Nowatorskie techniki obrazowania mikrotomografii komputerowej in vivo do oceny postępu niealkoholowej stłuszczeniowej choroby wątroby
24 marca 2023
Korzystając z mysiego modelu niealkoholowej stłuszczeniowej choroby wątroby (NAFLD) wywołanego dietą, opisujemy użycie nowatorskich technik obrazowania mikrotomografii komputerowej in vivo jako nieinwazyjnej metody oceny etapów progresji NAFLD, koncentrując się głównie na sieci naczyniowej wątroby ze względu na jej znaczący udział w dysregulacji wątroby związanej z NAFLD.
Uważamy ten protokół za istotny, ponieważ demonstruje nieinwazyjną, prostą i łatwą metodę oceny kluczowych wskaźników w czasie kluczowych wskaźników diagnozy chorób wątroby. Ta metodologia obrazowania pozwala na analizę w czasie stanu wątroby, ocenę względnej objętości krwi, średnicy żyły wrotnej, intensywności sieci naczyniowej, wszystkich ważnych parametrów patologii wątroby. Zrozumienie adaptacji wątrobowej sieci naczyniowej podczas progresji NAFLD i skorelowanie tego z określonymi markerami, takimi jak stłuszczenie, stan zapalny i zwłóknienie, może pomóc w ustaleniu nowych, skutecznych schematów terapii.
Technika ta pomaga w identyfikacji takich markerów, a także zwiększa wartość myszy w badaniach przedklinicznych koncentrujących się na opracowaniu nowych terapii przeciwko postępowi choroby. Na początek umieść znieczulone zwierzę w kołysce tomografu komputerowego. Nałóż maść okulistyczną, zabezpiecz stożek nosowy i ustaw parametry skanowania na tomografie komputerowym.
Przygotuj cewnik do żyły ogonowej i umieść mysz na łóżku, aby ogrzać ogon w ciepłej wodzie. Wprowadzić cewnik do żyły ogonowej i podać pierwszy środek kontrastowy w postaci wstrzyknięcia, wykonywanego powoli i ręcznie, trwającego od jednej do trzech minut. Następnie uzyskaj skany całego ciała i wątroby w różnych punktach czasowych.
Postępuj zgodnie z tą samą procedurą przy podawaniu drugiego środka kontrastowego, 10 dni po ostatnim odczycie z pierwszym środkiem kontrastowym. Po załadowaniu pliku DICOM skanu przed kontrastem dostosuj kontrast, aby wyraźnie widzieć wątrobę, śledzionę i białą tkankę tłuszczową. W narzędziu 3D ROI wybierz opcję dodaj ROI, aby wygenerować wiele ROI w celu wykonania próbkowania w obszarach, w których wątroba, śledziona i tkanka tłuszczowa wydają się czyste, bez widocznych naczyń krwionośnych i tłuszczu.
W trybie malowania wybierz opcję Sfera. Zaznacz pole Tylko 2D i wybierz średnicę ośmiu pikseli z menu rozwijanego, aby namalować ROI na danych. Z funkcji rozszerzania erozji wybierz opcję minus jedna erozja.
Próbkowanie można przeprowadzić, segmentując obszary zainteresowania 2D za pomocą narzędzia Sfera na płaszczyźnie poprzecznej. Przejdź do nawigacji i wybierz opcję pokaż tabelę, aby wyświetlić tabelę kwantyfikacji zawierającą obliczone wartości jednostek pola psów gończych dla każdego zwrotu z inwestycji. Następnie wprowadź wartości do tego równania.
Oblicz procentową zawartość tłuszczu w wątrobie. Załaduj plik DICOM eXIA scan i dostosuj kontrast, aby wyraźnie widzieć wątrobę, śledzionę i lewą komorę. W narzędziu 3D ROI wybierz opcję dodaj ROI, aby podzielić na segmenty wiele ROI dla wątroby.
W trybie malowania wybierz opcję Tylko 2D, a następnie wybierz opcję Sfera dodaj średnicę ośmiu pikseli, aby namalować ROI na danych. Z funkcji rozszerzania erozji wybierz opcję minus jedna erozja. Określ nazwę i kolor dla każdego zwrotu z inwestycji, a następnie wybierz opcję pokaż tabelę, aby wyświetlić tabelę kwantyfikacji zawierającą obliczone wartości HU dla każdego ROI.
Po powtórzeniu tych kroków w celu uzyskania narządu PV t0, wprowadź wartości do równania pokazanego na ekranie, aby wyodrębnić kontrast procentowy odpowiadający funkcjonalnemu transferowi lipidów wychwytu tkankowego. Załaduj plik DICOM skanowania ExiTron i dostosuj kontrast, aby wyraźnie zobaczyć sieć naczyniową wątroby. Wybierz opcję dodaj zwrot z inwestycji, aby wygenerować zwrot z inwestycji 3D dla wątroby.
