Multimodalne podejście do obrazowania oparte na mikrotomografii komputerowej i fluorescencyjnej tomografii molekularnej do podłużnej oceny zwłóknienia płuc wywołanego bleomycyną u myszy
13 kwietnia 2018
Opisujemy nieinwazyjne podejście do obrazowania multimodalnego oparte na Micro-CT i fluorescencyjnej tomografii molekularnej do podłużnej oceny modelu zwłóknienia płuc myszy wywołanego podwójnym wkropleniem dotchawiczym bleomycyny.
Ogólnym celem tego badania na mysim modelu podobnym do IPF jest podłużne monitorowanie zwłóknienia płuc za pomocą nieinwazyjnych technik obrazowania, takich jak FMT i mikro-CT. Metoda ta może posunąć naprzód sekwencję w odniesieniu do tych konkretnych zdarzeń molekularnych występujących w zwłóknieniu płuc. Główną zaletą tej techniki jest to, że zmiany anatomiczne określonych zdarzeń molekularnych mogą być monitorowane w sposób nieinwazyjny.
Zastosowania tych technologii rozszerzają się na terapię patologii IPF, ponieważ połączenie FMT i mikro-CT daje możliwość badania progresji choroby i oceny nowej terapii. Zacznij od umieszczenia znieczulonej myszy na platformie intubacyjnej, zawieszając ją za siekacze umieszczone na drucie. Włącz laryngoskop, a następnie weź parę kleszczy z końcami i delikatnie otwórz usta.
Umieść ostrze laryngoskopu w kierunku tylnej części jamy ustnej, aż ujrzenie tchawicy zostanie uwidocznione. Drugą ręką włóż rurkę doprowadzającą podłączoną do końca rurki PE do tchawicy. Obróć zawór trójdrogowy, aby dostarczyć 50 mikrolitrów bleomycyny.
Po instalacji szybko wyjmij rurkę z tchawicy, aby zapobiec uduszeniu. Trzymaj myszy pionowo przez kilka sekund. W celu wstrzyknięcia sondy chwyć mysz za ogon i pozwól jej chwycić pokrywę klatki.
Następnie chwyć za ramiona i przytrzymaj mysz za kark. Zanurz ogon w zlewce z ciepłą wodą, aby spowodować obrzęk żył, co ułatwi wizualizację i wprowadzenie igły. Znajdź dwie żyły ogonowe po obu stronach ogona, a nie tętnicę na spodzie ogona.
Włóż igłę o rozmiarze 26 strzykawki o pojemności 1 mililitra załadowanej MMP do żyły i wstrzyknij roztwór sondy MMP w ilości 10 mililitrów na kilogram masy ciała. Aby rozpocząć, zainicjuj oprogramowanie do akwizycji daty i otwórz nowe badanie w bazie danych eksperymentu. Przed rozpoczęciem obrazowania przenieś ogoloną i znieczuloną mysz na środek kasety obrazowej.
Trzymaj mysz płasko, bezpiecznie i delikatnie dociśniętą do obu okien kasety obrazowej. Następnie w oknie skanowania oprogramowania kliknij Temat"a następnie wyświetl podgląd, aby zobaczyć obraz na żywo. Narysuj obszar skanowania wystarczająco duży, aby uchwycone zostały tkanki otaczające przewidywany obszar fluorescencji.
Po narysowaniu ROY kliknij Dodaj do kolejki rekonstrukcji"a następnie kliknij Skanuj"aby zobrazować mysz. Po zakończeniu akwizycji obrazu wyjmij mysz z kasety obrazowania i umieść ją z powrotem w klatce domowej. Określ ilościowo pikosole fluorescencji za pomocą narzędzia ROY i zmniejsz ROY o około 700 do 800 milimetrów sześciennych na sygnale pochodzącym z obszaru płuc.
