Method Article

마우스 모델을 사용하여 급성 이온화 방사선 유발 피부 독성의 정량적 평가를위한 광학 분광학 확산

DOI:

10.3791/53573

⸱

May 27th, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Radiation Oncology, University of Toronto, 2Department of Physics, Ryerson University, 3Department of Medical Biophysics, University of Toronto, 4Ontario Cancer Institute / Campbell Family Institute for Cancer Research

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

방사선에 대한 피부 반응의 정량적 광학 바이오마커를 제공하는 확산 광학 분광법(DOS) 접근법을 제시합니다. DOS 기기 설계, 광학 매개변수 추출 알고리즘 및 방사선 유발 홍반의 전임상 마우스 모델에서 대표 데이터를 생성하는 데 필요한 동물 취급 절차에 대해 설명합니다.

Abstract

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전리 방사선(IR)으로 인한 급성 피부 독성은 외부 빔 방사선 요법(RT)의 치료 과정에서 발생하는 흔한 부작용이며 환자의 삶의 질과 장기 생존에 부정적인 영향을 미칩니다. 정상 조직 독성과 관련된 생물학적 경로에 대한 이해의 발전으로 중재 약물의 개발이 가능해졌지만, 현재의 반응 연구는 피부 반응의 중증도를 평가하기 위한 정량적 지표가 부족하여 제한적입니다. 여기에서는 방사선에 대한 피부 반응의 정량적 광학 바이오마커를 제공하는 확산 광학 분광법(DOS) 접근 방식을 제시합니다. DOS 시스템의 계측 설계와 광학 매개변수를 추출하기 위한 반전 알고리즘에 대해 설명합니다. 마지막으로, 임상적 유용성을 입증하기 위해 방사선 유발 홍반에 대한 전임상 마우스 모델의 대표 데이터를 제시하고 결과를 일반적으로 사용되는 시각적 점수와 비교합니다. 설명된 DOS 방법은 임상 환경으로 해석할 수 있는 기능적 반응을 통해 피부 독성에 대한 객관적이고 높은 처리량을 평가합니다.

Introduction

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동시에 정상 주변 구조를 살려주는 동안 방사선 치료 (RT) 계획 및 배달 기술 개선은 지금, 종양 부위에 전달하는 매우 균일 치료 용량 허용합니다. 고농도 목표는 피부 가까이에있는 경우 또 급성 때때로 심각한 부작용을 피할 수있다. 심한 정도로하면, 생성 된 정상 조직 손상 부정적인 RT 처리 결과 및 환자의 삶 1,2- 품질에 영향을 미칠 수있다.

해로운 결과에도 불구하고, 방사선 피부 홍반의 현재 관리 손상으로 이어지는 기본이되는 생물학적 메커니즘을 무시 크림이나 연고를 사용, 비특이적 남아있다. 이러한 접근 방법은 원인보다는 ​​증상을 최소화를 기반으로하고 있습니다. 또한, 중재 적 치료의시기와 관리는 방사선 피부 손상 평가의 질적, 주관적 자연 복잡하다. 몇몇은 인정하지만조직 (RTOG, EORTC) 시각 등급 권장 사항을 제공은 기관하여 메타 분석의 목적을 위해 정상 조직의 독성의 비교를 모호하게, 기본 점수의 자신의 선택에 따라 다릅니다. 또한, 이러한 등급 시스템은 방사선 손상 정도의 차이는 독성이 감소 전략을 평가하는 시험의 식별력이 될 수 있도록, 조 간 관찰자 변동되기 쉽다.

오히려 시각적으로 조사 된 피부의 홍반 정도를 설명하기보다는 다른 방법은 정량적으로 장기에 발생하는 기본적인 생리 학적 변화를 설명하는 파라미터를 측정하는 방법이다. 혈액 헤모글로빈 (혈색소), 조직의 산소 포화도 (STO 2) 또는 산소 헤모글로빈 (oxyHb) 수준은 생쥐 3-6의 조사에 의한 홍반을위한 프록시로 사용되어왔다. 조사 후, 총 헤모글로빈 레벨 변동을 겪지 만 oxyHb 또는 STO (2)는 다음 특성 초기 급격한 증가를 거칠가을과 다른 더 지속적인 상승 3,6. 자극은 피부 홍반을 유발하기 위해 사용되는 경우, 혈관 oxyHb 레벨 직접 로컬 홍반과 염증 7의 심각도와 상관 관계.

