In vivo (in vivo) Ocena rozwoju kalusa złamania podczas gojenia kości u myszy przy użyciu urządzenia do osteosyntezy kompatybilnego z MRI dla kości udowej myszy
14 listopada 2017
Ocena rozwoju tkanki w złamaniu modzeli podczas gojenia kości śródchrzęstnej jest niezbędna do monitorowania procesu gojenia. W tym miejscu informujemy o zastosowaniu zewnętrznego stabilizatora kompatybilnego z rezonansem magnetycznym (MRI) dla kości udowej myszy, aby umożliwić skany MRI podczas regeneracji kości u myszy.
Ogólnym celem tej techniki jest wykorzystanie rezonansu magnetycznego (MRI) do podłużnej oceny rozwoju modzela po złamaniu myszy podczas gojenia kości. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie gojenia kości, takie jak to, jak modzele złamań rozwijają się z czasem w różnych modelach mysich. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że rozwój modzela złamania może być monitorowany in vivo w czasie rzeczywistym oraz to, że zastosowany stabilizator zewnętrzny zapewnia wysoce ustandaryzowany model gojenia złamań.
Procedurę rezonansu magnetycznego zademonstruje Anne Subgang, technik z ośrodka Small Animal Imaging Core. Przed rozpoczęciem zabiegu należy potwierdzić odpowiedni poziom sedacji poprzez brak reakcji na uszczypnięcie palca u nogi i wstrzyknąć mysz podskórnie pojedynczą dawkę antybiotyków w magazynie płynów dwa razy 250 mikrolitrów 0,9% chlorku sodu. Nałóż maść na oczy zwierzęcia i umieść mysz na poduszce grzewczej o temperaturze 37 stopni Celsjusza.
Usuń sierść z prawej tylnej kończyny i wyszoruj obszar operacyjny środkiem dezynfekującym na bazie alkoholu. Umieść sterylną serwetę na zwierzęciu, pozostawiając odsłonięte pole operacyjne, i przykryj prawą tylną łapę małym kawałkiem sterylnej rękawicy. Wyszoruj obszar operacyjny jeszcze trzy razy środkiem dezynfekującym.
Następnie, za pomocą wysterylizowanego w autoklawie skalpela, wykonaj około jednocentymetrowe podłużne nacięcie skóry wzdłuż wewnętrznej strony prawej kości udowej i za pomocą mikronożyczek i kleszczy tępo oddziel mięśnie dwugłowe uda i obszerne boczne. Przeciąć przyczep ścięgna na krętarzu kości udowej, aby umożliwić swobodny dostęp do przednio-bocznej części kości, uważając, aby nerw kulszowy został zachowany, i ustaw zewnętrzny stabilizator równolegle do kości udowej. Za pomocą wiertła 0,45 milimetra ręcznie wywierć otwory przez korę mózgową.
Zaczynając od najbardziej proksymalnych i dystalnych końców, umieść w otworach ceramiczne kołki montażowe. Po umieszczeniu wszystkich szpilek nawilż kość niewielką ilością sterylnej soli fizjologicznej i użyj 0,4-milimetrowej piły drucianej Gigli, aby wykonać osteotomię o średnicy 0,4 milimetra przez kość otworu między dwoma wewnętrznymi szpilkami. Ostrożnie przepłucz szczelinę osteotomii dwoma mililitrami sterylnej soli fizjologicznej, aby usunąć wszelkie wióry kostne spomiędzy dwóch złamanych korów i użyj ciągłego wchłanialnego szwu w celu dostosowania mięśni, a następnie adaptacji skóry za pomocą przerwanych szwów niewchłanialnych.
Następnie oczyść obszar operacyjny środkiem dezynfekującym i umieść mysz z powrotem w klatce z monitorowaniem aż do pełnego wyzdrowienia. Już trzy dni po operacji ostrożnie włóż stabilizator zewnętrzny do specjalnie przygotowanego urządzenia montażowego i umieść znieczuloną mysz na podstawce o kontrolowanej temperaturze w celu wprowadzenia do urządzenia do rezonansu magnetycznego. Sztywno przymocuj zewnętrzny stabilizator do urządzenia montażowego na czteroelementowej cewce głowicy i użyj dedykowanego systemu MRI dla małych zwierząt o wysokim polu, działającego pod ciśnieniem 11,7 tesli, aby zastosować do pęknięcia wielowarstwową sekwencję echa turbospinowego o stłumionej gęstości protonów, tłumionej tłuszczem.
