マウスにおけるブレオマイシン誘発肺線維症の縦断的評価マイクロ CT と蛍光分子トモグラフィーに基づくマルチ モーダル イメージング手法
2018年4月13日
非侵襲的なマルチ モーダル イメージング ブレオマイシンの二重気管内投与によるマウス肺線維症モデルの縦断的評価のマイクロ CT と蛍光分子トモグラフィを用いた手法について述べる.
IPF様マウスモデルを用いたこの研究の全体的な目標は、FMTやマイクロCTなどの非侵襲的イメージング技術を用いて肺線維症を縦断的にモニタリングすることです。この方法は、肺線維症で発生するこの特定の分子イベントに関して、どのような配列を進めることができます。この技術の主な利点は、特定の分子イベントの解剖学的変化を非侵襲的に監視できることです。
この技術の応用は、FMTとマイクロCTの融合が疾患の進行と新しい治療法の評価を研究する可能性を示しているため、IPF病理の治療にまで及びます。まず、麻酔をかけたマウスを挿管プラットフォームに置き、ワイヤー上に置かれた切歯で吊るします。喉頭鏡の電源を入れ、鈍い端の鉗子を取り、口をそっと開きます。
気管の開口部が視覚化されるまで、喉頭鏡の刃を口の後ろに向けて置きます。もう一方の手で、PEチューブの端に接続されたデリバリーチューブを気管に挿入します。三方弁を回転させて、50マイクロリットルのブレオマイシンを供給します。
取り付け後、窒息を防ぐために気管からチューブをすばやく取り外してください。マウスを数秒間直立させます。プローブインジェクションの場合は、マウスのテールを取り、ケージの蓋をつかむようにします。
次に、肩をつかみ、マウスの首筋を持ちます。尾を温水のビーカーに浸して静脈を腫れさせ、視覚化と針の挿入を容易にします。尾の下側の動脈ではなく、尾の両側にある2つの尾静脈を見つけます。
MMPを装填した1ミリリットルの注射器の26ゲージの針を静脈に挿入し、体重1キログラムあたり10ミリリットルでMMPプローブ溶液を注入します。開始するには、日付取得ソフトウェアの初期化を行い、実験用のデータベースで新しい研究を開きます。イメージングを開始する前に、剃毛して麻酔をかけたマウスをイメージングカセットの中央に移します。
マウスを平らに固定し、イメージングカセットの両方のウィンドウに対して静かに圧縮します。次に、ソフトウェアのスキャンウィンドウで、[件名]をクリックし、プレビューしてライブ画像を表示します。予想される蛍光領域を囲む組織が捕捉されるように、スキャン領域を十分に大きく描きます。
ROY が描画されたら、[Add to Reconstruction Queue] をクリックし、[Scan] をクリックしてマウスをイメージ化します。画像取得が完了したら、マウスをイメージングカセットから取り外し、ホームケージに戻します。ROYツールを使用して蛍光のピコモルを定量化し、肺領域からの信号のROYを約700〜800立方ミリメートルに低減します。
7日ごとまたは必要に応じてイメージングを繰り返します。マイクロCTで撮像するには、まず緑色の電源ボタンを押してマイクロCTをオンにし、X線源を温めるためのソフトウェアを起動します。「New Database」をクリックしてデータベースを作成し、実験に参加したマウスの数に基づいてブラウザを構築します。
スキャンを開始する前に、ソフトウェア制御ウィンドウで次のように取得パラメータを選択します。X 線管の電圧を 90 キロボルト、CT X 線管の電流を 160 マイクロオングストローム、ライブ X 線管の電流を 80 マイクロオングストローム、視野を 36 ミリメートルに設定します。「ゲート技術なし」と「高解像度」を選択し、スキャン技術に4分間を選択します。
3%イソフルランを吸入してマウスを麻酔した後、鼻円錐形を使用して小さな穴に挿入された動物ベッドにマウスを置き、麻酔薬を一定に供給します。胸が露出するように、ベッドの上でテープで前足を固定します。次に、計器のドアを閉じてライブモードをオンにし、キャプチャボタンを押すとマウスの位置がリアルタイムで表示されます。
CT装置のボタンを使用して、動物のベッドを動かして胸を視野に合わせます。マウスが中央に配置されたら、ガントリーを回転させて最適なベッド位置を確認し、90度を選択して「設定」をクリックし、次にCTスキャンボタンをクリックします。X線源がオンになることを通知するメッセージに[はい]をクリックします。
イメージング後、動物をケージに戻し、麻酔から完全に回復するまで監視します。7日ごとまたは必要に応じてイメージングを繰り返します。マッソントリクロームで染色すると、肺組織の形態が明らかになります。
ブレオマイシンを投与した群の写真は、7日目から主に単一の線維性腫瘤として始まり、14日目に置換コラーゲンのコンフルエントコングロマリットに進行し、21日目まで変化しなかった線維症の顕著なパターンを示しました。マイクロCTイメージングを繰り返すことで、線維化性肺葉の気道の定量化とセグメンテーションが可能になりました。気道は中央部と遠位部に分かれていました。
気道の遠位部分は肺内管であり、右頭蓋葉、右中葉、右尾葉、右副葉、左肺として肺葉に分かれています。気道半径の定量化は、生理食塩水対照と比較して、ブレオマイシン処理マウスの半径の増加を示しました。各点は、合計30匹のマウスに対する5匹の動物の平均の平均標準誤差を表します。
ビヒクルまたはブレオマイシンで治療されたマウスの異なる時点での全肺線維症の定量化は、これらのマイクロCTパラメータが組織学的所見と一致することを示しています。この手法を習得すると、薬物スクリーニングのために定期的に実行できます。この技術の開発後、肺線維症疾患の研究者がIPF様動物モデルで反復治療の有効性を探求する道を開きました。
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概要
この研究は、マウスモデルにおける肺線維症の経時的評価にマイクロCTと蛍光分子断層撮影（FMT）を利用した非侵襲的マルチモーダルイメージングアプローチを提示します。この方法により、時間の経過に伴う解剖学的変化と肺線維症に関連する特定の分子イベントをモニタリングすることができます。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 生物学
- メディカルイメージング
背景
- 肺線維症は、マウスでモデル化できる進行性疾患です。
- 現在のイメージング技術は、しばしば侵襲的な処置を必要とします。
- 非侵襲的イメージングは、疾患の進行の理解を深めることができます。
- FMTとマイクロCTを組み合わせることで、肺の変化を包括的に見ることができます。
研究の目的
- IPF様のマウスモデルにおける肺線維症を経時的にモニタリングすること。
- 非侵襲的イメージング技術の有効性を評価すること。
- 肺線維症の進行を研究し、新しい治療法を評価すること。
使用された方法
- 解剖学的評価のためのマイクロCTイメージング。
- 分子イベント追跡のための蛍光分子断層撮影。
- 線維症を誘発するためのブレオマイシンの二重気管内注入。
- イメージング処置中の麻酔下マウスのモニタリング。
主要な結果
- 肺線維症進行の成功的な非侵襲的モニタリング。
- 線維症に関連する特定の分子イベントの同定。
- 組み合わせたイメージング技術の利点の実証。
- IPFの治療評価における潜在的応用。
結論
- このマルチモーダルイメージングアプローチは、肺線維症の研究に効果的です。
- 非侵襲的技術は、疾患メカニズムの洞察を提供できます。
- この方法は、新しい治療戦略の開発を促進する可能性があります。
よくある質問
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
