超高速ドップラー超音波を用いたマウスの肝血管系のイメージングと定量化
2024年7月19日
高い空間分解能(100μm)と感度を備えた超高速ドップラー超音波(UFUS)は、肝臓血管系の包括的な定性的概要を得るための適切な非侵襲的イメージングモダリティを表しています。UFUSはまた、微小血管系の定量的測定を容易にし、血管疾患のメカニズムの理解を深めることを目的としています。
私たちの研究は、市販の超音波プラットフォームを使用した肝臓の非侵襲的な超高速超音波イメージングに焦点を当てています。これは、イメージングと分析のプロセスを合理化し、解剖学的参照を提供し、肝臓血管系の定量的および定性的評価を強化することを目的としています。私たちの分野での最近の開発には、小さな血管内の小さな血流を検出し、造影剤による感度を高め、空間分解能を向上させる超高速超音波が含まれます。
これは、平面波の伝送、フレームレートの向上、および各ピクセルの詳細な血液量の推定値の提供によって実現されます。私たちの分野の研究で見られる現在の技術は、超高速超音波イメージングと3DマイクロCTです。これらのツールは、肝臓の解剖学的構造の高度な理解と組み合わされ、マウスモデルにおける超音波イメージングの精度と再現性が向上しました。
私たちは、マウスの肝臓血管系に対する非侵襲的で超高速の超音波イメージングプロトコルを確立し、造影剤なしで正確な血液量測定を可能にしました。私たちの調査結果には、データ分析のための標準化された手順、堅牢な血管パラメータ化、解剖学的構造の明確な視覚化が含まれ、正確で再現性のある微小循環評価を保証します。当社のプロトコルは、造影剤を必要とせず、非侵襲的で高感度の肝臓イメージングを提供し、遅い血流と小さな血管を捕捉します。
モーションアーチファクトの除去、標準化された定量化、明確な解剖学的概要により精度を向上させ、正確で再現性のある測定値を表示します。まず、準備した麻酔をかけたマウスを加熱パッドに置きます。獣医師のトリマーで動物の腹をやさしくトリミングします 胸や腹部に圧迫を加えずに。そうしたら。
脱毛クリームを2分以内で塗布します。脱毛クリームを取り除き、ぬるま湯でやさしく洗います。次に、動物を背側に温熱パッドの上に置き、テープを使用して足をそっと固定します。
少量のぬるま湯で肌に潤いを与えます。20ミリリットルの注射器を使用して、遠心分離した超音波透過ジェルを剃った皮膚に直接塗布します。次に、3Dプリントされた水タンクを動物の上に置きます。
超音波透過ゲルと水タンクのポリメチルペンテン熱可塑性プラスチックとの間に空気がないか確認し、タンクに水を追加します。超高速ドップラー超音波用のマウスを準備した後、ソフトウェアを起動し、システム上で実験セッションを作成し、スキャンソフトウェアを起動します。ポップアップウィンドウで[はい]をクリックして、モーターを中央に配置します。
新しい実験セッションを作成するには、メニューから [セッション] を選択します。セッションパネルで、プロジェクト、件名、セッション、ユーザー名、コメント、タグなどの必要な情報を入力します。[検証] をクリックします。
次に、ロードシーケンスボタンを使用して、10ミリ秒のドップラー超高感度超音波シーケンスをロードします。イメージングの深さを 1 から 50 ミリメートルの間で定義し、イメージング可能な最大深度は 50 ミリメートルです。可視化パラメータを選択するには、ドップラーを選択して血管系をイメージングします。
画像圧縮方法(対数、平方根、または線形)を選択します。または、コントラスト範囲を自動またはスライダーを使用して手動で調整し、コントラストの高オプションと低コントラストオプションを使用します。カラーマップの縮尺を黒から白に選択するには、グレーオプションをオンにするか、赤みがかった黒から黄色に選択するとホットにチェックを入れます。
解剖学的ランドマークに基づいてイメージング平面を選択します。ドップラーモードとBモードの視覚化を切り替えて、肝臓葉と血管系の解剖学的構造に精通します。停止アイコンをクリックして、ライブビューを停止します。
次に、プローブの移動メニューに移動してプローブを調整し、平面を選択します。まず、動物をイメージングする準備をし、プローブを水タンクに配置します。プローブ操作と平面選択を行い、10ミリ秒のフレームレートでドップラー捕捉を開始します。
fUS 2Dメニューに移動して、特定の位置での経時的な血行動態の変化を画像化します。[プリセット]タブで、画像間の時間をゼロ秒に設定して、画像間の一時停止がない連続モードを選択し、合計録画時間を秒単位で定義します。次に、録画ボタンを押して2D集録を開始します。
録音が終わったら、停止ボタンを押します。取得した録音の名前を指定して、ファイルをスキャン形式でセッションフォルダに保存します。各録音の最後にポップアップウィンドウが表示され、データが自動的に保存されます。
解析スクリプトを gui_analysis.m 開きます。スキャンを選択し、10個の関心領域をボクセルサイズを2×2に設定します。各フレームに 40 ミリ秒を選択して、ドップラー積分を実行します。
次に、10個のROIがはっきりと見える動脈の間に自動的に事前に配置され、必要に応じて手動で調整できるように、臓器の血管周辺を描きます。合計 10 の ROI の任意の単位で平均肝臓の血液量を定量化するには、30 秒の記録内で静かなフレーム値の平均と標準偏差を自動的に推定します。
概要
本研究では、マウスモデルにおける肝血管系を評価するための、非侵襲的な超高速ドップラー超音波（UFUS）イメージングプロトコルを提示します。この手法により、肝血流および微小血管の定性的および定量的な評価の両方が向上します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 超高速ドップラー超音波イメージング