Po uzyskaniu wszystkich obrazów otwórz dane w odpowiednim oprogramowaniu do analizy obrazu i wprowadź rozmiar woksela jako 0,05 na 0,05 na 0,35 milimetra sześciennego. Aby podzielić różne tkanki w kalusie złamania z półautomatycznym progowaniem na podstawie ich intensywności, najpierw kliknij pole edycji nowej etykiety, a następnie kliknij Dodaj materiał. Zmień nazwę materiału na kalus i użyj narzędzia lasso, aby odróżnić obszar kalusa od otaczających tkanek na podstawie hipointensywnego sygnału z okostnej.
Kliknij Dodaj do materiału, a następnie kliknij Dodaj materiał i zmień nazwę materiału na chrząstka. Za pomocą narzędzia progowego podziel chrząstkę na segmenty i wybierz tylko bieżący materiał z kalusa. Następnie kliknij chrząstkę i Dodaj do materiału.
Gdy wszystkie tkanki zostaną podzielone na segmenty, kliknij opcję Generuj powierzchnię, zastosuj Brak dla typu wygładzania i kliknij opcję Widok powierzchni, aby wygenerować rekonstrukcje 3D złamanych kości udowych na podstawie danych segmentacji tkanek. Udany zabieg chirurgiczny można potwierdzić za pomocą rezonansu magnetycznego złamania, na którym widoczne są wszystkie cztery szpilki w środku trzonu kości udowej z przerwą osteotomijną między 0,3 a 0,5 milimetra. W 10 dniu po operacji ocena skanów podłużnych podczas procesu gojenia złamania ujawnia tkankę chrzęstną w środku złamania modzel i tkankę kostną na obrzeżach złamania.
Zarówno tkanki chrzęstne, jak i kostne powiększają się do 14 dnia. Tkanka chrzęstna zmniejsza się następnie do 21 dnia, kiedy to można zaobserwować mostkowanie kostne. Po segmentacji różnych tkanek w złamaniu kalusa, jak właśnie pokazano, można wygenerować cały skan 3D kości udowej z dojrzałą korą wyglądającą na szaro, ceramicznymi szpilkami zaznaczonymi na żółto, tkanką miękką kalusa na zielono, tkanką chrzęstną na czerwono i tkanką kostną modzela oznaczoną na fioletowo.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak zastosować zewnętrzny stabilizator do kości udowej myszy, aby utworzyć osteotomię kości udowej i wprowadzić mysz do urządzenia MRI, aby zapewnić ustandaryzowaną pozycję skanowania. Po opanowaniu, aplikacja zewnętrznego stabilizatora i technika osteotomii mogą zostać zakończone w ciągu 20 do 30 minut, jeśli zostaną wykonane prawidłowo.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia technikę wykorzystującą obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI) do oceny rozwoju kostnina po złamaniu u myszy w trakcie gojenia kości. Metoda ta umożliwia monitorowanie procesu gojenia in vivo w czasie rzeczywistym w zstandaryzowanym modelu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Gojenie kości
- Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego
- Rozwój kostniny złamania
Wstęp
- Kostnienie chrzęstne jest kluczowe dla zrozumienia rozwoju tkanek.
- Tworzenie się zrostu złamania jest kluczowym aspektem procesu gojenia.
- Techniki obrazowania w czasie rzeczywistym mogą usprawnić badanie regeneracji kości.
- Ustandaryzowane modele są niezbędne do uzyskania powtarzalnych wyników w badaniach.
Cel badania
- Ocena rozwoju kostniny złamania w czasie w modelach mysich.
- Wykorzystanie MRI do podłużnych badań gojenia kości.
- Zapewnienie niezawodnej metody monitorowania regeneracji kości in vivo.
Zastosowane metody
- Zastosowanie zewnętrznego stabilizatora kości udowej myszy kompatybilnego z MRI.
- Monitorowanie rozwoju kostnina w czasie rzeczywistym.
