רומן in vivo טכניקות הדמיה טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת להערכת ההתקדמות של מחלת כבד שומני לא אלכוהולי
24 במרץ 2023
באמצעות מודל עכבר של מחלת כבד שומני לא אלכוהולי (NAFLD) הנגרמת על ידי דיאטה, אנו מתארים את השימוש בטכניקות הדמיה מיקרו-ממוחשבות חדשניות in vivo כשיטה לא פולשנית להערכת שלבי ההתקדמות של NAFLD, תוך התמקדות בעיקר ברשת כלי הדם בכבד בשל מעורבותה המשמעותית בחוסר ויסות כבד הקשור ל- NAFLD.
אנו רואים פרוטוקול זה משמעותי מכיוון שהוא מדגים שיטה לא פולשנית, פשוטה וקלה להעריך לאורך זמן אינדיקטורים מרכזיים לאבחון מחלת כבד. מתודולוגיית הדמיה זו מאפשרת ניתוח לאורך זמן של סטטוס הכבד, הערכת נפח הדם היחסי, קוטר הווריד הפורטלי, עוצמת רשת כלי הדם, כל הפרמטרים החשובים של פתולוגיית הכבד. הבנת ההתאמות של רשת כלי הדם בכבד במהלך התקדמות NAFLD וקורלציה זו עם סמנים ספציפיים כגון סטאטוזיס, דלקת ופיברוזיס יכולה לעזור לבסס תוכניות טיפול יעילות חדשות.
טכניקה זו מסייעת בזיהוי סמנים כאלה וגם משדרגת את ערכם של עכברים במחקרים פרה-קליניים המתמקדים בפיתוח טיפולים חדשניים נגד התקדמות המחלה. כדי להתחיל, הניחו את בעל החיים המורדם בעריסה של סורק ה-CT. מרחו משחה אופתלמית, הדקו את חרוט האף והגדירו את פרמטרי הסריקה בסורק ה-CT.
הכינו את צנתר ורידי הזנב והניחו את העכבר על מצע כדי לחמם את הזנב במים חמים. יש להחדיר את הצנתר לווריד הזנב ולתת את חומר הניגוד הראשון באמצעות זריקה, המבוצעת לאט ובאופן ידני למשך של דקה עד שלוש דקות. לאחר מכן, לרכוש סריקות כל הגוף והכבד בנקודות זמן שונות.
בצע את אותו הליך לניהול סוכן הניגוד השני, 10 ימים לאחר הקריאה הסופית עם סוכן הניגוד הראשון. לאחר טעינת קובץ DICOM של סריקת קדם-ניגודיות, התאם את הניגודיות כדי לראות בבירור את רקמת הכבד, הטחול והשומן הלבן. תחת הכלי 3D ROI, בחר הוסף ROI כדי ליצור ROI מרובים לביצוע דגימה באזורים שבהם רקמת הכבד, הטחול והשומן נראים צלולים ללא כלי דם ושומן נראים לעין.
במצב צביעה, בחרו 'כדור'. סמן את התיבה דו-ממדית בלבד ובחר קוטר של שמונה פיקסלים מהתפריט הנפתח כדי לצבוע החזר השקעה על נתונים. מתוך תכונת הרחבת השחיקה, בחר מינוס שחיקה אחת.
בצע דגימה על ידי פילוח ROI דו-ממדי על תחומי העניין באמצעות הכלי Sphere במישור הרוחבי. עבור אל ניווט ובחר הצג טבלה כדי להציג את טבלת הכימות המכילה את ערכי יחידות השדה המחושבים עבור כל החזר השקעה. לאחר מכן, חבר את הערכים למשוואה זו.
חשב את אחוז השומן בכבד. טען את קובץ DICOM של סריקת eXIA, והתאם את הניגודיות כדי לראות בבירור את הכבד, הטחול והחדר השמאלי. תחת הכלי החזר השקעה תלת-ממדי, בחר הוסף החזר השקעה כדי לפלח ROIS מרובים עבור הכבד.
במצב צביעה, בחרו 'דו-ממד בלבד' ובחרו 'כדור' הוסף קוטר של שמונה פיקסלים כדי לצבוע החזר השקעה על נתונים. מתוך תכונת הרחבת השחיקה, בחר מינוס שחיקה אחת. ציין שם וצבע לכל החזר השקעה ובחר הצג טבלה כדי להציג את טבלת הכימות המכילה את ערכי HU המחושבים עבור כל החזר השקעה.
לאחר חזרה על שלבים אלה לקבלת איבר PV t0, הכנס את הערכים למשוואה המוצגת על המסך כדי לחלץ את אחוז הניגודיות המתאים להעברת השומנים בספיגת הרקמה הפונקציונלית. טען את קובץ ה-DICOM של סריקת ExiTron וכוונן את הניגודיות כדי לראות בבירור את רשת כלי הדם בכבד. בחר הוסף החזר ROI כדי ליצור החזר השקעה תלת-ממדי עבור הכבד.
