2016년 1월 27일
최근에 사용 가능한 비디오 녹화 및 시공간 매핑(STmap) 기술을 사용하면 장 운동성의 전파 및 혼합 패턴을 시각화하고 정량화할 수 있습니다. 이 프로토콜의 목표는 GIMM(GastroIntestinal Motility Monitoring) 시스템을 사용하여 STmap의 생성 및 분석을 설명하는 것입니다.
체외(ex vivo intestines)에 대한 포괄적인 시공간 지도를 만들기 위한 전반적인 목표는 전체 세그먼트에 걸쳐 장 벽의 상세한 움직임을 관찰하여 내강 내용물에 대한 반응을 연구하는 것입니다. 이 기술의 주요 장점은 동일한 조직 분절의 다른 영역 내의 활동을 기록하고 공간과 시간에 비교할 수 있어 단순한 수축 또는 이완이 아닌 복잡한 운동성 패턴을 식별할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 정상적인 장 운동성에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만, 영양소 또는 운동 패턴과 같은 다양한 약물 및 발광 내 제제의 효과의 관념화에도 적용할 수 있습니다.
일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 처음에는 시공간 지도를 해석하기 어려울 수 있기 때문에 어려움을 겪을 것입니다. 그러나 시간이 지남에 따라 복잡한 패턴을 한 눈에 식별할 수 있습니다. 먼저 안락사된 기니피그의 결장이나 장을 제거한다.
따뜻한 크렙스 용액에 고정하십시오. 해부 트레이에서 내강을 통해 Krebs 버퍼를 부드럽게 관류하여 모든 내강 내용물을 제거합니다. 뭉툭한 끝 카테터가 있는 주사기를 사용하고 관류 중에 결장 분절이 과도하게 팽창하지 않도록 합니다.
다음으로, 직경이 3mm인 2개의 화염 연마 유리관 카테터에 2, 3mm 길이의 폴리에틸렌 튜브를 부착합니다. 가열된 박리 트레이에서 조직 준비의 구강 끝에 하나의 카테터를 삽입하고 외과 의사의 매듭을 사용하여 카테터를 둘러싼 작은 튜브 조각 뒤에 봉합사를 묶습니다. 매듭이 꼭 맞는지 확인하기 위해 카테터를 부드럽게 다시 당겨 빼냅니다.
폴리에틸렌 튜브의 작은 조각은 봉합사의 미끄러짐을 방지합니다. 조직의 복부 말단에 있는 다른 카테터를 사용하여 이 과정을 반복합니다. 그런 다음 조직 준비에서 장간막을 제거합니다.
두 카테터를 모두 고정한 상태에서 해부 트레이의 제제를 GIMM 장기 수조 중 하나로 옮기고 구강 끝이 사용자 반대쪽을 향하도록 조직을 배치합니다. 다음으로, 유리관 끝을 수조 측면에 부착하거나 플라스틱 클립을 사용하여 카테터를 카메라를 고정하는 데 사용되는 수조 위의 기둥에 카테터를 부착하여 모델러 점토를 사용하여 유리관 카테터를 장기 수조에 고정합니다. 이제 각 카테터의 열린 끝 부분에 5cm 길이의 튜브를 부착합니다.
구강 카테터의 경우 짧은 튜브 조각을 루어 잠금 장치가 부착된 긴 튜브 조각에 연결합니다. 그런 다음 5밀리리터 주사기를 루어 잠금 피팅에 연결합니다. 이것은 조직 준비에 완충액을 주입하는 데 사용됩니다.
복부 카테터의 경우 튜브를 사용하여 내강 유출을 수집 용기로 유도합니다. 이제 부착된 주사기를 사용하여 데워진 크렙스 완충액으로 조직을 천천히 세척하여 복부 카테터에서 나오는 액체에서 볼 수 있듯이 양호한 흐름이 있는지 확인합니다. 조직이 30분 동안 평형을 이루는 동안 비디오 녹화 시스템을 보정하여 진행합니다.