- Zastosowanie sedacji oraz podanie antybiotyków przed obrazowaniem.
- Utrzymanie warunków fizjologicznych podczas procedury.
Główne wyniki
- Pomyślne obrazowanie in vivo rozwoju kostniny złamania.
- Zaprezentowanie procedury MRI przez wykwalifikowanego technika.
- Ustanowienie zestandaryzowanego modelu do przyszłych badań.
- Wgląd w chronologię procesów gojenia kości.
Wnioski
- Technika MRI dostarcza cennych danych na temat dynamiki gojenia kości.
- Metoda ta może ułatwić dalsze badania nad gojeniem złamań.
- Zstandardyzowane modele zwiększają wiarygodność wyników eksperymentalnych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ta technika oparta na MRI umożliwia podłużne, nieinwazyjne monitorowanie składu tkanki kostnej zrostu u modeli mysich, wypełniając tym samym krytyczną lukę w przedklinicznych badaniach nad gojeniem kości. Dzięki rozróżnieniu tkanki chrzestnej od włóknistej za pomocą obrazowania opartego na zawartości wody, metoda ta dostarcza wglądu w mechanizmy ścieżek gojenia endochondralnego. Wspiera to walidację celów terapeutycznych oraz ograniczanie ryzyka w rozwoju leków na układ mięśniowo-szkieletowy, oferując ilościowe i powtarzalne wyniki dynamiki gojenia specyficznej dla danej tkanki.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez wizualizację formowania się tkanki chrzestnej i kostnej w czasie in vivo.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zstandaryzowany, powtarzalny model do oceny oddziaływania na cele molekularne w szlakach gojenia złamań.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Generuje ilościowe dane segmentacji tkanek oparte na wartościach progowych, odpowiednie do standaryzacji testów.
- Wartość operacyjna: Wspiera opracowywanie biomarkerów opartych na obrazowaniu do przesiewania związków w regeneracji kości.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Łączy wczesne tworzenie się kostnina z późniejszym mostkowaniem kostnym, co umożliwia modelowanie predykcyjne wyników gojenia.
- Wartość operacyjna: Ułatwia podłużne śledzenie w etapach przedklinicznych, poprawiając ciągłość od fazy odkryć do badań skuteczności.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum procesów odkrywczych, dostarczając wczesnych danych na temat składu tkanek, które stanowią podstawę do identyfikacji związków wiodących oraz podejmowania decyzji na etapie przedklinicznym.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących szlaków molekularnych zaangażowanych w chondrogenezę i kostnienie podczas gojenia złamań.
- Przesiewanie: Umożliwia powtarzalne, ilościowe odczyty składu tkanki kostnienia w celu oceny efektów działania związków.
- Analityka: Dostarcza pomiarów objętościowych tkanek chrzęstnych i kostnych poprzez segmentację MRI do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Łączy punkty końcowe obrazowania z histologicznym postępem gojenia, wspierając dopasowanie biomarkerów.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę obrazowania dla badań podłużnych w wielu modelach mysich i interwencjach terapeutycznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną poprzez redukcję niejednoznaczności w składzie tkanki miękkiej kostniny.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje indukcję złamania oraz pozycjonowanie obrazowania, co poprawia powtarzalność między badaniami.
- Wartość strategiczna: Umożliwia wcześniejsze podejmowanie decyzji go/no-go na podstawie trajektorii gojenia, redukując ryzyko niepowodzenia na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację kandydatów w obszarze układu mięśniowo-szkieletowego z uwzględnieniem ryzyka dzięki obiektywnym wskaźnikom gojenia.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w chirurgii małych zwierząt, obsłudze aparatury MRI oraz w oprogramowaniu do segmentacji obrazu.
- Zależne od dostępu do systemów MRI dla małych zwierząt o wysokim polu (np. 11,7 tesla) oraz sprzętu do stabilizacji kompatybilnego z MRI.
- Wymaga standaryzacji protokołów chirurgicznych, obrazowania i analizy pomiędzy zespołami.
- Obejmuje kwestie adaptacji do różnych szczepów myszy, modeli złamań oraz punktów czasowych gojenia.
- Ograniczone koniecznością specjalistycznego przeszkolenia i dostępnością sprzętu, co może wpływać na skalowalność.
