Name: 비알코올성 지방간 질환의 진행을 평가하기 위한 새로운 생체 내 미세 컴퓨터 단층 촬영 이미징 기술 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-24T13:25:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: 배우세요 비알코올성 지방간 질환의 진행을 평가하는 생체 내 미세 CT 이미징 기법을 마우스 모델에서 활용하여 간 혈관 네트워크 변화를 비침습적으로 분석하고 새로운 치료 전략 개발에 기여하는 방법을.

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그림 1 은 BioRender.com 사용하여 작성되었습니다. 이 작업은 그리스 연구 및 혁신 재단(#3222 to A.C.)의 지원을 받았습니다. Anna Hadjihambi는 간 연구 재단 인 Roger Williams Institute of Hepatology에서 자금을 지원합니다.

저자는 공개 할 것이 없습니다.

인간의 NAFLD 진단 및 병기 결정에 현재 권장되는 방법은 간 생검으로, 출혈 복잡성의 위험이 있을 뿐만 아니라 샘플링 부정확성40. 반대로, 동물 모델에서 이러한 진단은 사후 조직학에 의해 수행되지만, 생존 가능한 간 생검에 대한 프로토콜이 현재 이용 가능하고 연구 설계가 허용 할 때 권장된다41. 사후 조직학의 사용은 이 질병의 진행을 조사하기 위해 많은 수의 동물이 필요하다는 것을 의미합니다. 따라서 질병이 진행되는 동안 동일한 동물에서 연구를 수행할 수 없습니다. 다른 동물로부터 상이한 시점에서 얻은 샘플을 비교할 때 가변성은 또한 더 높을 것으로 예상된다. 이 기사에서 우리는 NAFLD의 확립된 실험 동물 모델에 적용된 혁신적이고 비침습적인 생체 내 마이크로 CT 접근 방식을 제공하여 기능적 매개변수, 즉 간 지방증 및 기능적 조직 흡수, 상대 혈액량, 문맥 직경 및 혈관 네트워크의 밀도, 같은 동물에서.
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비알코올성 지방간 질환(NAFLD)은 인구의 약 25%와 병적 비만인의 >80%에 영향을 미치는 대사성 질환입니다1. 이들 중 약 1/3은 간 지방증, 염증 및 섬유증을 특징으로 하는 비알코올성 지방간염(NASH)으로 진행된다2. NASH는 간경변 및 간세포 암종(HCC)의 발병 위험이 상당히 높은 질병 단계입니다.3,4. 이러한 이유로 NASH는 현재 간 이식의 두 번째로 흔한 원인이며 곧 간 이식의 가장 중요한 예측 인자 5,6,7가 될 것으로 예상됩니다. 유병률과 중증도에도 불구하고 NAFLD에 사용할 수 있는 질병 특이적 치료법은 없으며 기존 치료법은 인슐린 저항성 및 고지혈증과 같은 질병 관련 병리를 해결하는 것만을 목표로 합니다 5,6.
최근 몇 년 동안, 내피의 병태생리학적 역할과 적응, 그리고 일반적으로 지방 조직 및 간과 같은 대사 조직의 혈관 네트워크의 적응은 특히 비만 및 대사 조절 장애 동안 연구에서 더욱 중요해지고 있습니다 7,8. 내피는 내부적으로 혈관 네트워크를 둘러싸고 있는 세포 단층으로 기능적 및 구조적 장벽 역할을 합니다. 또한 혈전증, 대사 산물 수송, 염증 및 혈관 신생과 같은 다양한 생리 학적 및 병리학 적 과정에 기여합니다 9,10. 간의 경우, 혈관 네트워크는 다른 특징들 중에서도 간 정현파 내피 세포 (LSEC)로 정의되는 고도로 전문화 된 세포의 존재를 특징으로합니다. 이 세포에는 기저막이 없고 여러 개의 회향부가 있어 혈액과 간 실질 사이의 기질을 더 쉽게 전달할 수 있습니다. 독특한 해부학적 위치와 특성으로 인해 LSEC는 NAFLD/NASH 동안 간 염증 및 섬유증의 발병을 포함하여 간의 병태생리학적 과정에서 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다. 실제로, LSEC가 NAFLD 과정에서 겪는 병리학적, 분자적, 세포적 적응은 질병 진행에 기여한다11. 특히, NAFLD 동안 발생하는 LSEC 의존성 간 혈관 신생은 염증의 발병 및 NASH 또는 HCC12로의 질병 진행과 유의하게 관련이 있습니다. 게다가, 비만 관련 초기 NAFLD는 LSEC에서 인슐린 저항성의 발달을 특징으로 하며, 이는 간 염증 또는 기타 진행된 NAFLD 징후의 발병에 선행한다13.
또한, LSEC는 최근 여러 병인의 간 질환 동안 간 혈류 및 혈관 네트워크 적응의 중심 조절자로 부상했다14,15. 실제로 만성 간질환은 현저한 간내 혈관 수축과 혈류에 대한 저항성 증가를 특징으로 하며, 이는 문맥압항진증의 발병에 기여한다16. NAFLD의 경우 여러 LSEC 관련 메커니즘이 이러한 현상에 기여합니다. 예를 들어, LSEC 특이적 인슐린 저항성은 상기 언급된 바와 같이 간 맥관 구조의 인슐린 의존성 혈관 확장 감소와 관련이 있다13. 게다가, 질병이 진행되는 동안 간 혈관 구조는 혈관 수축 물질에 더 민감해져서 간 혈류의 손상에 더욱 기여하고 전단 응력의 출현으로 이어지며, 이는 둘 다 정현파 미세순환을 방해한다17. 이러한 사실은 맥관 구조가 간 질환의 핵심 표적임을 시사합니다. 그럼에도 불구하고 NAFLD/NASH의 적시 진단 및 모니터링과 잠재적 치료법의 개발을 방해하는 제한 요인은 간 미세 환경 및 (미세)혈관 구조의 일관된 특성화의 부적절함과 시공간 및 비침습적 방식으로 질병 단계의 점수 매기기.