광 확산 스펙트럼 (DOS)는 중요한 조직 성분의 생화학 미세 부품의 기능 정보를 제공하는 근적 외광을 사용한다. 이 정량 비 침습적 광학 기술은 헤모글로빈 농도와 STO (2)의 작용을 통해 대리 홍반 중에 발생하는 혈관의 사이토 카인 - 유도 된 혈관 확장을 측정하는 방법을 제공한다. 임상 스코어링 방법 8-11와 DOS 측정 된 파라미터를 비교하는 최근의 연구는 현재의 등급에 고유 한 한계를 극복하는 기술의 가능성을 나타내 시스템.

여기에서 우리는 양적 DETE에 대한 기능 대리를 사용 사내, 휴대용, DOS 시스템을 설명전 임상 마우스 모델 5 방사선에 의한 피부 독성 cting 차이. 설명 된 플랫폼은 조기 발견 및 중재 약물 반응의 미묘한 분화 고감도 표준화 홍반 스코어링하는 수단을 제공 할 수있다. 더욱이, 경미한 적응으로 계측 결국 실시간 맡 모니터링 임상 적으로 사용될 수있다.

Protocol

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다음 방법은 Sunnybrook 연구소 동물 관리 윤리위원회의 지침에 따라 있습니다.

1. 확산 반사율 분광학 시스템

  1. 이전에 기술 된 핸드 헬드, 광섬유 프로브와 휴대용 분광 수집 시스템 (Kim 등. 2010)를 이용하여 확산 반사율 스펙트럼을 수집하고 간단히 완성도 1,2 그림 1 (및 관련 캡션)에서 검토된다.

급성 방사선 피부 손상의 마우스 모델 2. 준비

  1. 그들을 실험을 시작하기 전에 일주일 동안 동물 시설에 적응 할 수 있습니다 (예 : 무 흉선 또는 SKH-1 바람직하게 털이) 주문 6 주 된 쥐. 보호구는 적어도 3 비 조사 대조군 마우스와 조사 된 그룹 5 마우스.
  2. 기본 DOS 측정 및 조사 전에 귀 펀치 또는 영구 마커 m를 사용하여 마우스를 라벨꼬리에 arkings. 마우스는 누드가 아닌 경우, 측면 피부의 2cm 패치하여 2cm에 머리를 제거 할 수 있지만이 경우 피부 자극을 일으킬 수 있습니다.

3. 확산 광 분광학 데이터 수집

  1. 전자 제품의 전원을 켭니다.
  2. 마우스 피부의 경우, 박스 카 필터 폭에 대한 수집 시간이 25 밀리 초, 신호 평균 25와 1을 입력하여 수집 소프트웨어에 대한 신호 파라미터를 설정합니다. 이러한 매개 변수는 소음에 획득 시간과 신호 사이의 적절한 균형을 제공합니다.
  3. 사용자 정의 프로그램 수집 소프트웨어를 사용하여 자동으로 두 개의 소스 검출기 분리 거리에서 배경 독서, R의 BG (LED 꺼짐)과 확산 반사율을 획득 "획득"버튼을 클릭하여 R의 신체의 체중 측정 (260 μm의 520 μm의). 총 획득 시간은 1 ~ 2 초입니다.
  4. 측정을 수행하기 전에 실내 조명 스위치를 눌러 모든 형광등 실내 조명을 끄십시오.
    참고 : Fluoresc엔트 실 등 (이들 조명 시변 광 강도를 생산하고, 따라서 백그라운드 신호로서 감산하는 것은 어렵다), 검출 신호를 방해. 이용 될 수있다 백열 전구는 높은 배경 수준 (소음에 불량 신호)를 방지하기 위해 DOS 프로브에서 거리 조명을 유지하지만.

