Rozmiar, masa i skład są kluczowymi właściwościami mięśni szkieletowych do badania mechanizmów chorób związanych z mięśniami i metabolicznymi1. Sarkopenia, kacheksja, atrofia i miopatie mają wspólne fenotypy: zmniejszenie masy, zmiana składu i upośledzenie funkcji mięśni2,3,4,5. Jednak ilościowe określenie składu ciała żywego zwierzęcia pozostaje bardzo złożone i stanowi wyzwanie techniczne6.
Podstawowe metodologie obrazowania in vivo i analizy składu ciała to absorpcjometria promieniowania rentgenowskiego o podwójnej energii (DXA), tomografia komputerowa (CT) i rezonans magnetyczny (MRI). Metody te są stosowane przede wszystkim do badań przesiewowych i monitorowania chorób, które prowadzą do redukcji beztłuszczowej masy ciała7,8,9,10,11. DXA jest złotym standardem w analizie składu ciała ze względu na niższy koszt. DXA ma jednak istotną wadę w porównaniu z MRI i CT: niezdolność do przestrzennego rozdzielenia tkanki mięśniowej i tłuszczowej1.
MRI wykorzystuje silne pola magnetyczne i fale radiowe do generowania szczegółowych obrazów wewnętrznych struktur ciała12. Jedną z jego głównych zalet w porównaniu z tomografią komputerową jest doskonała rozdzielczość kontrastu, umożliwiająca doskonałe rozróżnienie różnych typów tkanek miękkich1,13,14. W przeciwieństwie do tomografii komputerowej, rezonans magnetyczny nie wykorzystuje promieniowania jonizującego, dzięki czemu jest bezpieczniejszy przy wielokrotnym użyciu15,16. Jednak rezonans magnetyczny jest droższy i mniej dostępny, z dłuższym czasem skanowania i wyższymi kosztami konserwacji13,17. W związku z tym instrumenty MRI przystosowane do analizy małych zwierząt zwykle nie są dostępne.
Micro-CT jest podobny do konwencjonalnego tomografu komputerowego, ale dostosowany do małych struktur i badań biomedycznych18. Mikrotomografia komputerowa to zaawansowana, nieinwazyjna technika oceny radiologicznej, która umożliwia szczegółową wizualizację struktur wewnętrznych w modelach małych zwierząt. Mikrotomografia komputerowa wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie do tworzenia szczegółowych obrazów wewnętrznych struktur organizmu, opierając się na zróżnicowanym tłumieniu promieni rentgenowskich przez różne typy tkanek. Podczas badania mikrotomografią komputerową mysz leży na stole, który powoli przesuwa się po okrągłej suwnicy. Wewnątrz suwnicy lampa rentgenowska obraca się wokół myszy, emitując promieniowanie rentgenowskie pod różnymi kątami. Detektory po przeciwnej stronie wychwytują te promienie rentgenowskie po ich przejściu przez body18.
Oprogramowanie mikrotomografu komputerowego przetwarza dane z tych wielu kątów, aby zrekonstruować dwuwymiarowe obrazy przekroju poprzecznego (plasterki) ciała. Dzięki rekonstrukcji te wycinki mogą być łączone, aby kompleksowo reprezentować anatomię wewnętrzną19. Obrazy wytwarzane przez mikrotomografię komputerową opierają się na różnym stopniu tłumienia promieniowania rentgenowskiego przez różne tkanki w ciele. Tłumienie to jest określane ilościowo za pomocą jednostek Hounsfielda (HU), skali, która standaryzuje radiogęstość20,21. Skala HU ma fundamentalne znaczenie dla segmentacji, ponieważ każda struktura ma nieco inną wartość.
W tym artykule użyliśmy wartości HU, aby dokładnie rozróżnić kość, tkankę beztłuszczową i tkankę tłuszczową1. Odwołując się do ustalonych zakresów HU, zapewniliśmy precyzyjną analizę i porównanie składu ciała. W tym artykule pokazujemy, jak pozyskiwać obrazy za pomocą mikrotomografii komputerowej i jej zastosowania w wizualizacji i ilościowym określaniu masy beztłuszczowej, tłuszczowej i kostnej.