הגדירו את החזר ההשקעה על הכבד על ידי סימון האזור הרצוי. לאחר מכן בחר את החזר ההשקעה ברקע מתוך בורר החזר ההשקעה. לחץ על בצע חיתוך סמל, כדי להסיר את הרקע מבלי לשנות את החזר ההשקעה על הכבד.
הפעל את מציג ההקרנה בעוצמה מרבית. לאחר מכן, תחת אלגוריתמי סגמנטציה המסומנים על ידי סמל שרביט הקסם, בחר סף מחובר כדי לפלח מחדש את החזר ההשקעה על הכבד. הגדר את ערכי הסף על ידי הזנת ערכי המינימום והמקסימום וקבל את רשת כלי הדם.
שוב, להסיר את רקמת הכבד רקע כדי לקבל ייצוג ברור של רשת כלי הדם. לאחר טעינת קובץ DICOM של סריקת ExiTron, התאם את הניגודיות כדי לראות בבירור את הכבד, הטחול והחדר השמאלי. בחר הוסף ROI ומקטעים ROI עבור הכבד וכלי דם גדול.
הגדר את שכבות הסגמנטציה כדי ליצור ROI דו-ממדי עבור כל רקמה. חזור על השלבים עבור קובץ DICOM לפני הניגודיות כדי לקבל את הבהירות הממוצעת של הכבד לפני הזרקת חומר הניגוד. עבור קוטר הווריד הפורטלי, אתר את המישורים הרוחביים של שלוש עד ארבע פרוסות מעל צומת הוורידים המזנטריים והספלניים העליונים, ולאחר מכן עבור לניווט ואחריו תברואה מרחק, בחר קו כדי למדוד את המרחק המדויק בין שתי נקודות.
ערכי הניגודיות הממוצעים מוצגים על-ידי נתונים מקובצים אלה. בדיקת ספיגת הרקמה התפקודית הצביעה על הצטברות גבוהה יותר וסילוק איטי יותר של חומר הניגוד eXIA בעכברים עם מחלת כבד שומני לא אלכוהולית בהשוואה לבקרות בריאות. תוצאות מייצגות אלה מצביעות על הבדלים באחוז השומן בכבד, נפח רשת כלי הדם בכבד, קוטר הווריד הפורטלי ונפח הדם היחסי בכבד בין עכברים עם מחלת כבד שומני לא אלכוהולית לבין קבוצת ביקורת בריאה.
הדמיית מיקרו-CT ללא כל חומר ניגוד, הצביעה על אחוז גבוה יותר של שומן בכבד בעכברים עם מחלת כבד שומני לא אלכוהולית בהשוואה לקבוצת הביקורת. באופן דומה, נפח גבוה יותר של רשת כלי הדם בכבד, נפח הדם היחסי בכבד וקוטר וריד פורטלי גדול יותר נמצאו בעכברים עם מחלת כבד שומני לא אלכוהולי בהשוואה לקבוצת ביקורת בריאה. הדבר החשוב ביותר לזכור בעת ניסיון טכניקה זו היא להיות כל הזמן מדויק על האזור האנטומי שנבחר.
בחירת נקודה אנטומית לא נכונה יכולה להוביל לתוצאות לא מדויקות. על ידי ביצוע מתודולוגיה ופרוטוקול זה, ניתן לבצע הערכה מדויקת של היערכות מחלות כבד. לפיכך, הוא יכול לשמש פלטפורמה מוגדרת להערכת יעילות תרופות חדשות.
טכניקה זו סוללת את הדרך לדרכים חדשות, קלות ומדויקות יותר להעריך פתולוגיות כבד וליזום בדיקות פיתוח תרופות רלוונטיות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה בוחן טכניקה חדשנית לא-פולשנית של דימות במיקרו-computed tomography (micro-CT) לצורך ניטור התקדמותה של מחלה שומנית של הכבד שאינה נובעת מאלכוהול (NAFLD) במודל עכברים המושרה על ידי תזונה. השיטה מתמקדת בניתוח הרשת הווסקולרית הכבדית, הגורם מרכזי בשיבושים התפקודיים של מחלות כבד.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- מחלה שומנית של הכבד שאינה נובעת מאלכוהול (NAFLD)
- דימות במיקרו-טומוגרפיה ממוחשבת
- ניתוח של רשת כלי הדם הכבדיים
רקע
- NAFLD היא מחלה נפוצה של הכבד הקשורה להפרעות מטבוליות שונות.
- הבנת השינויים בכלי הדם בכבד היא קריטית להערכת התקדמות המחלה.
- שיטות נוכחיות להערכת מחלות כבד סובלות לעיתים קרובות ממחסור בגישות לא פולשניות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- טכניקות דימות micro-CT in vivo
- מודל עכברים ל-NAFLD המושרה על ידי תזונה
- חומרי ניגוד להדמיית פתולוגיה של הכבד
תוצאות עיקריות
- זוהו שינויים בנפח הרשת הווסקולרית הכבדית ובקוטר הווריד השער.