마이크로 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상은 현재 살아있는 유기체 내의 해부학적 정보를 정확하게 묘사하기 위한 표준 비침습적 영상 방법입니다. Micro-CT와 MRI는 광범위한 병리를 포괄할 수 있고 영상화된 구조와 조직에서 탁월한 해상도와 디테일을 제공할 수 있는 두 가지 보완적인 영상 방법을 나타냅니다. 특히 마이크로 CT는 매우 빠르고 정확한 도구로, 뼈 질환 및 관련 골 표면 변화18와 같은 병리를 연구하고, 시간 경과에 따른 폐 섬유증의 진행을 평가하며19, 폐암과 그 병기20를 진단하고, 심지어 치과 병리21를 검사하는 데에도 자주 사용되며, 영상화되는 샘플의 특별한 준비(또는 파괴)가 없다.
micro-CT의 이미징 기술은 X선과 물질의 상호 작용 측면에서 다양한 장기의 다양한 감쇠 특성을 기반으로 합니다. 높은 X선 감쇠 차이를 나타내는 장기는 CT 이미지에서 높은 대비로 묘사됩니다(즉, 폐는 어둡고 뼈는 밝게 나타남). 매우 유사한 감쇠 특성(다른 연조직)을 나타내는 장기는 CT 영상에서 구별하기 어렵다22. 이러한 한계를 해결하기 위해 요오드, 금 및 비스무트를 기반으로 하는 특수 조영제가 생체 내 사용을 위해 광범위하게 조사되었습니다. 이들 작용제는 축적된 조직의 감쇠 특성을 변화시키고, 순환계에서 서서히 제거되며, 전체 혈관계 또는 선택된 조직의 균일하고 안정적인 혼탁을 가능하게 한다23.
인간 진단에서 CT 영상 및 MRI 유래 양성자 밀도 지방 분율과 같은 유사한 기술은 이미 간 지방 함량24,25의 측정에 사용되고 있습니다. NAFLD의 맥락에서 높은 연조직 대비는 병리학적 병변이나 작은 혈관을 정확하게 구별하는 데 필수적입니다. 이를 위해, 간 조직 특성의 향상된 조영제를 제공하는 조영제가 활용된다. 이러한 도구와 재료를 사용하면 혈관 네트워크의 구조 및 밀도, 지질 침착/지방증, 간에서 기능적 조직 흡수/지질(유미미크론) 전달과 같은 여러 간 특성 및 가능한 병리학 발현을 연구할 수 있습니다. 또한 간 상대 혈액량과 문맥 직경도 평가할 수 있습니다. 매우 짧은 스캔 시간에 이러한 모든 매개변수는 NAFLD의 평가 및 진행에 대한 다양하고 보완적인 정보를 제공하며, 이는 비침습적이고 상세한 진단을 개발하는 데 사용할 수 있습니다.
이 기사에서는 NAFLD의 진행 단계를 평가하기 위한 비침습적 방법으로 새로운 생체 내 마이크로 CT 이미징 기술을 사용하기 위한 단계별 프로토콜을 제공합니다. 이 프로토콜을 사용하여 간 지방증 및 기능적 조직 흡수의 종단 분석뿐만 아니라 상대 혈액량, 문맥 직경 및 혈관 네트워크의 밀도를 평가하여 간 질환의 마우스 모델에 적용하고 적용할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>eXIA160</td><td>Binitio Biomedical, Inc. (바이니티오 바이오메디컬, Inc.)</td><td></td><td>https://www.binitio.com/?Page=Products</td></tr><tr><td>지방에서 킬로칼로리의 60%를 차지하는 고지방 다이어트</td><td>, 뉴브런즈윅, 뉴저지, 미국</td><td>D12492</td><td></td></tr><tr><td>고당류 옥수수 시럽;</td><td>최고의 맛, CA</td><td>hfcs-1gallon</td><td></td></tr><tr><td>Lacrinorm 안과 연고&nbsp;</td><td>바우쉬 & </td> 지방에서 10%의 킬로칼로리를 섭취하는 Lomb <td></td><td></td></tr><tr><td>Normal 다이어트&nbsp;</td><td>Research Diets, 뉴브런즈윅, 뉴저지, 미국</td><td>D12450</td><td></td></tr><tr><td>비스커버 ExiTron nano 12000&nbsp;</td><td>Milteny Biotec, Bergisch Gladbach, Germany</td><td>130-095-698</td><td></td></tr><tr><td>VivoQuant</td><td>Invicro</td><td></td><td></td></tr><tr><td>X-CUBE&nbsp;</td><td>Molecubes, 벨기에</td><td></td><td>https://www.molecubes.com/systems/</td></tr></tbody></table>

