Hier presenteren we een protocol om micro-computertomografie (micro-CT) te gebruiken om geventileerde gebieden te kwantificeren in een unilateraal bleomycine-geïnduceerd longfibrosemodel via intratracheale instillatie aan de laesiezijde.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier presenteren we een protocol om micro-computertomografie (micro-CT) te gebruiken om geventileerde gebieden te kwantificeren in een unilateraal bleomycine-geïnduceerd longfibrosemodel via intratracheale instillatie aan de laesiezijde.
Longfibrose (PF) is een progressieve en onomkeerbare interstitiële longziekte die wordt gekenmerkt door een slechte prognose en beperkte behandelingsopties. Het traditionele muismodel van longfibrose geïnduceerd door intratracheale instillatie van bleomycine kan leiden tot een ongelijke verdeling van geneesmiddelen en hoge sterftecijfers. De verfijnde unilaterale intratracheale instillatiemethode voor toediening van bleomycine bij muizen maakt het mogelijk om een meer uniform en gecontroleerd longfibrosemodel te creëren, wat een betere simulatie van de ziekte bij mensen oplevert. Hier presenteren we een protocol om micro-computertomografie (micro-CT) te gebruiken om geventileerde gebieden te kwantificeren in een unilateraal bleomycine-geïnduceerd longfibrosemodel via intratracheale instillatie aan de laesiezijde. Deze benadering maakt het mogelijk om het totale longvolume en de geventileerde longgebieden te kwantificeren, wat een gevoelige en nauwkeurige meting van ziekteprogressie en behandelingsrespons oplevert. Deze studie omvat anesthesie, nauwkeurige toediening van geneesmiddelen, micro-CT-scans en nabewerking met behulp van 3D Slicer-software voor beeldanalyse. De unilaterale longvolumeanalyse na behandeling met bleomycine toonde een significante vermindering van het longvolume aan in vergelijking met controles. De trichrome kleuring van Masson bevestigde de aanwezigheid en verhoogde afzetting van collageen bij de met BLM behandelde muizen. Hierin evalueerden we longfibrose in preklinische modellen door eenzijdige longvolumetrische analyse uit te voeren met behulp van micro-CT, waardoor onderzoekers een nauwkeurige en grondige beoordelingsmethode kregen voor het evalueren van therapeutische interventies in PF-studies.
Longfibrose (PF) is een verwoestende en onomkeerbare longziekte met beperkte behandelmethoden. De wereldwijde incidentie van PF varieert van 1 tot 13 per 100.000 personen, waarbij een significante toename van de prevalentie wordt waargenomen bij het vorderen van de leeftijdvan 1 jaar. Ondanks aanzienlijke inspanningen in de afgelopen decennia blijft het therapeutische landschap voor PF beperkt, met slechts twee antifibrotische middelen, nintedanib en pirfenidon, die momenteel zijn goedgekeurd voor de behandeling van PF2. De onderliggende pathogenese van longfibrose is zeer complex en omvat verschillende aspecten van moleculaire en cellulaire fysiologie3. Experimentele in vivo diermodellen, geïnduceerd door verschillende agentia, zijn momenteel essentiële instrumenten voor het onderzoeken van pathogene mechanismen en ziektefenotypes.
Het door bleomycine geïnduceerde longfibrose-muismodel, toegediend via intratracheale instillatie, wordt uitgebreid erkend voor het ophelderen van de onderliggende cellulaire en moleculaire mechanismen en voor het identificeren van potentiële therapeutische doelen4. De asymmetrische en niet-selectieve distributie van intratracheaal ingedruppeld bleomycine kan echter leiden tot hoge sterftecijfers, voornamelijk als gevolg van inhomogene fibrose en bilateraal longletsel 5,6. Om dit probleem aan te pakken, hebben we een unilaterale intratracheale toedieningsbenadering voorgesteld om een gelijkmatige toediening van experimentele middelen in de linkerlong te garanderen en om het pathologische proces dat wordt waargenomen bij PF-patiënten beter na te bootsen 7,8,9. Bovendien kan de unilaterale toedieningstechniek ook worden gebruikt om geneesmiddelen te evalueren die gelokaliseerde distributie vereisen of voor andere experimentele interventies gericht op een specifieke long.
In preklinische modellen is microcomputertomografie (micro-CT) steeds waardevoller geworden voor het onderzoeken van longpathologieën en heeft het bewezen een krachtig hulpmiddel te zijn voor longitudinale studies, dat in staat is om kwalitatieve en kwantitatieve gegevens te verstrekken om de ziekteprogressie en de respons op therapie-interventies te volgen10. Micro-CT is gebruikt om het totale volume, geventileerde en niet-geventileerde gebieden, bronchiale morfologie en weefseldichtheid te evalueren. Op basis van onze eerdere studies hebben we een nieuwe beeldvormingsmethode ontwikkeld waarbij micro-CT werd gebruikt om het unilaterale longvolume te analyseren en de fibroseniveaus te beoordelen in een muizenmodel van longfibrose 7,8,9. Deze methode maakt het mogelijk om beluchte longgebieden te kwantificeren, wat een nauwkeurigere en gevoeligere maatstaf biedt voor ziekteprogressie en respons op behandeling.
