Analiza mikrotomografii komputerowej kolana u starszych świnek morskich Dunkin-Hartley po wstrzyknięciu dostawowym
2 sierpnia 2024
Świnki morskie Dunkin-Hartley są uznanym modelem zwierzęcym do badań nad chorobą zwyrodnieniową stawów. Takie badania mogą być korzystne dla zastrzyków dostawowych z różnych powodów, w tym badania nad nowymi lekami lub leczenie choroby. Opisano metodologię iniekcji dostawowych do kolana u świnek morskich, a następnie analizę mikrotomografii komputerowej oceniającą zmiany związane z zapaleniem stawów kolanowych.
Choroba zwyrodnieniowa stawów (choroba zwyrodnieniowa stawów) to choroba zwyrodnieniowa stawów, która dotyka 32,5 miliona dorosłych Amerykanów. Często objawy choroby zwyrodnieniowej stawów pojawiają się dopiero po ciężkim przebiegu choroby. Brak leków modyfikujących przebieg choroby wynika ze słabego zrozumienia mechanizmów inicjujących i napędzających chorobę.
W rezultacie, istnieje krytyczne i ciągłe zapotrzebowanie medyczne na ulepszone środki do leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów. Świnki morskie Dunkin-Hartley są uznanym modelem zwierzęcym choroby zwyrodnieniowej stawów, ponieważ choroba ta rozwija się u nich w sposób naturalny, oferując solidny model do badania wpływu nowych środków terapeutycznych podawanych w iniekcji dostawowej na postęp choroby. Ponieważ zmineralizowana kość ma doskonały kontrast w mikrotomografii komputerowej, metoda ta może być stosowana do oceny cech 3D i wykonywania analiz ilościowych zmian związanych z chorobą zwyrodnieniową stawów. Dwa szczególnie istotne pomiary ilościowe obejmują gęstość mineralną kości i grubość beleczkowania, ponieważ obie te wartości zwiększają się wraz z postępem choroby. Opisana metodyka iniekcji dostawowych u świnek morskich i późniejsza analiza danych z mikrotomografii komputerowej przyczyni się do zmniejszenia zmienności badań i zwiększenia efektywności analiz danych.
Ogol kolano elektryczną maszynką do golenia. Znieczulij zwierzę i potwierdź odpowiednią głębokość znieczulenia poprzez brak reakcji na uszczypnięcie palca. Umieść sterylny lubrykant do oczu w obu oczach, aby zapobiec wysuszeniu i obrażeniom.
Oczyścić miejsce wstrzyknięcia trzykrotnie ruchami okrężnymi i naprzemiennie używając rozcieńczonego roztworu peelingu i alkoholu. Należy używać sterylnych rękawiczek. Ten film obejmuje użycie rękawic nitro w autoklawie.
Podczas całej procedury należy stosować technikę aseptyczną. Zegnij kolano pod kątem 90 stopni, przesuń palec dystalnie do rzepki, aby zlokalizować rowek dystalnego aspektu przestrzeni stawowej, zginając i prostując tylną kończynę. Kość piszczelowa może być wyczuwalna jako struktura kostna dystalna do rzepki.
Po ustaleniu położenia kości piszczelowej i rzepki staw znajduje się między nimi. Ostrożnie wprowadzić igłę insuliny w linię środkową dystalną do rzepki w przestrzeni stawowej. Igła powinna być wprowadzona od jednego do dwóch milimetrów pod skórą.
Powoli wstrzykiwać objętość. Masuj kolano, zginając i prostując staw kilka razy, aby zapewnić prawidłowe rozprowadzenie leku. Umieść próbki z formaliną w kompatybilnym pojemniku.
Skalibruj mikrotomograf komputerowy pod kątem ekspozycji na ciemne i jasne pole, zgodnie z zaleceniami producenta. Zeskanuj próbkę za pomocą filtra aluminiowo-miedzianego o wielkości 18 mikronów. Użyj kroku obrotu o 0,7 stopnia, aby uzyskać 360 stopni z kamerą offsetową.
Wybierz jeden wycinek z obrazów mikro-CT. Sprawdź kompensację niewspółosiowości. W obszarze Ustawienia zastosuj wygładzanie, hartowanie belki, obrót CS i artefakt pierścienia.
Wybierz opcję Uruchom, aby rozpocząć rekonstrukcję. Wybierz VOI i zorientuj próbkę tak, aby wyrównała się w pionie, aby ułatwić późniejszą analizę. Zapisz edytowany VOI jako nowy folder.
Wybierz zakres obrazów do analizy, zaczynając od płytki podchrzęstnej. Zaleca się rozszczepienie analizy płytki podchrzęstnej w kości beleczkowej, ponieważ mają one różne cechy kostne. Wybierz obszar zainteresowania dla każdego obrazu, aby upewnić się, że obejmuje on kość.