GIMM 소프트웨어를 사용하여 카메라 높이 배치, 밝기 및 대비에 대한 비디오 설정, 수평 거리를 보정합니다. 보정할 카메라의 실험 탭을 클릭합니다. 그런 다음 File(파일) 메뉴에서 Calibrate(보정)를 클릭합니다.
보정 워크스테이션 창에 비디오가 나타나면 이미지에 결장 내강에 삽입된 카테터의 끝이 포함되는 높이로 카메라를 설정합니다. 그런 다음 각 수조에 부착된 반투명 눈금자 스티커를 사용하여 화면의 이미지에서 보이는 수평 거리를 보정합니다. 동일한 calibrate 워크스테이션 창에서 빨간색 수직 가이드라인을 10mm 간격으로 설정합니다.
그런 다음 이 거리를 거리 커서의 창에 입력하고 Cal 버튼을 클릭합니다. 다음으로, calibrate 워크스테이션 창 내에서 게인, 밝기 및 셔터 슬라이더를 조정하여 조직 세그먼트가 밝은 배경에 어두운 실루엣으로 나타나도록 합니다. 그런 다음 카메라 자체의 초점과 조리개 노브를 조정하여 이미지를 더욱 향상시킵니다.
이미지 보정을 완료하려면 Save(저장)를 클릭한 다음 팝업 화면에서 Yes(예)를 클릭합니다. 마지막으로 종료를 클릭합니다. 30분의 평형 기간이 끝나면 실험을 시작합니다.
실험 시험의 이름을 지정하는 것부터 시작합니다. 다음으로, 플라스틱 클램프로 복부 카테터에서 돌출된 튜브의 내강을 폐색합니다. 그런 다음 약 7ml의 크렙스 완충액을 근위 결장 내강에 주입합니다.
목표는 추진 수축을 시작하기에 충분한 팽창을 제공하는 것입니다. 세그먼트가 luminal fluid에 의해 팽창되면 비디오 녹화를 시작합니다. 소프트웨어에서 명명된 트라이얼을 두 번 클릭하여 실험용 카메라 보기를 연 다음 토글 스위치를 켜진 위치로 클릭하여 카메라 필드를 봅니다.
미리 결정된 길이의 비디오 데이터를 수집합니다. 이 초기 제어된 팽창 시험이 끝나면 클램프를 느슨하게 하거나 제거하여 조직 세그먼트가 팽창하는 액체를 내강 밖으로 밀어낼 수 있도록 합니다. 조직이 10 내지 20분 동안 재평형을 이루도록 한 다음 치료를 사용하여 절차를 반복했습니다.
단일 조직 제제는 검사 사이의 적절한 휴식 시간 동안 최대 5회, 10분 동안 치료를 거칠 수 있습니다. 조직의 분해를 알리는 점막 벗겨짐에 주의하십시오. 기록을 분석하려면 특정 시도의 이름을 두 번 클릭하여 ST 맵 구성을 위한 분석 창을 엽니다.
비디오 재생 영역 내에서 대비 및 밝기 슬라이더를 조정하여 이미지를 분석에 적합하게 만듭니다. 밝은 배경에 검은색 티슈 실루엣을 만듭니다. 다음으로, 비디오 이미지 창 내에서 수평 및 수직 빨간색 가이드라인을 설정하여 분석을 위한 조직 영역을 분리하고 아티팩트가 포함된 영역을 제거합니다.
그런 다음 분석 시간을 설정합니다. 녹색 A 버튼을 클릭하여 시작점을 선택하고, 시간 슬라이더가 올바른 위치에 있을 때 노란색 B 버튼을 클릭하여 시작점을 선택합니다. 그런 다음 모터 분석 탭을 선택하여 ST 맵 창을 연 다음 스톱워치 버튼을 클릭합니다.
조직의 검은색 실루엣 내에 있는 십자선 커서를 클릭하여 ST 맵 생성을 시작합니다. 맵 생성을 완료하는 데 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. ST 맵이 구성된 후 확대/축소 기능을 선택하여 이미지를 확대합니다.