- הוכח קשר בין אחוז השומן בכבד למאפיינים הווסקולריים.
- הודגמה הישימות של שימוש ב-micro-CT לצורך הערכה ארוכת טווח של מחלות כבד.
מסקנות
- המחקר מתקף שיטת דימות לא פולשנית לניטור התקדמות NAFLD.
- הממצאים עשויים לתרום לפיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
דימות micro-CT שאינו פולשני in vivo של התקדמות NAFLD במודלים פרה-קליניים נותן מענה לפער קריטי בהערכה כמותית ואורכית של פתולוגיה כבדית. גישה זו מאפשרת מדידה ברזולוציה גבוהה ובצורה הניתנת לשחזור של שינויים בכלי הדם וברקמה, ובכך תומכת בביטחון חיזוי בשלבים מוקדמים של גילוי תרופות ובמחקרים טרנסלציונליים. שילוב תוצרי דימות אלו בשרשרת הגילוי משפר את קבלת ההחלטות לצורך בדיקת היפותזות טיפוליות ומיון מועמדים.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה כמותית של התאמות כלי דם בכבד הקשורות להתקדמות NAFLD.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי מתאם בין מדדי כלי דם לבין סממנים של סטאטוזיס, דלקת ופיברוזיס.
- מסייע בתיקוף תפקודי של מטרות טיפוליות באמצעות ניטור לא פולשני ואורכי (longitudinal) במודלים רלוונטיים למחלה.
- משפר את רמת הוודאות החזוית לקידום היפותזות טיפוליות המכוונות לפתולוגיות של הכבד.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק תוצרי דימות סטנדרטיים וניתנים לשחזור להערכת השפעות של תרכובות על מבנה ותפקוד הכבד.
- מאפשר פיתוח של בדיקות (assays) עם תוצאות כמותיות, כגון אחוז השומן בכבד וצפיפות הרשת הווסקולרית.
- תומך ביכולת הרחבה (scalability) ובשימוש חוזר בפלטפורמה במחקרי NAFLD פרה-קליניים.
- משפר את המוכנות לסריקה על ידי מתן אפשרות להערכה אמינה ולא-טרמינלית של התקדמות המחלה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאם סממנים ביולוגיים של דימות פרה-קליני עם נקודות קצה רלוונטיות למחלה לצורך רציפות תרגומית.
- מאפשר קבלת החלטות על קידום מותאם סיכונים באמצעות אספקת נתוני שלבי מחלה כמותיים ואובייקטיביים.
- מקל על הערכת יעילות טיפולית במחקרים אורכיים ללא צורך בהקרבת בעלי חיים חוזרת.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי קישור תוצרי הדימות לספיגה תפקודית ברקמות ולבנייה מחדש של כלי דם.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
פרוטוקול דימוי זה משתלב ברצף הגילוי, החל מאימות מטרות מוקדם ועד להערכת מועמדים פרה-קליניים במודלים של NAFLD.
- ביולוגיה של הגילוי: תומכת בבדיקת השערות ובבירור מסלולים ביולוגיים על ידי כימות שינויים בכלי הדם וברקמות הכבד.
- סריקה: מספקת פלטי דימות כמותיים הניתנים לשחזור לצורך הערכת תרכובות ותקינה של בדיקות (assays).
- אנליטיקה: מספקת מדידות סטטיסטיות של שומן בכבד, נפח רשת כלי הדם וקוטר הווריד הפורטלי לצורך השוואה בין מצבים.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין ממצאים פרה-קליניים לנקודות סיום קליניות על ידי התאמת סמנים ביולוגיים בדימות להתקדמות המחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמת דימות רב-שימוש עבור תוכניות מו"פ שונות המתמקדות ב-NAFLD.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף של מטרות טיפוליות ב-NAFLD.
- ערך תפעולי: מתקנן הערכה לא פולשנית ואורכית לצורך שחזור ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות טובה יותר לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) ויעילות הון באמצעות אספקת נתונים אובייקטיביים על שלבי המחלה.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים ובקידום מועמדים לטיפול ב-NAFLD.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בדימות בעלי חיים קטנים ובמידול מחלות כבדיות.
- מחייב גישה למכשור micro-CT ותוכנה מתקדמת לניתוח תמונות.
- דורש סטנדרטיזציה בין-צוותית של בחירת האזור האנטומי וסגמנטציה של ROI.
- התאמה למודלים פרה-קליניים שונים עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- הדיוק תלוי במיקוד אנטומי מדויק ובפרמטרי דימות עקביים.
שאלות נפוצות בביופארמה
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Animal Preparation and Imaging Workflow
2:02
Evaluation of Hepatic Lipid Deposition/Steatosis
3:21
Functional Tissue Uptake/Lipid (Chylomicron) Transfer in the Liver
4:27
Architecture and Density of the Hepatic Vascular Network
5:32
Hepatic Relative Blood Volume
6:33
Results: Average Contrast Values and the Micro‐CT Imaging in Mice with NAFLD and Healthy Controls
7:50
Conclusion