4. 동물 마취 및 기준 DOS 측정

  1. 모든 연결이 그대로 액체 이소 플루 란 수준이 적합하도록 보장하여 마취 기계를 준비​​합니다. 도스 프로브의 편안한 범위 내에서 살균, 부드럽게 패딩 표면 아래로 녹화 할 수있는 연결 관과 코 콘과 마취 유도 챔버를 사용합니다.
  2. 30 초 동안 4 % 이소 플루 란으로 유도함으로써 유도 챔버 내에서 한번에 하나의 마우스 케이지 마취. 다음 2 분 동안 2 %의 이소 플루 란 양을 낮 춥니 다. 마우스가 뒷다리의 발가락을 곤란로부터 응답을 관찰하지로 마취되어 있는지 확인합니다.
  3. 빨리그 측면에 배치, 살균 DOS 프로빙 영역에 하나의 마우스를 이동 코 콘에 그 주둥이를 고정 및 마취 (2 % 이소 플루 란)의 흐름에 코 콘 튜브를 엽니 다.
    참고 : 프로 시저으로 1 걸리는 경우 - 2 분, 건조 함을 방지하기 위해 눈에 수의사 연고를 적용합니다.
  4. 마우스 피부 측정을 획득하기 전에, 70 % 에탄올로 닦아 프로브 살균. 피부를 소독하지 마십시오.
  5. 로컬 혈관을 분산하지 않도록해야합니다 만드는 측면 피부에 부드럽게 프로브를 놓습니다. 측정 기간 동안 수작업으로 프로브를 잡아.
  6. 다이에서 5 도트 형성 따라 2cm (조사되는 영역)에 의해 약 2 cm의 플랭크 피부 영역을 프로빙함으로써 반사율 데이터를 획득. 모든 후속 측정에 일관성이 프로빙 패턴, 지역, 프로브 압력과 바디 사이드 (왼쪽 또는 오른쪽)를 유지합니다.
    참고 : 전체 스캔은 약 60 초 소요됩니다. 프로브 압력 리터를 분산하지 않고 스캔을 얻을 충분해야한다OCAL의 혈관.
  7. 복구 케이지에 마우스를 이동하고, DOS 프로빙 영역에 다음 마우스를 통해 이동합니다. 모든 마우스가 측정 될 때까지 4.6 - 반복 4.2 단계를 반복합니다. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 무인 동물을 두지 마십시오.

5. 동물 조사

주 :이 프로토콜은 조사 장치의 사용을 요구하고, 동물 준비 조사부 장치의 요구를 충족하기 위해 조절 될 필요가있다. 조사 중에 플랭크 피부의 작은 영역은 방사선 빔에 노출되어야한다. 조사부는 멸균 시설에 위치해야하고 자신의 멸균 주택 지역에 마우스를 반환 할 때 적절한 케이지 살균 관찰해야한다.

  1. (- 4.2 단계 4.1에서와 같이) 및 사출을 위해 준비되기 전에 유도 챔버 내에서 한번에 하나의 마우스를 마취시키다 마취 기계를 준비​​한다.
  2. 유도 챔버, 세대에서 마우스를 제거TLY 플랩을 형성 이상과 신장 피부 아래의 측면 피부와 장소 테이프를 꼬집어.
  3. 플렉시 글라스 스테이지 상에 마우스를 위치시키고 맞춤 리드 지그 본체 커버 (작업 디자인 측면 피부를 통해 인출 될 수 있도록 측면 창을 따라 바닥이있는 직사각형 박스와 적어도 일단 개방). 지그 창을 통해 피부 플랩을 당겨 조심스럽게 무대에 플랩을 테이프.
    참고 : 사용자 정의 리드 지그 마우스를 고정 할만큼 작다. 맞춤 지그 완전히 마우스를 고정하지 않는 경우, 추가 restrainers를 사용 및 / 또는 마취제를 투여 (80-100 ㎎ / ㎏) - 전체 조사 전반 고정화 된 마우스를 유지하는 복강 내 주사를 통해 (12.5 ㎎ / ㎏ 10)과 자일 라진 순서.
  4. 조사부에 지그와 마우스로 플렉시 글라스 단계를 놓습니다. (원하는 용량을 설정 (X-ray 소스, 전압, 시간 및 암페어에서 피부의 거리)를 결정하고 제공 예를 들어, 160 KVP의 x 축에서 11cm레이 6.3 mA와 2.5 분의 소스).
    참고 : 화상 및 DNA의 손상을 방지하기 위해 기계의 사용 지침을 따라 X 선 소스와주의를 사용합니다.
    참고 : 무 흉선 누드 마우스 14 일 35 Gy의에 대한 응답으로 조사를 게시 주위에 촉촉한 박리를 개발하지만, 17 Gy를 만 작은 누덕 누덕 기운 박리.
  5. , 조사부에서 장치와 마우스를 가지고 차폐를 제거, 테이프를 제거하고 개별 복구 케이지에 넣습니다. 이 마취에서 회복 후 정상 공유 케이지에 마우스를 돌려줍니다. 반복 5.2 단계 - 모든 마우스에 대한 5.4 및 제어 마우스에 가짜 작업을 수행합니다.
  6. 조사 후, 정규 조건에서 동물을 수용. 비정상적인 행동이 (고통을 의미 할 수 있습니다 예를 들어, 구부리고 자세 등)를 개발하는 경우, 문제를 진단 할 수있는 수의사에게 문의하십시오. 통증 완화는 kg 프레 노르 핀 피하 또는 수의사의 지시에 0.1 mg의 / 관리를 포함 할 수있다. 체중 감소는 정상 (B)의 20 %를 초과하면ODY 질량, 집 그것은 별도로 자신의 케이지에서 높은 영양 식품을 제공한다.

