マウスモデルを用いた急性電離放射線による皮膚毒性の定量的評価のための光学分光拡散

この拡散光スペクトロスコピー技術の全体的な目的は、急性放射線誘発性紅斑を記述するための定量的なバイオマーカーを開発することです。この手法は、放射線治療の分野において、重度の放射線皮膚毒性のリスクがある患者を特定するための予測バイオマーカーとして利用できます。したがって、この技術の主な利点は、放射線皮膚毒性を定量化するための客観的かつ体系的な指標を提供できる点にあります。

ここでは、拡散光分光法について実演します。マウスの操作は、Loo研究室の研究員であるElinaが行います。電子機器の電源を入れ、システムの起動を待ちます。次に、室内の蛍光灯をすべて消し、測定装置から離れた位置に白熱灯を配置して、作業用の照明を確保します。

次に、マウス皮膚からの測定を行うための装置設定を行います。信号パラメータを次のように設定してください。収集時間を25 millisecondsに、信号平均回数を25に、ボックスカーフィルター幅を1に設定します。

これらのパラメータは、データ取得時間と信号対雑音比の合理的なバランスを実現します。次に、カスタムプログラムされた取得ソフトウェアを使用して、LEDをオフにした状態でバックグラウンド値を自動的に取得します。その後、2種類の光源-検出器間距離で拡散反射率の測定値を取得します。

260 µmで1回、520 µmで2回目の測定を行います。総取得時間は約2秒となります。マウスを麻酔させた後、滅菌済みのDOSプローブ領域に移動させます。

個体を横向きに固定し、吻部をノーズコーンに装着して2% isofluraneガスを投与し、麻酔を維持させます。次に、プローブを70% ethanolで滅菌します。ただし、皮膚の滅菌は行わないでください。滅菌したプローブを側腹部の皮膚に軽く当てます。

プローブの圧力で局所の血管系が分散してはいけないため、強く押しすぎないようにしてください。プローブを保持したまま、照射予定の2 cm四方の領域で反射データを取得します。サイコロの目のように、5点の配置でデータを収集してください。

以降のすべての測定において、このパターンとプローブ圧を一定に保ってください。測定後、マウスを回復用ケージに戻します。マウスの回復を待つ間に、次のマウスで同様の手順を繰り返します。

この手順は、使用可能な照射装置に合わせて調整されています。皮膚の狭い範囲に照射する場合は、必要に応じて調整してください。マウスを麻酔した後、側腹部の皮膚を軽くつまみ、伸ばした皮膚をテープで固定してフラップを作成します。

次に、マウスをプレキシガラス製ステージの上に置き、カスタマイズした鉛製治具で体を覆います。2方向からアクセス可能で、皮膚を照射するためのウィンドウがある鉛ボックスを使用してください。その後、皮膚のフラップを治具のウィンドウから引き出し、フラップをステージにテープで固定します。

マウスがジグで固定されない場合は、麻酔薬を注射してください。その後、ジグとマウスを載せたステージを照射装置に入れます。必要な照射線量を算出してください。

例えば、11 cm離れた位置に配置した160 peak kilovoltageのX線源を用い、6.3 milliampsで2.5分間照射すれば、皮膚を十分に照射することができます。その後、算出された線量を投与します。動物への投与後、回復用ケージに戻します。

麻酔から回復後、マウスを通常の共同飼育ケージに戻します。マウスへの照射および測定は、上述の方法で行いました。照射前に、皮膚の無胸腺マウスモデルを用いて、光源間隔 260 micron でベースラインスペクトルを測定しました。

太い緑色の線は、細い青色の線の数学的なフィッティングを示しています。40 grayの照射から6日後に行われた測定と比較して、550から600 nanometersの間でスペクトル形状に差異が観察されましたが、これはおそらく酸化ヘモグロビンの増加によるものです。また、絶対反射率のわずかな上昇も見られ、これは組織の散乱能の増加と相関している可能性があります。

フィッティング後のデータから、照射後の時間経過に伴って追跡可能な定量的光学バイオマーカーが得られます。例えば、組織酸素飽和度の測定値は、照射後に段階的に上昇しました。この定量データは、同様に照射後に段階的に上昇した皮膚毒性の視覚的グレードと相関していました。

このビデオを視聴することで、放射線による皮膚毒性の定量的なスコアリングに拡散光スペクトロスコピー（DOS）をどのように活用するかについて、十分に理解できるはずです。習得すれば、適切に行った場合にこの手法は2〜3分で完了させることができます。この手順を行う際は、血管系を分散させないよう、DOSプローブをそっと押し当てることが重要です。

この手法は、放射線治療の分野において、正常組織の放射線反応を記述するための生理学的パラメータを関連付ける方法として利用できます。