Wybierz wybór binarny. Dostosuj histogram tak, aby tło w kości było całkowicie oddzielone. Wybierz zakładkę Gęstość mineralna kości.
Zapisz te dane w nowym folderze danych analizy. Wybierz opcję Przetwarzanie niestandardowe. Najpierw wykonaj progowanie i wybierz opcję Automatycznie, a następnie uruchom.
Następnie wybierz opcję Usuń plamki i wybierz opcję Usuń czarne plamki. Powtórz usuwanie plamek i wybierz opcję Usuń białe plamki. Wybierz Analiza 3D i wybierz wartości podstawowe oraz wartości dodatkowe.
A przedstawia wypreparowane kolano z obecnością barwnika błękitu metylenowego w przestrzeni stawowej, co świadczy o prawidłowym wstrzyknięciu. B to płytkie wstrzyknięcie, w wyniku którego w przestrzeni podskórnej tworzy się pęcherzyk. C świadczy o braku barwnika błękitu metylenowego w przestrzeni stawowej, co świadczy o nieprawidłowym wstrzyknięciu.
Pomocne może być podzielenie analizy dla płytki podchrzęstnej, która jest pokazana w A, i kości beleczkowej, która jest pokazana w B, ponieważ czasami mają one różne parametry dla różnych analiz kości. Jeśli chodzi o gęstość mineralną kości, widzimy, że następuje wzrost średniej 12-miesięcznych świnek morskich w porównaniu z pięciomiesięcznymi świnkami morskimi, a także w przypadku płytki podchrzęstnej, a także kości beleczkowej, co pokazuje, że gęstość mineralna kości wzrasta z czasem. Oprócz grubości beleczkowania widzimy, że między 12-miesięczną świnką morską a dziewięciomiesięczną świnką morską i pięciomiesięczną świnką morską występuje wzrost grubości w milimetrach, co pokazuje, że grubość beleczkowania wzrasta z czasem.
Zmodyfikowane wyniki Mankina rosną wraz z wiekiem świnek morskich, jak widać na rysunku A.Rysunki od B do D pokazują niebieskie plamy toluidyny. B to pięciomiesięczna świnka morska, C to dziewięciomiesięczna świnka morska, a D to 12-miesięczna świnka morska. gwiazdka na rysunku C pokazuje utratę proteoglikanów, podczas gdy gwiazdka na rysunku D pokazuje szczeliny, a biała gwiazdka na rysunku D pokazuje hipokomórkowość.
Obecnie jedynym lekarstwem na ciężką chorobę zwyrodnieniową stawów jest wymiana, która jest kosztowna, inwazyjna i może prowadzić do zachorowalności i śmiertelności pacjentów. W związku z tym istnieje pilna potrzeba kontynuowania badań nad zwierzęcymi modelami choroby zwyrodnieniowej stawów i ciągłego rozwoju nowych metod terapeutycznych. Chociaż zastrzyki dostawowe są integralną częścią badań nad chorobą zwyrodnieniową stawów u świnek morskich, procedura ta nie została jeszcze systematycznie szczegółowo opisana.
Właściwe procedury iniekcji mają zasadnicze znaczenie dla zapewnienia dobrostanu zwierząt i zmniejszenia ogólnej liczby zwierząt, szczególnie w przypadku badań wymagających wielokrotnych wstrzyknięć przez wiele miesięcy. W celu systematycznej oceny zmian związanych z chorobą zwyrodnieniową stawów opisujemy analizy mikrotomografii komputerowej. Mikrotomografia komputerowa zapewnia bardziej dogłębną ocenę zmian w chorobie zwyrodnieniowej stawów niż przegląd histologiczny skanów całej próbki, a nie jednego lub kilku wycinków tkanki.
Chociaż świnki morskie Dunkin-Hartley stanowią solidny model do badania progresji choroby zwyrodnieniowej stawów i efektów nowych terapii, model ten ma swoje ograniczenia. Modele spontaniczne zazwyczaj wymagają dłuższego okresu badania w porównaniu z szybkim rozwojem zmian po chirurgicznej lub chemicznie wywołanej chorobie zwyrodnieniowej stawów. Co więcej, naukowcy mogą zmniejszyć efekt zmienności między zwierzętami, stosując leczenie na jedną kończynę u każdego zwierzęcia, pozwalając kończynie przeciwległej służyć jako kontrola wewnętrzna.
Przegląd
Świnie kawalerskie rasy Dunkin-Hartley stanowią cenny model w badaniach nad chorobą zwyrodnieniową stawów (OA), szczególnie w kontekście analizy efektów zastrzyków dosu stawowych. Niniejszy artykuł przedstawia metodologię podawania zastrzyków do stawów kolanowych u świń kawalerskich oraz wykorzystanie mikrotomografii komputerowej do analizy zmian związanych z zapaleniem stawów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Badania nad chorobą zwyrodnieniową stawów
- Modele zwierzęce w badaniach biomedycznych
- Analiza mikro-tomografii komputerowej
Wstęp
- Choroba zwyrodnieniowa stawów dotyka miliony dorosłych i często pozostaje niezdiagnozowana aż do stadium zaawansowanego.
