Un Multimodal Imaging approccio basato su Micro-CT e fluorescenza molecolare tomografia per valutazione longitudinale della fibrosi polmonare indotta da bleomicina in topi
13 aprile 2018
Descriviamo un multimodali non invasive imaging approccio basato su Micro-CT e fluorescenza molecolare tomografia per valutazione longitudinale del modello di fibrosi del polmone del topo indotto mediante instillazione intratracheale doppia di bleomicina.
L'obiettivo generale di questo studio su un modello murino simile all'IPF è quello di monitorare longitudinalmente la fibrosi polmonare con tecniche di imaging non invasive come FMT e micro-CT. Questo metodo può far avanzare la sequenza per quanto riguarda questi specifici eventi molecolari che si verificano nella fibrosi polmonare. Il vantaggio principale di questa tecnica è che i cambiamenti anatomici di specifici eventi molecolari possono essere monitorati in modo non invasivo.
Le applicazioni di queste tecnologie si estendono alla terapia della patologia IPF perché la fusione di FMT e micro-CT rappresenta la possibilità di studiare la progressione della malattia e la valutazione di nuove terapie. Inizia posizionando un topo anestetizzato sulla piattaforma di intubazione appendendolo per i suoi incisivi posti sul filo. Accendi il laringoscopio, quindi prendi un paio di pinze smussate e apri delicatamente la bocca.
Posizionare la lama del laringoscopio verso la parte posteriore della bocca fino a visualizzare l'apertura della trachea. Utilizzare l'altra mano per inserire il tubo di mandata collegato all'estremità del tubo in PE nella trachea. Ruotare la valvola a tre vie per erogare 50 microlitri di bleomicina.
Dopo l'installazione, rimuovere rapidamente il tubo dalla trachea per evitare il soffocamento. Tieni i mouse in posizione verticale per alcuni secondi. Per l'iniezione della sonda, prendere il mouse per la coda e lasciarlo afferrare il coperchio della gabbia.
Quindi afferra le spalle e tieni il topo per la collottola. Immergere la coda in un becher di acqua tiepida per far gonfiare le vene per facilitare la visualizzazione e l'inserimento dell'ago. Trova le due vene caudali su entrambi i lati della coda, non l'arteria sul lato inferiore della coda.
Inserire l'ago da 26 gauge della siringa da 1 millilitro caricata con MMP nella vena e iniettare la soluzione della sonda MMP a 10 millilitri per chilogrammo di peso corporeo. Per iniziare, inizializzare il software di acquisizione della data e aprire un nuovo studio nel database per l'esperimento. Prima di iniziare l'imaging, trasferire il topo rasato e anestetizzato al centro della cassetta di imaging.
Tenere il mouse piatto, sicuro e delicatamente compresso contro entrambe le finestre della cassetta di imaging. Quindi nella finestra di scansione del software, fare clic su Oggetto"e quindi visualizzare l'anteprima per vedere l'immagine dal vivo. Disegnare la regione di scansione sufficientemente grande in modo da catturare i tessuti che circondano l'area di fluorescenza prevista.
Una volta disegnato il ROY, fare clic su Aggiungi alla coda di ricostruzione"e quindi fare clic su Scansione"per visualizzare l'immagine del mouse. Al termine dell'acquisizione dell'immagine, rimuovere il mouse dalla cassetta di imaging e riporlo nella gabbia domestica. Quantificare i picomoli di fluorescenza utilizzando lo strumento ROY e ridurre il ROY di circa 700-800 millimetri cubi sul segnale proveniente dalla regione polmonare.
Ripetere l'imaging ogni sette giorni o secondo necessità. Per eseguire l'imaging con micro-CT, accendere prima la micro-CT premendo il pulsante di accensione verde e avviare il software per riscaldare la sorgente di raggi X. Crea il database cliccando su "Nuovo database" e costruisci il browser in base al numero di topi nell'esperimento.
Prima di iniziare la scansione, selezionare i parametri di acquisizione nella finestra di controllo del software come segue. Impostare la tensione del tubo a raggi X a 90 kilovolt, la corrente del tubo a raggi X CT a 160 micro angstrom, la corrente del tubo a raggi X in tempo reale a 80 micro angstrom e il campo visivo a 36 millimetri. Selezionare nessuna tecnica di gating e alta risoluzione e quattro minuti per la tecnica di scansione.