비알코올성 지방간 질환의 진행을 평가하기 위한 새로운 생체 내 미세 컴퓨터 단층 촬영 이미징 기술

Novel In Vivo Micro-Computed Tomography Imaging Techniques for Assessing the Progression of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease

비알코올성 지방간 질환(NAFLD)은 전 세계적으로 증가하는 건강 문제이며 NAFLD의 영향은 현재 효과적인 치료법의 부족으로 인해 더욱 악화되고 있습니다. NAFLD의 시기 적절하고 정확한 진단(등급 지정 포함) 및 모니터링과 잠재적 치료법의 개발을 방해하는 상당한 제한 요소는 간 미세 환경 구조의 특성화와 시공간 및 비침습적 방식으로 질병 단계의 채점의 현재 부적절함입니다. 식이 유도 NAFLD 마우스 모델을 사용하여 NAFLD의 진행 단계를 평가하기 위한 비침습적 방법으로 생체 내 미세 컴퓨터 단층 촬영(CT) 이미징 기술의 사용을 조사했으며, NAFLD 관련 간 조절 장애에 크게 관여하기 때문에 주로 간 혈관 네트워크에 초점을 맞췄습니다. 이 이미징 방법론을 통해 간 지방증 및 기능적 조직 흡수의 종단 분석은 물론 상대적인 혈액량, 문맥 직경 및 혈관 네트워크 밀도를 평가할 수 있습니다. NAFLD 진행 동안 간혈관 네트워크의 적응을 이해하고 이를 제안된 방법을 사용하여 질병 진행(지방증, 염증, 섬유증)을 특성화하는 다른 방법과 연관시키면 생쥐의 NAFLD 연구를 위한 새롭고 보다 효율적이며 재현 가능한 접근 방식을 확립하는 길을 열 수 있습니다. 이 프로토콜은 또한 질병 진행에 대한 새로운 치료법의 개발을 조사하기 위한 전임상 동물 모델의 가치를 업그레이드할 것으로 예상됩니다.