6. 후속 DOS 측정

  1. 모니터 및 DOS 정량적 기법을 이용하여 피부 반응의 강도를 측정한다. 조사 3,4 다음 십이일 - 피부 변화와 이전 작품의 육안 검사는 DOS 매개 변수에 큰 변화가 6 주위 (기준에 대해) 기대 될 수 있음을 시사한다. 상당한 변경은 모델에 따라도 이전 또는 이후 일어날 수 있기 때문에, 다른 측정 시점 조사하는 것이 유용 할 수 있습니다.
  2. DOS 장비 및 4 절에 설명 된대로 취 기계 및 DOS 측정을 획득 3.Prepare 절에 설명 된대로 교정을 설정합니다.

7. 이후 취득 처리

참고 : 다음 섹션의 모든 단계 높은 성능 소프트웨어 환경에서 만든 사용자 지정 프로그램을 사용하여 수행됩니다. 표준화 된 명명 수도원각 스펙트럼 수집 파일의 이온 배치 처리를 위해 사용된다. 모든 단계는 그림 2에 도시되어있다.

  1. 배경 독서를 포함한 모든 측정 된 스펙트럼에서베이스 라인 (노이즈 플로어)를 뺍니다.
  2. 측정 스펙트럼, R의 신체의 체중 측정에서 단계 3.3에서 얻은 배경 독서, R의 BG (LED 꺼짐)를 뺍니다.
    참고 :이 문서의 나머지 부분은 모든 스펙트럼은 노이즈 플로어와 배경 감산 및 R CORR로 지칭 것으로 간주됩니다.
  3. 제 1 참조 1, 2에 기술 된 바와 같이, 절대 반사율, R 복근에 R CORR 변환합니다.
    1. 상대 반사율 측정을 구 Rrel이 유제 20 %의 팬텀 (는 Fresenius 카비, 스웨덴)에서 48 %로 3 % 분취 분획 증가에 팬텀 (즉, 3 %, 6 %, 9 %, ..., 48 %) 및 유제 농도 대 Rrel의 음모로 만들 수 있습니다.
    2. & 대 R 복근의 절대 플롯을 생성# 956; S '반사율 확산 방정식을 사용하여 14.
    3. 두 곡선의 피크와 일치하고 R 복근의 x 축과 일치하도록 Rrel의 x 축을 조정합니다.
    4. 소정의 파장 및 소스 검출기의 분리에 이용하여 Y 축 척도
      figure-protocol-1
      참고 : 다음 섹션에서 측정의 모든 피팅 R 복근을 참조한다.

8. 스펙트럼 데이터 피팅

참고 : 다음 절에서는 마우스 피부의 기능 매개 변수를 추출 활용 이론과 피팅 알고리즘을 설명합니다. 사용되는 모든 이론 내부의 다음 문서 14-18 참고 문헌을 참조하십시오. 모든 방정식 (미리 프로그램 모듈을 포함하는) 하이 엔드 과학 소프트웨어 환경 일반적으로 물리 또는 엔지니어링 연구소에서 사용 된 프로그래밍된다고 가정한다.

  1. ㄱ을 설명하는 기능을 프로그램bsorption 스펙트럼 관심 방정식을 사용하는 스펙트럼 범위에서 해당 개별 발색단의 합으로 피부의 (λ)을 μ :
    figure-protocol-2
    STO이 0 내지 1 범위의 무 차원 산소 포화도가 동안 여기서, H (B)은 총 헤모글로빈의 농도 (g / L)이다.
  2. 옥시을 구 figure-protocol-3 및 데 옥시, figure-protocol-4 , Prahl (19)의 온라인 컬렉션 (텍스트 파일로 저장) 헤모글로빈 스펙트럼.
  3. 피부의 산란 스펙트럼을 설명하는 기능을 프로그램 figure-protocol-5 , A (cm-1)는 λ의 O = 1 nm 내지 K에서의 μ "의 값이 전력 법칙 의존성을 사용하여, 매체 의존 역률16.
  4. 프로그램 단계 8.2에서 스펙트럼 식 통합 기준 14 식을 기반으로 확산 반사율의 전방 모델의 수학 함수 - 앞으로 모델 기능 (에 8.3 즉, R (R은 (λ),의를 μ (λ를 μ )) R (R, H의 B, STO 2, A, K를) =.
    주 : 다양한 모델이 존재하는 동안 정상 상태 확산 이론 방정식 조직 배광 간단하고 정확한 설명을 제공한다.
  5. 프로그램이 사각형 섹션 8.4에서 순방향 모델링 반사 스펙트럼 차이와 측정 된 반사율 스펙트럼 기능.
  6. 반복적으로 8.5가 가장 작은 절에서 최소 제곱 차 함수까지 H의 B, STO 2, A, 및 (k)를 변경합니다. 매트랩의 lsqcurvefit 자동이 단계를 수행 할 수있다.
  7. Repea모든 측정 된 반사율 데이터 세트에 (H에 B, STO (2) A, 및 K) DOS 파라미터를 얻기 위해 8.6 - 8.5 t 단계.
  8. 5 정규화 된 프로브 스팟 측정 - 3의 각 마우스의 세트의 평균을 사용하여 해당 유일한 기준 측정과 DOS 매개 변수의 상대적인 변화를 플롯. 이 플롯은 매트랩의 플롯 명령을 사용하여 만들어집니다.