Dopo aver anestetizzato il topo mediante inalazione di isoflurano al 3%, posizionarlo sul letto dell'animale inserito nel piccolo foro con un cono nasale che fornisce un apporto costante di anestetico. Immobilizzare le zampe con del nastro adesivo sul letto per consentire l'esposizione del torace. Sul lato successivo lo sportello dello strumento si è chiuso e attiva la modalità live per vedere la posizione del mouse in tempo reale premendo il pulsante di acquisizione.
Sposta la cuccia per allineare il torace con il campo visivo utilizzando i pulsanti sullo strumento CT. Una volta centrato il mouse, ruotare il gantry per confermare la posizione ottimale del letto selezionando 90 gradi e facendo clic su Imposta"Quindi fare clic sul pulsante di scansione TC. Fare clic su Sì" per il messaggio che informa che la sorgente di raggi X verrà attivata.
Dopo l'imaging, riposizionare gli animali nella gabbia e monitorarli fino a quando non si sono completamente ripresi dall'anestesia. Ripetere l'imaging ogni sette giorni o secondo necessità. La colorazione con il tricromo di Masson rivela la morfologia del tessuto polmonare.
Le immagini del gruppo trattato con bleomicina hanno mostrato un pattern pronunciato di fibrosi a partire dal settimo giorno, principalmente come singole masse fibrotiche e progredito al giorno 14 in conglomerati confluenti di collagene sostituito ed è rimasto inalterato fino al giorno 21. L'imaging micro-CT ripetuto ha permesso la quantificazione e la segmentazione delle vie aeree nei lobi polmonari della fibrosi. Le vie aeree erano divise in una parte centrale e una distale.
La parte distale delle vie aeree è il tratto intrapolmonare e si divide nei lobi polmonari come lobo cranico destro, lobo medio destro, lobo caudale destro, lobo accessorio destro e polmone sinistro. La quantificazione del raggio delle vie aeree ha mostrato un aumento del raggio nei topi trattati con bleomicina rispetto ai controlli salini. Ogni punto rappresenta l'errore medio standard della media di cinque animali per un totale di 30 topi.
La quantificazione della fibrosi polmonare totale di topi trattati con veicolo o bleomicina in diversi punti temporali dimostra che questi parametri micro-CT concordano con i risultati istologici. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita di routine per lo screening antidroga. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della fibrosi polmonare per esplorare l'efficacia del trattamento ripetuto in modelli animali simili all'IPF.
Visualizza la trascrizione completa e accedi a migliaia di video scientifici
Panoramica
Questo studio presenta un approccio di imaging multimodale non invasivo che utilizza la Micro-CT e la tomografia molecolare a fluorescenza (FMT) per la valutazione longitudinale della fibrosi polmonare in un modello murino. Il metodo consente il monitoraggio dei cambiamenti anatomici e degli eventi molecolari specifici associati alla fibrosi polmonare nel tempo.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Neuroscienza
- Biologia
- Imaging medico
Sfondo
- La fibrosi polmonare è una malattia progressiva che può essere modellata nei topi.
- Le tecniche di imaging attuali spesso richiedono procedure invasive.
- L'imaging non invasivo può migliorare la comprensione della progressione della malattia.
- La combinazione di FMT con Micro-CT offre una visione completa dei cambiamenti polmonari.
Obiettivo dello studio
- Monitorare longitudinalmente la fibrosi polmonare in un modello murino simile all'IPF.
- Valutare l'efficacia delle tecniche di imaging non invasive.
- Studiare la progressione della fibrosi polmonare e valutare nuove terapie.
Metodi utilizzati
- Imaging Micro-CT per la valutazione anatomica.
- Tomografia molecolare a fluorescenza per il tracciamento degli eventi molecolari.
- Doppia instillazione intratracheale di bleomicina per indurre la fibrosi.
- Monitoraggio di topi anestetizzati durante le procedure di imaging.
Risultati principali
- Monitoraggio non invasivo di successo della progressione della fibrosi polmonare.
- Identificazione di eventi molecolari specifici associati alla fibrosi.
- Vantaggi dimostrati delle tecniche di imaging combinate.
- Potenziali applicazioni nella valutazione di terapie per l'IPF.
Conclusioni
- L'approccio di imaging multimodale è efficace per studiare la fibrosi polmonare.
- Le tecniche non invasive possono fornire informazioni sui meccanismi della malattia.
- Questo metodo potrebbe facilitare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.
Domande frequenti
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