Powtarzaj obrazowanie co siedem dni lub w razie potrzeby. Aby wykonać obrazowanie za pomocą mikrotomografii komputerowej, najpierw włącz mikrotomografię komputerową, naciskając zielony przycisk zasilania, a następnie uruchom oprogramowanie w celu rozgrzania źródła promieniowania rentgenowskiego. Utwórz bazę danych, klikając pozycję Nowa baza danych" i zbuduj przeglądarkę na podstawie liczby myszy w eksperymencie.
Przed rozpoczęciem skanowania wybierz parametry akwizycji w oknie kontroli oprogramowania w następujący sposób. Ustaw napięcie lampy rentgenowskiej na 90 kilowoltów, prąd lampy rentgenowskiej CT na 160 mikroangstremów, prąd lampy rentgenowskiej pod napięciem na 80 mikroangstremów, a pole widzenia na 36 milimetrów. Wybierz brak techniki bramkowania "i wysoką rozdzielczość" oraz cztery minuty dla techniki skanowania.
Po znieczuleniu myszy przez inhalację 3% izofluranu, umieść ją na łóżku dla zwierząt włożonym do małego otworu ze stożkiem nosowym zapewniającym stały dopływ środka znieczulającego. Unieruchom łapy taśmą na łóżku, aby umożliwić odsłonięcie klatki piersiowej. Następnie drzwi instrumentu zamknęły się i włącz tryb na żywo, aby zobaczyć pozycję myszy w czasie rzeczywistym, naciskając przycisk przechwytywania.
Przesuń łóżko dla zwierząt, aby wyrównać klatkę piersiową z polem widzenia za pomocą przycisków na przyrządzie CT. Po wyśrodkowaniu myszy obróć suwnicę, aby potwierdzić optymalną pozycję łóżka, wybierając 90 stopni i klikając Ustaw"Następnie kliknij przycisk skanowania CT. Kliknij Tak"do komunikatu informującego, że źródło promieniowania rentgenowskiego zostanie włączone.
Po obrazowaniu umieść zwierzęta z powrotem w klatce i monitoruj, aż do całkowitego wyzdrowienia ze znieczulenia. Powtarzaj obrazowanie co siedem dni lub w razie potrzeby. Barwienie trichromem Massona ujawnia morfologię tkanki płucnej.
Zdjęcia grupy leczonej bleomycyną wykazały wyraźny wzór zwłóknienia, rozpoczynający się od siódmego dnia, głównie jako pojedyncze masy zwłóknieniowe i postępował w dniu 14 do zlewających się konglomeratów podstawionego kolagenu i pozostał niezmieniony do 21 dnia. Wielokrotne obrazowanie mikrotomografią komputerową pozwoliło na ilościowe określenie i segmentację dróg oddechowych w zwłókniałych płatach płuc. Drogi oddechowe były podzielone na część środkową i dystalną.
Dystalna część dróg oddechowych jest drogą wewnątrzpłucną i rozdziela się na płaty płuc jako prawy płat czaszki, prawy płat środkowy, prawy płat ogonowy, prawy płat dodatkowy i lewe płuco. Kwantyfikacja promienia dróg oddechowych wykazała zwiększony promień u myszy leczonych bleomycyną w porównaniu z kontrolami soli fizjologicznej. Każdy punkt reprezentuje średni błąd standardowy średniej z pięciu zwierząt na łączną liczbę 30 myszy.
Kwantyfikacja całkowitego zwłóknienia płuc myszy leczonych nośnikiem lub bleomycyną w różnych punktach czasowych pokazuje, że te parametry mikro-CT zgadzają się z wynikami histologicznymi. Po opanowaniu tej techniki można rutynowo wykonywać badania przesiewowe leków. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się chorobą zwłóknienia płuc do zbadania skuteczności powtarzanego leczenia w modelach zwierzęcych podobnych do IPF.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie przedstawia nieinwazyjne podejście do wielomodalnego obrazowania wykorzystujące mikroskopię komputerową tomografii przekrojowej (Micro-CT) i tomografię molekularną fluorescencyjną (FMT) do przewlekłej oceny fibrozy płuc w modelu mysim. Metoda ta pozwala na monitorowanie zmian anatomicznych i określonych zdarzeń molekularnych związanych z fibrozą płuc w czasie.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biologia
- Wizja medyczna
Tło
- Fibroza płuc jest chorobą postępującą, którą można modelować na myszach.