9. 비주얼 방사선 피부염 채점 기간

  1. 모니터링 및 질적 등급 스케일을 사용하여 피부 반응의 강도를 점수 조사 후 매 48 시간을 (- 24 시간 다음 조사 하나는 변경 3을 관찰 할 수 있습니다) (더글러스와 파울러 등급 규모 20 참조). 두 멀게 연구자들은 이상적이다. 핸드 헬드 카메라와 참조 규모 (즉, 통치자)와 함께 사진을 취득하는 것은 평가에 도움이 될 수 있습니다.
  2. 참고 : 이틀 조사 후 피부를 채점하는 것은 FO 최적의 DOS 측정 시간을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다모델을 r에. 더 자주 점수는 모델과 연구 문제에 따라 중요한 데이터를 얻을 수 있습니다.
  3. 각 시점에서 각 그룹의 중간 플롯. 특정 시점 또는 각 곡선 아래의 평균 전체 영역에서 그룹을 비교합니다.
  4. 마우스가 필요한 피부 치유의 점 (예를 들어 4 주)에 이어 한 후, 적절한 (승인) 법에 의해 쥐를 안락사.

Results

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도스 반사 기술은 방사선에 의한 피부 독성을 평가하는 기존의 정 성적 방법과 객관적인 대안을 제공합니다. 측정 된 반사 스펙트럼의 크기와 모양 모두의 변화로 존재 방사선의 독성 용량 다음 피부 외관에 시각적으로 변경됩니다. 모두 기본이되는 세포 미세 구조와 생리 학적 조직 상태의 기능 변화와 관련이 있습니다. 이 섹션에서는, 요한 등. ​​2014 (5)에 의해 이전에 발행 된 직장에서 대표적인 결과가 검토됩니다.

그림 3 (왼쪽) 대표 스펙트럼 (얇은 블루 라인)를 보여 육일 40 Gy를 조사 후 피부 홍반의 무 흉선 마우스 모델에서 260 μm의 소스 분리에 측정 하였다. 사전 조사 (그림 3, 오른쪽 패널)에 비해, ~ 550-650 nm에서의 스펙트럼 모양의 차이는 사장님, 관찰산소 헤모글로빈의 증가 엘리 때문에. 절대 반사율의 작은 증가는 또한 티슈 산란 전력의 증가에 상관 관계가 보인다. 6 일 다음과 같은 조사에서 관찰 된 스펙트럼은 0.75의 시각적 피부 점수에 상관 관계.

선택 파장 후 조사 반사율 변화의 평가 완전한 반사 스펙트럼을 활용하고 또한 잡음 감도의 잠재적 문제를 운반하지 않는다. 그러나, 전체 스펙트럼을 피팅 직관적 광학 바이오 마커 (H B를 STO 2)로 변환되도록 설정 전체 데이터를 허용한다. (3)에 나타난 등식을 사용하여 측정 된 데이터를 생성 발작 (초록색 선) (얇은 잡음 선) 표시 도표 섹션에서 우수 협정에 기초 발색단의 선택 및 산란 형상을 적절히 마우스 피부 모델을 서술되었음을 확인 관찰된다.

그림 4는 피부의 상대적 변화를 보여준다 조사 된 마우스 일대에서 다양한 시간 포인트 (6, 9, 12 일)에 대한 STO 2 (N = 8) 그림 5는 해당 질적 피부 반응 점수를 보여주고있다. STO 2에서 진보적 인 증가는 사전 조사 3 일 값 (P <0.05)에 비해 통계적으로 다른 것을 관찰된다. 이러한 경향은 피부 손상의 정도에 하루 12에서 피크 (의 평균 점수 ~ 3) 시각적 점수 대리로 STO이의 잠재력을 보여주는 (그림 5)를 육안으로 관찰 증가를 반영.