- 肝血管系の評価
- 非侵襲的イメージング技術
背景
- 超高速超音波技術により、感度と空間分解能が向上します。
- これにより、微小血管の詳細な可視化が可能になります。
- 手順を標準化することで、データ解析と再現性が向上します。
- 現在のイメージング手法には、UFUSおよび3D micro-CTが含まれます。
研究目的
- 肝血管系の非侵襲的なイメージングプロトコルを開発すること。
- 血流量測定の精度を向上させること。
- 造影剤を用いずに微小循環の評価を容易にすること。
使用した手法
- イメージングのためのマウス麻酔準備。
- 最適なイメージングのための超音波伝達ゲルの塗布。
- 10ミリ秒のドップラー超音波シーケンスの利用。
- 定義された関心領域を用いた血管パラメータの解析。
主な結果
- 肝血管系における堅牢なイメージングプロトコルの確立。
- 平均肝血流量の正確な定量化。
- 解剖学的構造および微小循環の鮮明な可視化。
- 標準化されたデータ解析手順による再現性の向上。
結論
- UFUSプロトコルにより、高感度な肝臓イメージングが可能になります。
- 緩やかな血流や微小血管を効果的に捉えることができます。
- 本手法はモーションアーチファクトを最小限に抑えることで、精度を向上させます。
よくある質問
産業界における重要性
マウス肝血管の非侵襲的超高速ドップラー超音波イメージングは、微小循環の高感度かつ定量的な評価を可能にし、肝疾患モデルにおける早期発見およびトランスレーショナルリサーチを支援します。本プロトコルの再現性と標準化は、堅牢な血管パラメータ化を促進し、生物学的な曖昧さを軽減して、前臨床ポートフォリオの意思決定における予測の信頼性を高めます。この機能により、UFUSは、創薬および前臨床の転換点における機能的血管解析のための再利用可能なプラットフォームとして位置付けられます。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- 疾患関連のマウスモデルにおいて、肝血管経路の機能的な解析を可能にします。
- 造影剤を使用せずに定量的微小循環データを提供することで、生物学的リスクの低減をサポートします。
- 再現性のある血管測定を通じて、ターゲット検証における予測信頼性を向上させます。
スクリーニングおよびアッセイの開発
- 肝血管系を標的とした下流の化合物評価のための、検証済みin vivoシステムの調製。
- イメージングおよび定量化ワークフローを標準化し、アッセイの再現性と拡張性を確保。
- 比較スクリーニングおよび縦断的研究に適した定量的出力を提供。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 生体動物において非侵襲的かつ機能的な血管評価を可能にすることで、トランスレーショナルバイオマーカー戦略に適合します。
- 堅牢で再現性のある測定をサポートし、創薬から前臨床検証までの継続性を確保します。
- 疾患の進行に関連する微小血管の変化を定量化することで、開発進展における意思決定のリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
超高速ドップラー超音波イメージングは、初期の発見から前臨床研究までを統合し、肝疾患モデルにおける仮説検証、ターゲットの妥当性確認、およびトランスレーショナルな連続性を支援します。
- 探索生物学： 定量的イメージングにより、仮説に基づいた肝血管機能の解析が可能になります。
- スクリーニング： 標準化されたプロトコルにより、化合物評価のための再現性と感度の高いリードアウトを実現します。
- 分析： 異なる条件下での比較に向けた、堅牢な血流量および微小循環の指標を提供します。
- トランスレーショナルリサーチ： 非侵襲的な評価は、バイオマーカーの開発および前臨床検証のニーズに合致しています。
- 企業での再利用： プロトコルの標準化とプラットフォームの互換性により、肝臓に焦点を当てた幅広い研究開発プログラムへの適用が可能です。
運用および企業への影響
- 科学的価値：肝血管研究における予測の信頼性を高め、メカニズムに関する曖昧さを軽減する。
- 運用上の価値：in vivoイメージングワークフローの再現性、拡張性、および標準化を向上させる。
- 戦略的価値：早期の定量的な血管評価を可能にすることで、go/no-go判断の質と資本効率を改善する。
- ポートフォリオへの影響：リスク調整後の優先順位付けおよび肝疾患プログラムの推進をサポートする。
実施上の検討事項
- 超高速ドップラー超音波装置の操作および解剖学的解釈に関する専門知識が必要です。
- 高フレームレート超音波プラットフォームおよび互換性のある解析ソフトウェアへのアクセスが必要です。
- 再現性を確保するため、撮像および定量化プロトコルのチーム間での標準化が求められます。
- 異なるマウスモデルに適用する場合、解剖学的基準の整合が必要になる場合があります。
- データの整合性を確保するため、呼吸によるモーションアーチファクトを管理する必要があります。
バイオファーマ よくある質問
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:03
Mouse Preparation for UFUS Imaging of the Hepatic Vasculature
3:13
Probe Operation and Plane Selection for Obtaining a Comprehensive Qualitative Overview of the Hepatic Vasculature
5:08
Doppler Scan Acquisition and Quantitative Measurement of Hepatic Blood Volume Using UFUS