- Obecne techniki obrazowania często wymagają inwazyjnych procedur.
- Nieinvazyjne obrazowanie może poprawić zrozumienie postępu choroby.
- Łączenie FMT z Micro-CT oferuje kompleksowy widok zmian w płucach.
Cel badania
- Monitorowanie przewlekłej fibrozy płuc w modelu mysim przypominającym IPF.
- Ocena skuteczności nieinwazyjnych technik obrazowania.
- Badanie postępu fibrozy płuc i ocena nowych terapii.
Zastosowane metody
- Mikroskopię CT do oceny anatomicznej.
- Tomografię molekularną fluorescencyjną do śledzenia zdarzeń molekularnych.
- Podwójne dotchętne podawanie bleomycyny w celu wywołania fibrozy.
- Monitorowanie znieczulanych myszy podczas procedur obrazowania.
Główne wyniki
- Skuteczne nieinwazyjne monitorowanie postępu fibrozy płuc.
- Identyfikacja określonych zdarzeń molekularnych związanych z fibrozą.
- Wykazane zalety połączonych technik obrazowania.
- Potencjalne zastosowania w ocenie terapii IPF.
Wnioski
- Wielomodalne podejście do obrazowania jest skuteczne w badaniu fibrozy płuc.
- Nieinvazyjne techniki mogą dostarczyć wglądu w mechanizmy choroby.
- Ta metoda może ułatwić opracowanie nowych strategii terapeutycznych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Non-invasive longitudinal imaging of lung fibrosis addresses a critical gap in preclinical IPF research by enabling repeated assessments without terminal procedures. This multimodal approach supports mechanistic de-risking by correlating molecular events with anatomical changes, improving predictive confidence in target validation. The method enhances translational continuity from discovery through preclinical evaluation, reducing late-stage biological risk in antifibrotic programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by tracking molecular events and anatomical progression in IPF-like models.
- Operational Value: Provides quantitative, reproducible readouts for pathway clarification and functional target validation.
- Strategic Value: Supports predictive confidence and portfolio triage through longitudinal disease severity monitoring.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline fibrosis progression.
- Operational Value: Delivers standardized, quantitative imaging outputs suitable for assay reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enhances screening readiness by enabling reliable compound evaluation in longitudinal studies.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease relevance by modeling IPF pathogenesis through bleomycin-induced fibrosis.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via repeated non-invasive imaging.
- Strategic Value: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing longitudinal fibrosis quantification.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work by enabling hypothesis testing, pathway clarification, and quantitative disease monitoring.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by linking molecular events to anatomical changes in lung fibrosis.
- Screening: Provides assay readiness through reproducible, quantitative imaging of fibrosis progression over time.
- Analytics: Generates measurable outputs such as airway radius and fluorescence quantification to compare experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by enabling longitudinal monitoring that mirrors clinical disease progression.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging platform for antifibrotic therapy evaluation across multiple study cycles.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in fibrosis mechanisms.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of non-invasive imaging across timepoints.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk in IPF programs.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on longitudinal fibrosis data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal imaging, anesthesia, and intravenous probe delivery.
- Depends on Micro-CT and FMT instrumentation with associated software for image acquisition and quantification.
- Necessitates cross-team standardization for consistent imaging protocols and data analysis.
- Involves adaptation considerations for different model systems and probe chemistries.
- Limited by the need for specialized equipment and operator training, as noted in the procedural workflow.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Intratracheal Administration of Bleomycin
1:46
Probe Injection for Fluorescence Molecular Tomography
2:25
Fluorescence Molecular Tomography Imaging
3:45
In Vivo Imaging by Micro-CT
5:45
Results: Time-course and Quantification of Bleomycin-induced Lung Fibrosis
7:09
Conclusion