Deze studie introduceert een unilaterale beademde longvolumeanalysemethode die is afgeleid van micro-CT-scans bij muizen die met bleomycine zijn behandeld. Deze innovatieve methode biedt een nauwkeurigere en uitgebreidere beoordeling van longfibrose, waardoor de manier waarop we de werkzaamheid van therapeutische interventies in preklinische studies evalueren, mogelijk verandert. Deze studie draagt bij aan een uitstekende verfijning in de analyse van preklinische longfibrosemodellen en biedt een krachtige kwantitatieve analysemethode voor het beoordelen van behandelingseffecten naast ziekteprogressie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle dierproeven werden goedgekeurd door het Animal Care and Use Committee van de Guangzhou Medical University. De experimenten werden uitgevoerd op 6-8 weken oude, 25-30 g mannelijke C57BL/6 muizen. Muizen werden gehuisvest onder een 12-uurs licht/donkercyclus (licht: 25 lux) met ad libitum toegang tot voedsel en water en werden willekeurig toegewezen aan controle- en BLM-groepen.
1. Unilaterale pulmonale intratracheale instillatie
2. Micro-computertomografie (micro-CT) scannen
OPMERKING: Muizen zijn gescand met behulp van het micro-CT-systeem volgens de instructies van de fabrikant.
3. Micro-CT nabewerking: Unilaterale selectieve longsegmentatie en volumeanalyse
OPMERKING: Beeldverwerking en kwantitatieve analyse zijn uitgevoerd met behulp van de gratis, open-source software 3D Slicer (http://www.slicer.org), volgens de instructies van de fabrikant. Klinische Hounsfield Unit (HU)-bereiken voor het longvenster werden toegepast om HU-beelden te normaliseren, waarbij het longparenchym werd gesegmenteerd in normo-beluchte gebieden ([-1000, -350] HU) zoals eerder gerapporteerd 8,9,11. De procedure voor beeldverwerking wordt als volgt beschreven:

Figuur 1: De interface van 3D Slicer software. De afbeelding geeft de belangrijkste operationele interface van de 3D Slicer-software weer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: CT-beelden van longfibrose geïnduceerd door unilaterale intratracheale instillatie bij muizen. Axiale, coronale en sagittale weergaven, samen met 3D-longreconstructie na instillatie van bleomycine. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 3: Aanpassing van de parameter voor de sagittale weergave. De figuur illustreert de aanpassing van parameters, waardoor nauwkeurige visualisatie en analyse mogelijk zijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Segmentatie bewerken en parameteraanpassingen. De afbeelding toont het proces van segmentatiebewerking en de bijbehorende parameteraanpassingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: 3D-segmentatie van de rechterlong. Het proces omvat drie opeenvolgende stappen: het bewerken van verbonden componenten voor longsegmentatie (stap 1), het selecteren van Geselecteerd eiland behouden om de rechterlong te isoleren (stap 2) en het klikken op 3D weergeven om het model in het visualisatievenster weer te geven (stap 3). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: 3D-reconstructie van de linkerlong op basis van micro-CT-analyse. Axiale thorax-CT-beelden werden laag voor laag verwerkt om beluchte gebieden te segmenteren, het geventileerde volume te kwantificeren en een 3D-model te reconstrueren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: 3D longreconstructie op basis van micro-CT analyse van beademd longvolume in een unilateraal longfibrosemodel. Gereconstrueerde modellen werden in gespecificeerde formaten geëxporteerd naar vooraf gedefinieerde mappen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 8: Handleiding voor het opslaan van afbeeldingen. De afbeelding geeft een overzicht van de opeenvolgende stappen voor het opslaan van afbeeldingen, beginnend met het starten van de opslagfunctie via het menu Annotation Screenshot tot het selecteren van formaten en het definiëren van opslagpaden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 9: Statistische analyse op basis van micro-CT in een unilateraal longfibrosemodel. Kwantitatieve gegevens afkomstig van normo-beluchte gebieden werden geanalyseerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Masson's trichoomkleuring
5. Masson's trichrome kleuring machine learning-analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 10A-D toont de resultaten van de veranderingen in het longvolume en de kleuringsanalyse.
Om de impact van bleomycine (BLM) op longweefsel te beoordelen, hebben we een vergelijkende analyse uitgevoerd van de longvolumes tussen met zoutoplossing behandelde groepen (Ctrl) en met BLM behandelde groepen met behulp van 3D-beeldvormingstechnieken. Het volume van de linkerlong is significant vermin...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Longfibrose is een verwoestende ziekte die wordt gekenmerkt door de progressieve littekenvorming van longweefsel, wat leidt tot een afname van de longfunctie en uiteindelijk ademhalingsfalen1. Het longfibrose-muismodel, geïnduceerd door verschillende farmacologische middelen en toedieningsmethoden, is een essentieel hulpmiddel voor het begrijpen van ziekteprogressie en het evalueren van de werkzaamheid van potentiële therapieën, met name bij intratracheale instill...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren geen belangenconflicten.
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de National Natural Science Foundation of China (82300092) en Independent Research of State Key Laboratory of Respiratory Diseases (SKLRD-Z-202302) en Funding for Innovation Capacity Building Project van Guangdong Provincial Research Institutes (KD032024001).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.9% zoutoplossing | Hopebio | HBPP008-100 | |
| 22G stompe naald | BD | 383922 | |
| 3D Slicer beeldbewerkingsplatform | 3D Slicer | https://www.slicer.org/ | |
| Bleomycine | MCE | HY-17565 | |
| Isofluraan | RWD | R510-22 | |
| Masson Stain Kit | Yeasen | 60532ES58 | |
| Micro-CT | Pinseng | SNC-100 | |
| Orbit | Orbit Image analysis | https://www.orbit.bio/ | |
| Pentobarbital natrium | Sigma | P3761 | |
| Laryngoscoop voor kleine dieren | Yuyan Instruments | CG-02M | |
| SPSS | IBM | Versie 19.0 | |
| Warme deken | Lab Anim Tech | LAT-16-0323 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen