Obrazowanie naczyń z kontrastem przy użyciu mikrotomografii komputerowej (MicroCT)
27 stycznia 2011
Obrazowanie naczyń krwionośnych małych zwierząt z kontrastem za pomocą mikrotomografii komputerowej (microCT) jest szybką, kosztowo efektywną i wysokoprzepustową techniką do seryjnych badań in situ rozwoju guzów, analizy sieci naczyń krwionośnych je odżywiających oraz monitorowania odpowiedzi guzów na przedkliniczne interwencje terapeutyczne.
Celem niniejszej techniki obrazowania naczyń z wzmocnieniem kontrastowym z wykorzystaniem mikrotomografii komputerowej lub micro CT jest zapewnienie optymalnej metody generowania wysokiej jakości zbiorów danych do analizy sieci naczyniowych u żywych myszy. Osiąga się to poprzez dożylne wstrzyknięcie radioprzepuszczalnego środka kontrastowego in vivo. Następnie zwierzę jest przygotowywane do obrazowania micro CT poprzez wprowadzenie w stan znieczulenia i bezpieczne umieszczenie w komorze wielomodalnej w celu zredukowania artefaktów ruchowych podczas skanowania micro CT.
Po wykonaniu skanów dane z mikro-CT są rekonstruowane i wczytywane do oprogramowania do wizualizacji. Ostatnim krokiem procedury jest dostosowanie parametrów dwuwymiarowej funkcji transferu w celu poprawy widoczności naczyń krwionośnych oraz nadania różnym kolorom naczyniom krwionośnym, kościom i tkankom miękkim w celu ich rozróżnienia. W rezultacie można uzyskać obrazy przedstawiające sieć naczyniową u żywych zwierząt dzięki obrazowaniu z użyciem kontrastu nieprzezroczystego dla promieniowania CT oraz renderowaniu za pomocą dwuwymiarowej funkcji transferu.
Witajcie, jestem Sue Resh, PJA Patti z Oddziału Obrazowania Małych Zwierząt w Instytucie Badań nad Rakiem Dzieci Greehey na University of Texas Health Science Center w San Antonio. Jestem Charles Keller, również z Instytutu Badań nad Rakiem Dzieci Greehey na University of Texas Health Science Center w San Antonio. Dzisiaj zaprezentujemy procedurę wizualizacji naczyń krwionośnych u żywych zwierząt z wykorzystaniem radioprzepuszczalnego środka kontrastowego do puli krwi.
Stosujemy tę procedurę w naszych laboratoriach do badania naczyń średnich i dużych w złożonych guzach spontanicznych u naszych myszy transgenicznych. Przejdźmy zatem do działania. Aby rozpocząć tę procedurę, należy pobrać 0,2 ml na 20 g masy ciała kontrastowego środka do obrazowania puli krwi z jodem Xia one 60 xl o stężeniu 20 mg jodu na ml, używając strzykawki insulinowej o pojemności 0,5 cc i igle 28,5 G z niską objętością martwą.
Wstrzyknij środek kontrastowy żywej myszy w dystalną część żyły ogonowej. 10 minut po wstrzyknięciu przygotuj zwierzęta do obrazowania mikro CT.
W pierwszej kolejności znieczul zwierzęta w akrylowej komorze z użyciem 2% isofluorine w 100% tlenie przy przepływie 2,5 litra na minutę. Po kilku minutach wykonaj ucisk palca u stopy, aby zweryfikować głębokość znieczulenia. Następnie, aby zminimalizować artefakty ruchowe, ustabilizuj mysz, umieszczając ją w specjalnie zbudowanej, dostępnej w sprzedaży komorze wielomodalnej z dopływem i odpływem powietrza.
Utrzymuj dopływ powietrza z 2% izofluranu i 100% tlenu, aby zapewnić zwierzęciu ciągłą anestezję podczas skanowania. Po przygotowaniu myszy można ją poddać badaniu w urządzeniu do mikro-CT zdolnym do skanowania żywych zwierząt. Podłącz komorę multimodalną zawierającą mysz do rur wyciągowych.
Przy użyciu wolumetrycznego skanera CT GE Explorer, zwierzę można obrazować z rozdzielczością 93 µm. Ten skaner wolumetryczny wykorzystuje detektor CCD o rozdzielczości 3 500 na 1750 do rekonstrukcji wiązki stożkowej Feld Camp; parametry niezależne od platformy ustawiono na stałe przy natężeniu prądu 450 µA, napięciu 80 kV i czasie ekspozycji 100 ms. Aby uzyskać lepszy kontrast między kością a tkanką miękką naczyń, parametry standardowe można zmodyfikować, stosując od pięciu do ośmiu klatek na widok oraz od 360 do 720 widoków dla pełnego obrotu o 360 stopni; całkowity czas skanowania CT wynosi około 15 do 20 minut.
Odtwórz obrazy za pomocą zastrzeżonego oprogramowania do wiązki EVS producenta. Kontynuuj monitorowanie myszy, aż do pełnego wybudzenia z narkozy. Po rekonstrukcji dane z mikro CT mogą zostać wykorzystane do zaawansowanej jednowymiarowej lub dwuwymiarowej funkcji transferu izopowierzchni.
Podczas renderowania obrazów przy użyciu oprogramowania do przetwarzania obrazów SEG 3D, w celu uzyskania dwuwymiarowej projekcji trójwymiarowego zbioru danych, należy zastosować dwuwymiarową funkcję transferu, która dodatkowo poprawia rozróżnienie pomiędzy naczyniami a kośćmi. Podczas renderowania obrazu przypisz kolory i stopnie przezroczystości do próbek promieni w oparciu o funkcję transferu, która z kolei opiera się na wartościach CT i wielkości gradientu. Ręcznie dostosuj funkcje transferu w oparciu o wytyczne dostarczone przez histogramy wartości CT, aby wyróżnić interesujące obszary i obiekty.
Oto reprezentatywne wyniki przedstawiające obraz funkcji transferu dwuwymiarowego na skanie mikro-CT myszy typu dzikiego, której wstrzyknięto Xia one 60 xl. Przedstawiliśmy sposób generowania wysokiej jakości zestawów danych do analizy sieci naczyniowych u żywych myszy. Technika ta może zostać z powodzeniem wykorzystana do jakościowej i ilościowej oceny antyangiogenezy w badaniach przedklinicznych z wykorzystaniem myszy transgenicznych lub ksenoprzeszczepów.
Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby pamiętać o prawidłowym wstrzyknięciu środka kontrastowego do żyły ogonowej oraz o takim ustawieniu zwierzęcia, aby zminimalizować artefakty ruchowe mogące wynikać z oddychania. To wszystko. Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w eksperymentach.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W niniejszym artykule omówiono technikę obrazowania naczyń małych zwierząt z użyciem kontrastu za pomocą mikro-tomografii komputerowej (microCT), która umożliwia wysokiej jakości analizę sieci naczyniowych u żywych myszy. Metoda ta jest szybka, kosztowo efektywna i odpowiednia do wysokoprzepustowych badań rozwoju guzów oraz odpowiedzi terapeutycznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Onkologia
- Techniki obrazowania
Wstęp
- Obrazowanie MicroCT jest niezbędne do badania sieci naczyniowych.
- Środki kontrastowe zwiększają widoczność naczyń krwionośnych.
- Zrozumienie unaczynienia guza jest kluczowe dla interwencji terapeutycznych.
- Techniki obrazowania in vivo ograniczają konieczność stosowania procedur inwazyjnych.
Cel badania
- Opracowanie metody badania unaczynienia guza in situ.
- Analiza sieci naczyń krwionośnych wspierających wzrost guza.
- Monitorowanie odpowiedzi guza na terapie przedkliniczne.
Zastosowane metody
- Dożylne wstrzyknięcie radiokontrastowego środka kontrastowego.
- Indukcja znieczulenia i stabilne unieruchomienie zwierzęcia.
- Obrazowanie micro CT w celu zarejestrowania danych naczyniowych.
- Rekonstrukcja danych micro CT do wizualizacji.
Główne wyniki
- Wygenerowano wysokiej jakości zestawy danych sieci naczyniowych.
- Poprawiono widoczność naczyń krwionośnych poprzez dostosowanie parametrów.
- Przypisano różne kolory w celu odróżnienia naczyń krwionośnych, kości i tkanek miękkich.
- Wyniki wykazały skuteczność obrazowania naczyń krwionośnych u żywych zwierząt.
