Celem tej pracy jest opisanie protokołu tworzenia praktycznego fantomu tłusto-wodnego, który można dostosować do produkcji fantomów o różnej zawartości tłuszczu i objętości.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Celem tej pracy jest opisanie protokołu tworzenia praktycznego fantomu tłusto-wodnego, który można dostosować do produkcji fantomów o różnej zawartości tłuszczu i objętości.
Wraz z rozwojem nowych technik obrazowania tkanki tłuszczowej, metody walidacji takich protokołów stają się coraz ważniejsze. Fantomy, eksperymentalne repliki tkanki lub narządu będącego przedmiotem zainteresowania, stanowią tanie, elastyczne rozwiązanie. Jednak bez dostępu do drogiego i specjalistycznego sprzętu konstruowanie stabilnych fantomów o wysokiej zawartości tłuszczu (np. >50% frakcji tłuszczowej, takich jak te obserwowane w brunatnej tkance tłuszczowej) może być trudne ze względu na hydrofobowy charakter lipidów. W pracy przedstawiono szczegółowy, niskokosztowy protokół tworzenia 5 fantomów o pojemności 100 ml z frakcjami tłuszczowymi 0%, 25%, 50%, 75% i 100% przy użyciu podstawowych materiałów laboratoryjnych (płyta grzewcza, zlewki itp.) oraz łatwo dostępnych komponentów (woda destylowana, agar, rozpuszczalny w wodzie środek powierzchniowo czynny, benzoesan sodu, środek kontrastowy z pentoctanem gadolinu i dietylenotriaminy (DTPA), olej arachidowy i rozpuszczalny w oleju środek powierzchniowo czynny). Protokół został zaprojektowany tak, aby był elastyczny; Może być używany do tworzenia fantomów o różnych frakcjach tłuszczowych i szerokim zakresie objętości. Fantomy stworzone tą techniką oceniono w studium wykonalności, w którym porównano wartości frakcji tłuszczu z rezonansu magnetycznego tłuszcz-woda z wartościami docelowymi w skonstruowanych fantomach. W badaniu tym uzyskano współczynnik korelacji zgodności wynoszący 0,998 (95% przedział ufności: 0,972-1,00). Podsumowując, badania te wykazują przydatność fantomów tłuszczu do walidacji technik obrazowania tkanki tłuszczowej w szeregu istotnych klinicznie tkanek i narządów.
Zainteresowanie ilościowym określaniem zawartości tkanki tłuszczowej i trójglicerydów za pomocą metod obrazowania, takich jak rezonans magnetyczny (MRI), rozciąga się na wiele dziedzin. Obszary badawcze obejmują badanie magazynów białej i brązowej tkanki tłuszczowej oraz ektopowe magazynowanie lipidów w narządach i tkankach, takich jak wątroba1, pancreas2 i skeletal muscle3. Wraz z rozwojem tych nowatorskich technik kwantyfikacji tkanki tłuszczowej potrzebne są metody potwierdzające, że parametry obrazowania są odpowiednie do zastosowań badawczych i klinicznych.
Fantomy, eksperymentalne repliki tkanki lub organu, dostarczają taniego, elastycznego i kontrolowanego narzędzia do rozwijania i walidacji technik obrazowania4. W szczególności fantomy mogą być skonstruowane tak, aby składały się z tłuszczu i wody w stosunku objętościowym lub frakcji tłuszczowej (FF) porównywalnym z tkanką będącą przedmiotem zainteresowania klinicznego. Klinicznie wartości FF w tkankach i narządach mogą się znacznie różnić: FF w brunatnej tkance tłuszczowej mieści się w przedziale od 29,7% do 93,9%5; średnia FF wątroby u pacjentów ze stłuszczeniem wątroby wynosi 18,1 ± 9,0%6; FF trzustki u dorosłych zagrożonych cukrzycą typu 2 waha się od 1,6% do 22,2%7; a w niektórych przypadkach zaawansowanej choroby, pacjenci z dystrofią mięśniową Duchenne'a mogą mieć wartości FF prawie 90% w niektórych mięśniach8.
Ponieważ niepolarne cząsteczki, takie jak lipidy, nie rozpuszczają się dobrze w roztworach złożonych z polarnych cząsteczek, takich jak woda, tworzenie stabilnych fantomów o wysokim docelowym FF pozostaje wyzwaniem. Dla FF do 50% można użyć wielu istniejących metod do tworzenia fantomów wody tłustej9,10,11,12. Inne metody, które pozwalają osiągnąć wyższe FF, zazwyczaj wymagają drogiego sprzętu, takiego jak homogenizator lub ultradźwiękowy zakłócacz komórek13,14. Chociaż techniki te stanowią mapę drogową dla fantomów o wysokim FF, ograniczenia sprzętowe i różna ilość szczegółów eksperymentalnych ograniczają wysiłki zmierzające do stworzenia powtarzalnych i wytrzymałych fantomów wody tłustej.
Opierając się na tych poprzednich technikach, opracowaliśmy metodę konstruowania opłacalnych i stabilnych fantomów wody tłuszczowej w konfigurowalnym zakresie wartości FF. Protokół ten szczegółowo opisuje kroki potrzebne do wytworzenia 5 x 100 ml fantomów tłuszczu o wartościach FF 0%, 25%, 50%, 75% i 100% przy użyciu jednej płyty grzejnej. Można go łatwo dostosować, aby uzyskać różne objętości (od 10 do 200 ml) i procentową zawartość tłuszczu (od 0 do 100%). Skuteczność techniki fantomowej oceniono w studium wykonalności, w którym porównano wartości FF w rezonansie magnetycznym wody tłuszczowej z docelowymi wartościami FF w skonstruowanych fantomach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotuj stanowisko pracy i materiały
2. Przygotuj roztwór wodny
3. Roztwór oleju
4. Utwórz emulsję fantomową
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jeśli roztwór wodny został przygotowany prawidłowo, niewielka ilość roztworu powinna szybko stężeć w probówce testowej (Rycina 1, lewa). Jeśli roztwór rozwarstwia się (Rycina 1, prawa), należy go przygotować ponownie (zgodnie z instrukcjami w kroku 3.8 protokołu). Jeśli emulsja rozwarstwia się (przykłady na Rycynie 2, lewa i prawa), fantom nie nadaje...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisujemy solidną metodę tworzenia fantomów wody tłuszczowej odpowiednich do walidacji technik obrazowania medycznego stosowanych do ilościowego określania zawartości tkanki tłuszczowej i trójglicerydów in vivo. Dzięki stworzeniu dwóch zbiorników (jednego na roztwór olejowy i jednego na roztwór wodny) zbudowano stabilne fantomy o różnych wartościach FF – w tym przekraczających 50% – bez konieczności stosowania drogiego sprzętu. Fantomy o wysokim FF (>50%) zapewniają użyteczność zapewniającą, że techniki obrazowa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Wsparcie finansowe dla tych badań zostało zapewnione przez National Institutes of Health (NIH) oraz National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK)/NIH R01-DK-105371. Dziękujemy dr Houchun (Harry) Hu za rady i sugestie dotyczące tworzenia fantomów w tłustej wodzie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Woda destylowana | Amazon | B000P9BY38 | Baza roztworu wodnego |
| Agar | Sigma Aldrich Incorporated | A1296-100G | Środek żelujący |
| Rozpuszczalny w wodzie środek powierzchniowo czynny | Sigma Aldrich Incorporated | P1379-500ML | Środek powierzchniowo czynny/emulgujący |
| Gadolin-DTPA Środek kontrastowy | Bayer Healthcare | 50419-0188-01 | Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego Środek kontrastowy. |
| Benzoesan sodu | Sigma Aldrich Incorporated | 71300-250G | Konserwant |
| Olej arachidowy | Amazon | 54782-LOU | Baza roztworu oleju |
| Rozpuszczalny w oleju środek powierzchniowo czynny | Sigma Aldrich Incorporated | S6760-250ML | Środek powierzchniowo czynny/emulgujący |
| Płyta grzejna z mieszadłem | Fisher Scientific | 07-770-152 | |
| Batony mieszające (w kształcie jajka) | Sigma Aldrich Incorporated | Z127116-1EA | |
| 400 ml zlewka | Sigma Aldrich Incorporated | CLS1003400-48EA | |
| 250 ml kolba Erlenmeyera | ilość Aldrich Incorporated | CLS4450250-6EA | |
| 25 ml Fisher | Scientific | 13-650-2P | = 2 |
| 50 ml szklana pipeta miarowa | Fisher Scientific | 13-650-2S | Ilość = 2 |
| 75 ml szklana pipeta miarowa | Fisher Scientific | 13-650-2T | Ilość = 2 |
| 3,0 ml Strzykawka | Sigma Aldrich Incorporated | Z248002-1PAK | |
| 1,0 ml Strzykawka | Sigma Aldrich Incorporated | Z230723-1PAK | |
| Szpatułka | Sigma Aldrich Incorporated | S3897-1EA | |
| (rozdzielczość 100 g x 0,01 g) | Amazonka | AWS-100-BLK | |
| Łodzie wagowe | Sigma Aldrich Incorporated | Z740499-500EA | |
| 120 ml Szklane słoiki | McMaster Carr Supply Co | 3801T73 | |
| Rękawice żaroodporne (para) | Amazon | B075GX43MN | |
| Igły do strzykawek | Sigma Aldrich Incorporated | Z192341-100EA | |
| 18-calowy mieszadło | retriver Fisher Scientific | 14-513-70 | |
| 1 Dram fiolka z przezroczystego szkła | Fisher Scientific | 03-339-25B |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.