이는 통계 학적으로 유의 한 변화가 리턴 광에 대한 바이오 마커 중 어떤 보이지 않았다 주목해야한다측정 된 12 일 동안 대조군 (N = 3) 비 조사 (데이터는 보이지 않음). A와 K의 변화는 시간 (그림 6)를 통해 모니터링 할 수 있으며, 이러한 피부의 산란 특성이 방사선에 대한 응답으로 변화하고 있음을 나타냅니다.

figure-results-1
1. DOS 계측 그림. 확산 반사율 측정 형상의 (A) 도식 (B) 광섬유 프로브 :. 광학 탐침은 18 G 금속 바늘로 번들 간격 260 μm의 이격 200 μm의 코어 광섬유의 선형 어레이로 구성된다. 검출 섬유 광학 분광계에 접속되어 두 개의 소스 섬유는 광대역 개의 발광 다이오드에 연결된다. 순차적으로 소스를 각각 설정하여, 분광계 260 μm의의 거리에서 확산 반사율를 수집 할 수 있으며,소스 섬유의 각각으로부터 520 ㎛의 (C) 등을 포함한 노트북 DOS 시스템 연결된 광섬유 프로브와 광학 박스 ​​:. 자동화 데이터 수집 프로그램 스펙트럼 연속 콜렉션을 구동하는데 사용된다. 전자는 SMA 커넥터를 통해 광섬유 프로브에 연결 인수 상자에 보관되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-2
.. 그림 2 스펙트럼 처리 모든 x 축 저울 나노 미터에 있습니다 (A) 원시 상대 스펙트럼,베이스 라인이 읽기 약 900 사이입니다 - 1,000 nm의 배경 신호와 거의 동일한 (B) 상대 배경 독서 (C.. ) 배경 및 기준은 상대의 감산 pectra. (D)은 물론 (C)에 나타낸 처리 스펙트럼의 확장 다음의 스펙트럼을 교정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-3
(왼쪽) 조사 - 비와 조사 (오른쪽) 마우스 피부 육일 그림 3. 일반적인 흰색 빛을 반사 스펙트럼은 조사를 게시 할 수 있습니다. 측정 (파란색 잡음)과 맞는 (초록색) 일반적으로 관찰 사이의 우수한 계약을. 두 키 차이는 두 그룹 사이에 볼 수 있었다 : 절대 반사율 1) 전반적인 증가와 550 사이의 스펙트럼 모양이) 뚜렷한 변화 - 600 nm의. 요한 외. 2014 5의 허가와 함께.>이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-4
40 Gy를 조사 다음 마우스 피부의 산소 분획 그림 4. 변경합니다. 두 그룹 사이의 기준 정규화 평균 차이 (마우스 당) 일 6 (박스 1), 9 (상자 2), 12 (박스 3 중요하다 ). 요한 외. 2014 5의 허가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-5
40 Gy를 따라 일의 함수로서도 5 질적 평균 피부 반응 점수 (N = 8) 생쥐 피부에 조사. 요한 외. 2014 5에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-6
40 Gy의 일수 6 일 조사 (상자 1), 9 (상자 2), 12 (상자 3) A (왼쪽) 인치의 변화와 K (오른쪽) 다음 그림 6. 상대 A의 변화와 마우스 피부의 K 6 일 (상자 1, 왼쪽 및 오른쪽)에 유의 한 (P <0.026)였다. 요한 외. 2014 5의 허가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

정량적 광학 바이오 마커를 사용하여 방사선의 피부 독성을 평가하기위한 DOS 접근법이 제시되었다. 비주얼 피부 독성 채점 시스템은 전문적인 교육이 필요하고, 심지어 다음 간 관찰자 변동과 주관하는 경향이 있습니다. 도스 시스템 및 분석 소프트웨어는 사용하기 간단 최소한의 교육을 필요로하고 피부의 생리적 변화를 해석하기위한 목적 기능 매개 변수를 반환합니다. 또한, 대신 하나의 매개 변수로 피부 병변의 모양을 설명하기에, DOS는 스펙트럼 모양, 광학적 특성 및 민감도와 현재 성적 채점 방법에서 사용할 수없는 특이성의 추가 학위 기능 / 미세 매개 변수에 풍부한 정보를 제공한다. 섹션 1 및도 7은 광학 바이오 마커의 정량 피팅에 이용 될 수 절대 스펙트럼 데이터를 얻기위한 주요 처리 단계를 강조. 배경 및 기본 감산은 사용자가 수행 할 수 있도록 필수적인통상의 조명 아래 DOS 측정. 제 8 필요한 모델 전에 X 선 조사 후, 무 흉선 마우스를 설명하기 위해 필요한 방정식을 제공한다. 여기서, 적절한 흡수제의 선택은 측정 된 스펙트럼의 정확한 설명에 매우 중요하다. 사용자가 충분히 문헌 파장 범위와 종래 광학 바이오 마커 피팅 모델 구축을 특정 연구에 사용 된 관심 조직을 지배하는 중요한 흡수제를 조사하는 것이 권장된다. 마지막으로, 섹션 3-5 DOS 획득 동안 무 흉선 마우스의 처리에 대해 설명합니다. 로컬 혈관을 방해하지 않도록하기 위해, 마우스의 피부 표면에 DOS 프로브를 배치 부드럽게 힘을 사용한다.

하이퍼 스펙트 럴 3,4- 카메라 시스템에 비해 비교적 저렴하면서 설명 DOS 방식의 명확한 제한이 확산 반사율을 측정하는 포인트 프로브의 사용이다. 피부에이 반사 형상 필수품 부드러운 접촉일관성 검사 피부 압력이 사용되지 않으면 혈관 분산시켜 측정 불확실성을 도입 할 가능성이있다. 도스 프로브의 미래의 설계는 일관된 결과를 유지하기 위해 압력 센서를 포함 할 수있다. 근접 검출기 소스 분리 (<2-3mm)의 사용은 피부 표면에 특정한 광학 탐침 깊이를 허용하면서 또한, 개선 된 특이성은 하이퍼 스펙트 럴 2D 영상에 비해 공간 해상도의 손실이 온다. 이러한 제한, 전체 조사 볼륨이 사용되었다 캡처 5 점 사분면 스캔을 최소화합니다. 공간 해상도의 부족에도 불구하고, 마우스 5 이전의 작품은 광 바이오 마커의 능력 조사 및 비 조사 피부뿐만 아니라, Vasculotide 6으로 중재 약물을 살려주는 피부의 영향뿐만 아니라 차별화 스파 스 지역 평균 보이고있다.

전반적인 시스템 디자인은 다른 피부에 맞게 수정 될 수 있지만 또한 주목해야한다 모델은 기준 스펙트럼을 기초 산란 형상을 최적화 할 필요가있다. 특히, 옥시 및 데 옥시 헤모글로빈이 아니라 무 흉선 마우스 모델, 최적의 피팅에 대한 멜라닌의 추가가 필요할 수 있습니다 어두운 피부에 같은 모델의 응용 프로그램을 설명하는 동안. 또한, DOS의 확장은 더 높은 파장의 지배 물을 첨가을 필요로 할> 950 nm의 높은 파장 대역폭. 또한, 다른 피부 두께와 동물 모델은 깊이 감도를 최적화하기 위해 다른 소스 검출기 분리를 요구할 수있다. 마지막으로, 털이 기능은 알고리즘 간단합니다. 비 털이 모델은 특정 연구 질문에 대한 최적 일 수 있지만, 그들은 결과에 영향을 미칠 수있는이 과정에서 DOS 측정 전에 머리 제거 및 피부 자극이 필요합니다. 총 면역 기능이 면역 털이 마우스 중요 연구 (예를 들어, SKH-1) 인해 euthymic 자연에 더 좋은 모델이 될 수 있습니다.

ENT "> DOS 프로브 측정에 중요한 고려 사항은 부합 RT 및 조사 영역의 추정이다. 온도 변동 티슈 헤모글로빈 및 STO 2 레벨에 영향을 미칠 수있다. 각각의 데이터 수집 시간에서 3 비 조사 된 동물의 그룹을 측정하여베이스 라인으로서 기능 할 수있다 매개 변수 값에 의도하지 않은 환경 변동이 정상화 될 수있다. 또한, 조사 영역 (피부 플랩 준비가 일관되지 않은 경우) 손상이 시각 5 일 (40 Gy를) 주위에 명시하는 시작되기 전에 추정하기 어려울 수 있습니다.에 검은 영구 마커를 사용하는 경우 상기 방사선 - 노출 된 피부의 경계를 도트 판독을 손상시킬 수 잉크 얼룩을 방지하기 위해 과도한 잉크 사용을 피한다.