Wnioski
- Mikrotomografia komputerowa (microCT) z kontrastem jest cennym narzędziem do analizy naczyniowej.
- Technika ta wspiera badania w zakresie biologii nowotworów oraz oceny efektów leczenia.
- Przyszłe zastosowania mogą objąć inne obszary badań biomedycznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Obrazowanie naczyń metodą mikroCT z kontrastem umożliwia wysokorozdzielczą, ilościową wizualizację sieci naczyniowych u żywych modeli gryzoni, co bezpośrednio wspiera przedkliniczną ocenę terapii antyangiogennych. Metodologia ta rozwiązuje problem rozróżniania tkanek miękkich od naczyń krwionośnych, dostarczając kluczowych danych do walidacji celu oraz ograniczania ryzyka mechanistycznego w procesie odkrywania leków onkologicznych. Jej integracja z wczesnymi etapami odkrywania leków oraz procesami translacyjnymi zwiększa pewność prognostyczną i wspiera decyzje dotyczące rozwoju portfolio projektów.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie celów i szlaków naczyniowych w modelach gryzoni istotnych dla przebiegu chorób.
- Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez wizualizację architektury naczyń średnich i dużych w kontekście nowotworowym.
- Zapewnia funkcjonalną walidację celu poprzez ilościową i jakościową ocenę naczyniową.
- Ułatwia uzyskanie wiarygodnych wyników prognostycznych w badaniach nad mechanizmem działania przeciwangiogennym.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Przygotowuje zwalidowane systemy obrazowania in vivo do późniejszego screeningu związków.
- Zapewnia zestandaryzowane i powtarzalne parametry obrazowania dla spójnych wyników analizy.
- Umożliwia ilościowy pomiar zmian naczyniowych w odpowiedzi na potencjalne środki terapeutyczne.
- Wspiera skalowalną, platformową ocenę czynników modulujących naczynia.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje wyniki obrazowania do strategii translacyjnych dotyczących biomarkerów w modelach onkologicznych.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrywania w ocenie naczyniowej po przedkliniczne badania skuteczności.
- Dostarcza danych skorygowanych o ryzyko w celu rozwoju kandydatów na leki antyangiogenne.
- Wzmacnia predykcyjne ograniczanie ryzyka poprzez korelację wyników obrazowania z efektami terapeutycznymi.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta metoda obrazowania naczyń wpisuje się w proces obejmujący etapy od wstępnych odkryć, poprzez identyfikację związków wiodących, aż po walidację przedkliniczną, szczególnie w programach badawczych z zakresu onkologii i biologii naczyniowej.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez umożliwienie bezpośredniej wizualizacji sieci naczyniowych in vivo.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe wyniki obrazowania do oceny związków i standaryzacji testów.
- Analityka: Generuje pomiary wolumetryczne oraz oparte na funkcjach transferu w celu porównania stanu naczyń w różnych grupach badawczych.
- Badania translacyjne: Łączy fazę odkrywczą z przedkliniczną poprzez dopasowanie danych obrazowych do punktów końcowych istotnych dla przebiegu choroby.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość ponownego wykorzystania metod obrazowania w różnorodnych badaniach nad biologią naczyń i nowotworów.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: zwiększa pewność predykcyjną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów naczyniowych.
- Wartość operacyjna: zapewnia zestandaryzowane, reprodukowalne i skalowalne przepływy pracy w obrazowaniu, umożliwiając porównywalność międzybadawczą.
- Wartość strategiczna: dostarcza podstaw do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową dzięki dostarczeniu rzetelnych danych przedklinicznych.
- Wpływ na portfolio: umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów przeciwangiogennych i modulujących naczynia.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w obchodzeniu się z małymi zwierzętami, znieczulaniu oraz dożylnym podawaniu środków kontrastowych.
- Wymaga dostępu do aparatury microCT o wysokiej rozdzielczości oraz zaawansowanego oprogramowania do przetwarzania obrazów.
- Konieczna jest standaryzacja parametrów obrazowania i protokołów analizy danych pomiędzy zespołami.
- Może wymagać adaptacji protokołów obrazowania dla różnych modeli gryzoni lub typów nowotworów.
- Artefakty ruchowe oraz jakość iniekcji są ograniczeniami praktycznymi, które muszą zostać opanowane w celu uzyskania optymalnej jakości danych.