그런 다음 색상 옵션을 선택하여 이미지를 회색조 대신 색상으로 봅니다. 그런 다음 enable을 선택하여 커서를 사용하여 분석할 픽셀을 선택할 수 있습니다. 선택된 픽셀과 관련된 조직의 경우, 시간 경과에 따른 내강 직경의 변화가 분석되고 ST 맵의 오른쪽에 추적되는 입자 직경으로 표시됩니다.
해석이 끝나면 종료를 선택합니다. 이제 File(파일)을 선택한 다음 Export Data(데이터 내보내기)를 선택한 다음 Metafile(메타파일)을 선택하여 다른 용도로 ST 맵을 내보냅니다. 파일 이름을 지정하고 Save(저장)를 클릭하여 emf 파일로 저장합니다.
이 기술에 의해 생성된 지도는 거리와 시간 모두에서 조직의 내강 직경의 변화를 보여줍니다. 수평 거리는 X축에, 시간은 Y축에 있으며, 시작 시간은 맨 위에, 끝 시간은 맨 아래에 있습니다. 오른쪽 위 모서리에는 최소 및 최대 광경을 표시하고 X 축과 Y 축 모두에 대한 배율 조정을 표시하는 범례가 있습니다.
따라서 그레이스케일 이미지 내의 다른 픽셀 음영은 다른 내강 직경에 해당합니다. 어두운 픽셀은 넓은 직경에 해당하고 밝은 픽셀은 더 작은 직경에 해당합니다. 원형 근육의 수축파는 내강 직경의 감소로 인해 더 가벼운 픽셀화 영역으로 나타납니다.
대조적으로, 원형 근육 이완 또는 큰 유체 덩어리로 인한 내강 팽창은 더 어두운 픽셀로 표시됩니다. 전파 수축의 파동 외에도, 분할(segmentation)로 알려진 혼합 운동성 패턴도 시각화할 수 있습니다. 작은 정지 수축은 동시에 다른 영역에서 발생합니다.
시간이 지남에 따라 이러한 작은 수축은 복부 항문 끝을 향해 이동합니다. 조직에 남아 있는 mesentery는 어두운 수직선으로 표시되는 아티팩트를 유발할 수 있습니다. 이러한 인공적인 수직선의 수평 이동은 종방향 근육 움직임의 타이밍을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
이 비디오를 시청한 후에는 비디오 녹화를 위해 장 분절을 준비하는 방법과 장 운동성의 후속 표현을 시공간 지도로 생성하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 절차에 따라 천연 성분이 소화 및 흡수를 촉진하기 위해 특정 운동 패턴을 유도하는 방법을 결정하기 위해 루미널 용액에 다양한 영양소를 추가할 수 있습니다. 신경 체액제에 대한 수용체의 특정 약리학적 작용제 또는 길항제의 사용은 운동성이 시작되고 전파되는 메커니즘을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
이 기술은 운동 장애 치료에 유용한 화합물을 결정하는 데 유용한 데이터를 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
본 논문은 GastroIntestinal Motility Monitoring (GIMM) 시스템을 사용하여 장 운동의 시공간 지도(spatiotemporal maps, STmaps)를 생성하고 분석하는 프로토콜을 제시합니다. 이 기술을 통해 ex vivo 장의 복잡한 운동 패턴을 시각화함으로써 장벽 운동에 대한 이해를 높일 수 있습니다.
장 운동의 시공간적 매핑을 통해 ex vivo 조직 내 수축 패턴을 상세하게 시각화함으로써, 위장관 약물 발견 과정에서 기전적 리스크를 줄일 수 있습니다. 조직 분절 전체에 걸쳐 운동의 방향, 속도, 빈도 및 강도를 포착함으로써, 이 방법은 운동 장애에 대한 타겟 검증의 예측 신뢰도를 제공합니다. 이러한 접근 방식은 약물이 내강 역학에 미치는 영향에 대한 전임상 평가에 이르기까지, 발견 단계부터의 중개적 연속성을 용이하게 합니다.
이 방법은 운동성 메커니즘의 가설 검증을 통해 발견 생물학에 통합되며, 화합물 평가를 위한 분석 준비도를 통해 스크리닝에 활용되고, 장 약리학의 전임상 연속성을 지원함으로써 중개 연구에 적용됩니다.