגשרים בין ממצאי גילוי להערכות בטיחות ויעילות פרה-קליניות.
שילוב תהליכי עבודה וקווי עיבוד
פרוטוקול זה למיקום הגפה האחורית משתלב בזרימת העבודה של שלב הגילוי על ידי הבטחת תוצאות דימות מהימנות, המשמשות לקבלת החלטות בנוגע לתיקוף המטרה, אופטימיזציה של מועמדים תרופתיים והתקדמות בשלב הפרה-קליני בפיתוח טיפולים המכוונים לעצם.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בבדיקת היפותזות על ידי מתן אפשרות לוויזואליזציה עקבית של שינויים במיקרו-ארכיטקטורה של העצם בעקבות מודולציה של מטרה.
- סריקה (Screening): מספקת פלטים של דימות כמותיים ומוכנים לבדיקה, המאפשרים השוואה של השפעות תרכובים על פרמטרים שלדים.
- אנליטיקה: מספקת מדידות סטנדרטיות וניתנות לשחזור (למשל, צפיפות מינרלית של העצם, מספר טרבקולות) החיוניות לניתוח סטטיסטי ולהשוואתיות בין מחקרים.
- מחקר תרגומי: מאפשרת ניטור לאורכי של תגובות שלדיות, ובכך תומכת בהחלטות קידום מותאמות סיכון המבוססות על נתונים מכניסטיים ופנוטיפיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מהווה שיטת הכנה לדימות סטנדרטית וניתנת להתאמה, הישימה על מיני מכרסמים ואתרים שלדיים שונים, ובכך מקדמת שימוש חוזר בפלטפורמה בתוכניות מחקר של עצם.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בהערכת פנוטיפ שלד על ידי מזעור השונות הטכנית וארטיפקטים של תנועה במחקרי דימות אורכיים.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות והיכולת להרחבה (scalability) באמצעות הליך ריסון מהיר (5-10 דקות) ומוגדר היטב, המפחית את מספר בעלי החיים בשימוש ואת שיעורי חזרת הדימות.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך התקדמות (go/no-go) על ידי אספקת נתונים אמינים של מיקרו-ארכיטקטורת העצם, המפחיתים את הסיכון בהמשך קידום מועמדים המשפיעים על הומאוסטזיס של העצם.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מבוסס סיכונים של תרכובות המווסתות עצם באמצעות נקודות קצה של דימות עקביות וכמותיות, התומכות בדירוג יעילות אובייקטיבי.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בהרדמה ובניטור של מכרסמים כדי להבטיח סדציה נאותה מבלי לפגוע בפרמטרים פיזיולוגיים.
- תלוי בגישה למערכות micro-CT in vivo ולמיטות סריקה תואמות מסיבי פחמן להשגת רכישת תמונה אופטימלית.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים להכנת צינורי ספוג, למריחת שעוות שיניים ולטכניקות להארכת הגפיים כדי להבטיח עקביות בין מפעילים.
- יש להתחשב בשונות בין-חייית במטבוליזם של isoflurane בעת התאמת רמות הסדציה בין זנים ובגדלי גוף שונים.
- מוגבל לאתרים שלד חיצוניים הנגישים באמצעות הארכת הגפיים האחוריות; אינו מתאים לדימות אקסיאלי או קרניאלי ללא התאמה של הפרוטוקול.