Zdefiniuj zwrot z inwestycji w wątrobę, zaznaczając żądany obszar. Następnie wybierz ROI w tle z selektora ROI. Kliknij ikonę Wykonaj cięcie, aby usunąć tło bez zmiany zwrotu z inwestycji w wątrobę.
Aktywuj przeglądarkę projekcji o maksymalnej intensywności. Następnie, w obszarze algorytmów segmentacji oznaczonych ikoną magicznej różdżki, wybierz połączone próg, aby ponownie segmentować zwrot z inwestycji w wątrobę. Ustaw progi, wprowadzając wartości minimalne i maksymalne, a następnie uzyskaj sieć naczyniową.
Ponownie usuń tło tkanki wątroby, aby uzyskać wyraźną reprezentację sieci naczyniowej. Po załadowaniu pliku DICOM skanowania ExiTron dostosuj kontrast, aby wyraźnie widzieć wątrobę, śledzionę i lewą komorę. Wybierz opcję dodaj ROI i podziel na segmenty ROI dla wątroby i dużego naczynia krwionośnego.
Zdefiniuj warstwy segmentacji, aby wygenerować zwrot z inwestycji 2D dla każdej tkanki. Powtórz kroki dla pliku DICOM przed kontrastem, aby uzyskać średnią jasność wątroby przed wstrzyknięciem środka kontrastowego. W przypadku średnicy żyły wrotnej zlokalizuj płaszczyzny poprzeczne trzech do czterech warstw powyżej skrzyżowania żył krezkowych górnych i śledziony, a następnie przejdź do nawigacji, a następnie do sanityzacji odległości, wybierz linię, aby zmierzyć dokładną odległość między dwoma punktami.
Średnie wartości kontrastu są prezentowane przez te pogrupowane dane. Test funkcjonalnego wychwytu tkankowego wykazał większą akumulację i wolniejszy klirens środka kontrastowego eXIA u myszy z niealkoholową stłuszczeniową chorobą wątroby w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. Te reprezentatywne wyniki wskazują na różnice w procentowej zawartości tłuszczu w wątrobie, objętości sieci naczyniowej wątroby, średnicy żyły wrotnej i względnej objętości krwi w wątrobie między myszami z niealkoholową stłuszczeniową chorobą wątroby a zdrowymi osobami z grupy kontrolnej.
Obrazowanie mikro-CT bez żadnego środka kontrastowego wykazało wyższy procent tłuszczu w wątrobie u myszy z niealkoholową stłuszczeniową chorobą wątroby w porównaniu z grupą kontrolną. Podobnie, u myszy z niealkoholową stłuszczeniową chorobą wątroby stwierdzono większą objętość wątrobowej sieci naczyniowej, względną objętość krwi wątroby i większą średnicę żyły wrotnej w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać podczas próbowania tej techniki, jest ciągłe dokładne odwzorowywanie wybranego obszaru anatomicznego.
Wybór niewłaściwego miejsca anatomicznego może prowadzić do niedokładnych wyników. Postępując zgodnie z tą metodologią i protokołem, można przeprowadzić dokładną ocenę stopnia zaawansowania choroby wątroby. W związku z tym może działać jako określona platforma do oceny skuteczności nowych leków.
Technika ta toruje drogę nowym, łatwiejszym i dokładniejszym sposobom oceny patologii wątroby i inicjowania odpowiednich testów rozwoju leków.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje nową, nieinwazyjną technikę obrazowania za pomocą mikrotomografii komputerowej (micro-CT) w celu monitorowania postępu niealkoholowej stłuszczeniowej choroby wątroby (NAFLD) w indukowanym dietą modelu mysim. Metoda ta koncentruje się na analizie sieci naczyniowej wątroby, która jest kluczowym czynnikiem w rozregulowaniu funkcji tego narządu w przebiegu choroby.
Kluczowe elementy badania
Obszar badań
- Niealkoholowa stłuszczeniowa choroba wątroby (NAFLD)
- Obrazowanie mikrotomografią komputerową
- Analiza sieci naczyniowej wątroby
Wprowadzenie
- NAFLD jest powszechną chorobą wątroby powiązaną z różnymi zaburzeniami metabolicznymi.
- Zrozumienie zmian naczyniowych w wątrobie jest kluczowe dla oceny progresji choroby.
- Obecne metody oceny chorób wątroby często nie oferują podejść nieinwazyjnych.
Zastosowane metody
- Techniki obrazowania mikro-CT in vivo
- Model myszy z NAFLD indukowanym dietą
- Środki kontrastowe do wizualizacji patologii wątroby
Główne wyniki
- Zidentyfikowano zmiany w objętości sieci naczyniowej wątroby oraz średnicy żyły wrotnej.