이 대표적인 연구에서 조영제가 없는 마이크로 CT 영상은 대조군에 비해 NAFLD가 있는 마우스에서 간 지방 비율이 더 높은 것으로 나타났으며(표 2), 병리를 확인했습니다. 위에서 설명한 ExiTron 조영제와 간혈관 네트워크 구조 및 밀도 분석을 사용하여 간혈관 네트워크의 총 부피 밀도는 건강한 대조군에 비해 NAFLD가 있는 마우스에서 더 높은 것으로 나타났습니다(그림 6, 표 2). NAFLD를 가진 마우스는 또한 대조군 마우스에 비해 더 큰 문맥 직경을 가졌으며(표 2), 간 질환 동안 문맥압항진과 관련된 구조적 변화34,36,37. 유사하게, NAFLD를 가진 동물의 간 rBV는 건강한 대조군에 비해 더 높은 ...

식이 유발 비알코올성 지방간 질환(NAFLD) 마우스 모델을 사용하여 NAFLD의 진행 단계를 평가하기 위한 비침습적 방법으로 새로운 생체 내 미세 컴퓨터 단층 촬영 이미징 기술의 사용을 설명하며, NAFLD 관련 간 조절 장애에 크게 관여하기 때문에 주로 간 혈관 네트워크에 초점을 맞춥니다.

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a growing global health issue, and the impact of NAFLD is compounded by the current lack of effective ...