시스템의 추가 기능은 산란 특성에서 흡수를 분리하는 기능입니다. 대안 하이퍼 스펙트 럴 이미징 시스템은 oxyHb 및 헤모글로빈 농도 하이퍼 스펙트 럴 촬상 I의 자유 공간의 형상을 모니터 할 수있는 기능을 제공하는 반면 산란 변화를 해결할 수없는이야. 산란에 중요한 변경으로 인해 홍반 (홍조)에 발생하는 경우이 제한은 반환 oxyHb, 헤모글로빈의 부정확성 및 STO이 매개 변수가 발생할 수 있습니다. 또한, DOS를 이용하여 산란 변화 모니터링 홍반 평가를위한 추가적인 광학 바이오 마커를 제공 할 수있다. 도 6에 도시 된 바와 같이, 요한 외. (2014)에서 초기 결과는와 같은 시각적 채점 시스템과 같은 다른 대안적인 방법에서 관측 된 추세에 상관없는 전리 방사선 다음 시간적 추이를 보여주는 k는 것을 나타낸다. 이 산란 변화가 시각적으로 설명하는 방식으로 명시하지 않는 사실 별도의 생물학적 과정을 설명 할 수 있음을 나타냅니다. 따라서, 다른 방법에 비해, DOS는 표면 산란 변경에 대 한 높은 해상도, 평소 HB-기반 측정에서 분리 될 수 있습니다 새로운 피부 손상의 바이오 마커를 조사하기위한 수단을 제공한다.

jove_content "> 우리의 모델은 (임상 설정에 사용되는 것이 아니라 여러 작은 분획 투여) 큰 하나의 방사선 량,이 모방 급성 인간의 피부의 방사성 (21)의 병태 생리. 더 최적화, DOS가 제공 할 수 있다는 구상되어 사용되지만 방사선에 의한 피부 반응의 자동화 및 표준화 점수에 대한 양적 접근 방식.이 기술을 마스터 한 후, 미래의 응용 프로그램은 예를 들어, 피부 radioprotection에 대한 제어 및 실험 치료 사이에 oxyHb 수준을 비교하거나, 상처 치유 촉진을 위해 (피부를 살려주는 치료제의 차이를 모니터링 포함 할 수있다 ). 동물 모델에서 높은 처리량 약물 스크리닝에 적합하지만, DOS 시스템 인해 유용성 및 일반 조명 조건에서 측정 할 수있는 능력의 용이성 임상 환경에 잠재적으로 적응할 수있다.이 경우에, 프로브 디자인은 약간의 수정을 요구할 수있다 를 고려하여 약간 큰 optode 분리와인간 피부의 두께를 증가. 임상 DOS 시스템은 고통스러운 피부 반응을 최소화하고 환자의 편안함과 준수를 향상시킬 수있는 중재 적 치료의 온라인 평가를 허용합니다. 향후, 만성 방사선에 의한 피부 손상 (예를 들어, 섬유화)의 기능에 DOS 기반 정량을 확장 흥미로운 일이 될 수 있습니다.

Disclosures

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저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

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이 연구는 Abbott CARO(Canadian Association of Radiation Oncologists), Uro-Oncologic Radiation Awards 및 Alan E. Tiffin Foundation에서 SKL에 수여하는 연구 보조금의 지원을 받았습니다. EK는 Frederick Banting and Charles Best Canada Graduate Scholarship, Scace Graduate Fellowship in Prostate Cancer Research 및 Paul Starita Graduate Student Fellowship의 지원을 받았습니다.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
누드 마우스예: Charles RiverAthymic nude Crl:NU(NCr)-Foxn1nu 또는 면역 능력이 있는 누드 Crl:SKH1-Hrhr
작은 동물 조사기 예: Faxitron X-Ray Corp.Faxitron CP160
동물 마취 유도 챔버가 있는 이소플루란 기화기를 사용하는 경우 튜브와 노즈 콘이 필요합니다.
리드 지그 및 플렉시 글라스 스테이지맞춤 제작방사선 조사기 장치가 동물의 몸 전체를 방사선에 노출시키는 경우 납 차폐를 사용하여 피부 덮개만 노출시켜야 합니다.
의료용 테이프 
영구 마커/이어 펀처
MatlabMathworks Inc., Natick, MAStatisticsToolbox 포함 
LabviewNational Instruments, Vaudreuil-Dorian, QB
DOS 시스템
광학 멀티플렉서Ocean Optics, 더니든, FL모델 MPM-2000
분광계Ocean Optics, 더니든, FL모델 S200
백색광 소스Ocean Optics, Dunedin, FL모델 LS-1
Intralipid-20%Kabi Pharmacia, New York, NY
반사 표준INO, 퀘벡 시티, QB

References

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