- Ustanowiono korelację między procentową zawartością tłuszczu w wątrobie a charakterystyką naczyniową.
- Wykazano możliwość wykorzystania mikro-CT do długoterminowej oceny chorób wątroby.
Wnioski
- Badanie waliduje nieinwazyjną metodę obrazowania do monitorowania postępu NAFLD.
- Wyniki mogą przyczynić się do opracowania nowych strategii terapeutycznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Nieinwazyjne obrazowanie mikro-CT in vivo postępu NAFLD w modelach przedklinicznych wypełnia krytyczną lukę w podłużnej, ilościowej ocenie patologii wątroby. Podejście to umożliwia wysokorozdzielcze i powtarzalne pomiary zmian naczyniowych i tkankowych, co zwiększa wiarygodność prognostyczną we wczesnych etapach poszukiwania leków oraz w badaniach translacyjnych. Integracja wyników obrazowania z procesem opracowywania nowych leków usprawnia podejmowanie decyzji w zakresie testowania hipotez terapeutycznych i selekcji kandydatów.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia ilościową analizę adaptacji naczyniowych wątroby powiązanych z postępem NAFLD.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez korelację parametrów naczyniowych z markerami stłuszczenia, stanu zapalnego i włóknienia.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celu poprzez nieinwazyjne, podłużne monitorowanie w modelach istotnych dla danej choroby.
- Zwiększa pewność prognostyczną przy rozwijaniu hipotez terapeutycznych ukierunkowanych na patologię wątroby.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia standaryzowane, powtarzalne wyniki obrazowania do oceny wpływu związków na strukturę i funkcję wątroby.
- Umożliwia opracowanie testów z ilościowymi odczytami, takimi jak procentowa zawartość tłuszczu w wątrobie oraz gęstość sieci naczyniowej.
- Wspiera skalowalność i ponowne wykorzystanie platformy w przedklinicznych badaniach nad NAFLD.
- Zwiększa gotowość do screeningu dzięki możliwości wiarygodnej, nieterminalnej oceny progresji choroby.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica przedkliniczne biomarkery obrazowania z punktami końcowymi istotnymi dla choroby w celu zapewnienia ciągłości translacyjnej.
- Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu z uwzględnieniem ryzyka poprzez dostarczenie obiektywnych, ilościowych danych dotyczących stadium choroby.
- Ułatwia ocenę skuteczności terapeutycznej w badaniach podłużnych bez konieczności wielokrotnego uśmiercania zwierząt.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez powiązanie wyników obrazowania z funkcjonalnym poborem tkankowym i przebudową naczyniową.
Integracja potoków i przepływów pracy
Niniejszy protokół obrazowania wpisuje się w kontinuum procesu badawczego, od wczesnej walidacji celu po przedkliniczną ocenę kandydatów w modelach NAFLD.
- Biologia odkrywcza: Wspiera weryfikację hipotez i wyjaśnianie szlaków sygnałowych poprzez kwantyfikację zmian w naczyniach i tkankach wątroby.
- Przesiewy: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki obrazowania do oceny związków i standaryzacji testów.
- Analityka: Zapewnia pomiary statystyczne zawartości tłuszczu w wątrobie, objętości sieci naczyniowej oraz średnicy żyły wrotnej w celu porównania stanów chorobowych.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z punktami końcowymi w badaniach klinicznych poprzez dopasowanie biomarkerów obrazowych do progresji choroby.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę obrazowania możliwą do ponownego wykorzystania w różnorodnych programach B+R skoncentrowanych na NAFLD.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów terapeutycznych NAFLD.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje nieinwazyjną, podłużną ocenę w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie lepszych decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową dzięki dostarczaniu obiektywnych danych na temat stadium zaawansowania choroby.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów na leki w terapii NAFLD.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w obrazowaniu małych zwierząt oraz modelowaniu chorób wątroby.
- Wymaga dostępu do aparatury mikro-CT oraz zaawansowanego oprogramowania do analizy obrazu.
- Niezbędna jest standaryzacja wyboru obszarów anatomicznych i segmentacji ROI pomiędzy zespołami.
- Adaptacja do różnych modeli przedklinicznych może wymagać optymalizacji protokołu.
- Dokładność zależy od precyzyjnego celowania anatomicznego i spójnych parametrów obrazowania.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Animal Preparation and Imaging Workflow
2:02
Evaluation of Hepatic Lipid Deposition/Steatosis
3:21
Functional Tissue Uptake/Lipid (Chylomicron) Transfer in the Liver
4:27
Architecture and Density of the Hepatic Vascular Network
5:32
Hepatic Relative Blood Volume
6:33
Results: Average Contrast Values and the Micro‐CT Imaging in Mice with NAFLD and Healthy Controls
7:50
Conclusion