우리는 이 프로토콜이 간 질환 진단을 위한 주요 지표를 시간이 지남에 따라 평가할 수 있는 비침습적이고 간단하며 쉬운 방법을 보여주기 때문에 중요하다고 생각합니다. 이 이미징 방법론을 통해 시간 경과에 따른 간 상태 분석, 상대 혈액량 평가, 문맥 직경, 혈관 네트워크의 강도, 간 병리의 모든 중요한 매개 변수를 수행 할 수 있습니다. NAFLD 진행 동안 간혈관 네트워크의 적응을 이해하고 이를 지방증, 염증 및 섬유증과 같은 특정 마커와 연관시키면 새로운 효율적인 치료 계획을 수립하는 데 도움이 될 수 있습니다.이 기술은 이러한 마커의 식별을 돕고 질병 진행에 대한 새로운 치료법 개발에 중점을 둔 전임상 연구에서 마우스의 가치를 업그레이드합니다. 시작하려면 마취된 동물을 CT 스캐너 거치대에 놓습니다. 안과용 연고를 바르고 코 콘을 고정하고 CT 스캐너에서 스캔 매개변수를 설정합니다.꼬리 정맥 카테터를 준비하고 마우스를 침대에 올려 따뜻한 물에 꼬리를 따뜻하게하십시오. 카테터를 꼬리 정맥에 삽입하고 주사를 통해 첫 번째 조영제를 투여하고 1-3 분 동안 천천히 수동으로 수행합니다. 그런 다음 서로 다른 시점에서 전신 및 간 스캔을 획득합니다.첫 번째 조영제로 최종 판독 후 10일 후에 두 번째 조영제를 투여하는 것과 동일한 절차를 따릅니다. 조영 전 스캔의 DICOM 파일을 로드한 후 대비를 조정하여 간, 비장 및 백색 지방 조직을 선명하게 볼 수 있습니다. 3D ROI 도구에서 ROI 추가를 선택하여 간, 비장 및 지방 조직이 뚜렷한 혈관과 지방 없이 선명하게 나타나는 영역에서 샘플링을 수행하기 위해 여러 ROI를 생성합니다.페인트 모드에서 구를 선택합니다. 2D 전용 상자를 선택하고 드롭다운 메뉴에서 지름 8픽셀을 선택하여 데이터에 대한 ROI를 그립니다. 침식 팽창 피쳐에서 마이너스 1 침식을 선택합니다.횡단면에서 구(Sphere) 도구를 사용하여 관심 영역에서 2D ROI를 분할하여 샘플링을 수행합니다. 탐색으로 이동하고 테이블 표시를 선택하여 각 ROI에 대해 계산된 사냥개 필드 단위 값이 포함된 정량화 테이블을 표시합니다. 그런 다음 값을 이 방정식에 대입합니다.간 지방의 백분율을 계산하십시오. eXIA 스캔 DICOM 파일을 로드하고 대비를 조정하여 간, 비장 및 좌심실을 선명하게 볼 수 있습니다. 3D ROI 도구에서 ROI 추가를 선택하여 간에 대한 여러 ROI를 분할합니다.페인트 모드에서 2D 전용을 선택하고 Sphere add a diameter of eight pixels(구체에서 8픽셀의 지름 추가)를 선택하여 데이터에 대한 ROI를 그립니다. 침식 팽창 피쳐에서 마이너스 1 침식을 선택합니다. 각 ROI의 이름과 색상을 지정하고 테이블 표시를 선택하여 각 ROI에 대해 계산된 HU 값이 포함된 수량 테이블을 표시합니다.이러한 단계를 반복하여 PV 기관 t0를 구한 후, 화면에 표시된 방정식 값을 삽입하여 지질 전달에 해당하는 기능성 조직 흡수 대비 백분율을 추출한다. ExiTron 스캔 DICOM 로드 file, 대비를 조정하여 간 혈관 네트워크를 명확하게 볼 수 있습니다. ROI 추가를 선택하여 간에 대한 3D ROI를 생성합니다.원하는 영역을 표시하여 간 ROI를 정의합니다. 그런 다음 ROI 선택기에서 백그라운드 ROI를 선택합니다. 컷 수행 아이콘을 클릭하면 간 ROI를 변경하지 않고 배경을 제거할 수 있습니다.최대 강도 프로젝션 뷰어를 활성화합니다. 그런 다음 마술 지팡이 아이콘으로 표시된 분할 알고리즘에서 연결된 임계값을 선택하여 간 ROI를 다시 분할합니다. 최소값과 최대값을 입력하여 임계값을 설정하고 혈관망을 구합니다.다시 말하지만, 혈관 네트워크를 명확하게 표현하기 위해 배경 간 조직을 제거하십시오. ExiTron 스캔 DICOM 파일을 로드한 후 대비를 조정하여 간, 비장 및 좌심실을 선명하게 볼 수 있습니다. ROI 추가를 선택하고 간 및 큰 혈관에 대한 ROI를 분할합니다.분할 계층을 정의하여 각 조직에 대한 2D ROI를 생성합니다. 조영제 주입 전 간의 평균 밝기를 얻기 위해 사전 조영제 DICOM 파일에 대한 단계를 반복합니다. 문맥 직경의 경우 상부 장간막과 비장 정맥의 접합부 위에 3-4 슬라이스의 횡단면을 찾은 다음 탐색으로 이동한 다음 거리 위생으로 이동하여 선을 선택하여 두 지점 사이의 정확한 거리를 측정합니다.평균 대비 값은 이 그룹화된 데이터로 표시됩니다. 기능적 조직 흡수 분석은 건강한 대조군에 비해 비알코올성 지방간 질환이 있는 마우스에서 eXIA 조영제의 축적이 더 높고 제거율이 더 느린 것으로 나타났습니다. 이러한 대표적인 결과는 비알코올성 지방간 질환이 있는 마우스와 건강한 대조군 간의 간 지방 비율, 간 혈관 네트워크 부피, 문맥 직경 및 간 상대 혈액량의 차이를 나타냅니다.조영제를 사용하지 않은 마이크로 CT 영상은 대조군에 비해 비알코올성 지방간 질환이 있는 마우스에서 간 지방 비율이 더 높은 것으로 나타났습니다. 유사하게, 건강한 대조군에 비해 비알코올성 지방간 질환이 있는 마우스에서 더 높은 간 혈관 네트워크 부피, 간 상대 혈액량 및 더 큰 문맥 직경이 발견되었습니다. 이 기술을 시도하는 동안 기억해야 할 가장 중요한 것은 선택한 해부학적 영역에 대해 지속적으로 정확해야 한다는 것입니다.잘못된 해부학적 지점을 선택하면 정확하지 않은 결과가 나올 수 있습니다. 이 방법론과 프로토콜을 따르면 간 질환 병기의 정확한 평가를 수행 할 수 있습니다. 따라서 신약 효율성을 평가하기 위한 특정 플랫폼 역할을 할 수 있습니다.이 기술은 간 병리를 평가하고 관련 약물 개발 분석을 시작하는 새롭고 쉽고 정확한 방법을 위한 길을 열어줍니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

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