- Istnieje pilna potrzeba lepszego zrozumienia i opracowania opcji leczenia OA.
- Świnie morskie rasy Dunkin-Hartley naturalnie rozwijają OA, co czyni je odpowiednimi do prowadzenia badań.
- Mikrotomografia komputerowa (Micro-CT) zapewnia szczegółowe obrazowanie niezbędne do oceny zmian w kościach związanych z OA.
Cel badania
- Opracowanie niezawodnej metody wewnątrzstawowych iniekcji u świnek morskich.
- Ocena wpływu nowych środków terapeutycznych na progresję choroby zwyrodnieniowej stawów (OA).
- Zwiększenie efektywności i dokładności analizy danych w badaniach nad OA.
Zastosowane metody
- Wstrzyknięcia dosądrowe do stawu kolanowego u świnek morskich rasy Dunkin-Hartley.
- Mikrotomografia komputerowa do obrazowania 3D zmian w stawie kolanowym.
- Ilościowa analiza gęstości mineralnej kości i grubości beleczek kostnych.
- Ocena postępu zapalenia stawów za pomocą technik obrazowania.
Główne wyniki
- Metodologia ta zmniejsza zmienność w badaniach nad chorobą zwyrodnieniową stawów (OA).
- Mikrotomografia komputerowa (micro-CT) skutecznie obrazuje zmiany w strukturze kości.
- Pomiary ilościowe korelują z postępem choroby.
- Iniekcje dostawowe wykazują potencjał w ocenie terapeutycznej.
Wnioski
- Ustanowiona metodologia usprawnia badanie OA u świnek morskich.
- Udoskonalone techniki obrazowania ułatwiają lepsze zrozumienie mechanizmów choroby.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tych wynikach w celu opracowania nowych metod leczenia.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa analiza za pomocą mikrotomografii komputerowej (micro-CT) u świni guineańskich rasy Dunkin-Hartley umożliwia solidną i powtarzalną ocenę progresji choroby zwyrodnieniowej stawów (OA) oraz wpływu terapii w spontanicznym modelu choroby. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w procesie odkrywania leków na wczesny etap OA, dostarczając ilościowych punktów końcowych o wysokiej rozdzielczości, które są zgodne z biomarkerami translacyjnymi. Integracja precyzyjnego podawania wewnątrzstawowego z zaawansowanym obrazowaniem wspiera decyzje dotyczące portfela projektowego w oparciu o analizę ryzyka oraz redukuje ryzyko związane z hipotezami mechanistycznymi w procesach przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesna faza odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie patogenezy OA oraz mechanizmów terapeutycznych w spontanicznym modelu istotnym dla przebiegu choroby.
- Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez korelację biomarkerów obrazowych z punktami końcowymi histologicznymi i klinicznymi.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego dzięki ilościowemu pomiarowi gęstości mineralnej kości i grubości beleczek kostnych.
- Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie rozwoju kandydatów na leki przeciw OA.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Ustanawia zwalidowane, powtarzalne protokoły wstrzykiwań dosączkowych do oceny związków in vivo.
- Zapewnia standaryzowane odczyty mikro-CT do ilościowego porównania poszczególnych grup badawczych.
- Umożliwia skalowalność analiz oraz ponowne wykorzystanie platformy w podłużnych badaniach nad OA.
- Zmniejsza zmienność i zwiększa niezawodność danych z przesiewów przedklinicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Zapewnia spójność obrazowania i biomarkerów histologicznych w celu zachowania ciągłości translacyjnej od modeli zwierzęcych do ludzkiej choroby OA.
- Wspiera ograniczanie ryzyka w rozwoju badań poprzez dostarczanie wiarygodnych, ilościowych punktów końcowych do oceny skuteczności.
- Ułatwia projektowanie kontroli wewnętrznej, umożliwiając porównania z przeciwległą kończyną u tego samego zwierzęcia.
- Zapewnia istotność z punktu widzenia choroby poprzez modelowanie spontanicznej progresji OA oraz odpowiedzi na terapię.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metodologia ta integruje procesy od wczesnego etapu odkrywania po walidację przedkliniczną, wspierając identyfikację wiodących związków oraz badania translacyjne w opracowywaniu leków na OA.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia ilościową weryfikację hipotez i wyjaśnienie szlaków poprzez korelację obrazowania i histologii.
- Przesiewy: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki mikro-CT do oceny związków i badań zależności dawka-odpowiedź.
- Analityka: Pozwala na pomiar gęstości mineralnej kości i grubości beleczek jako obiektywnych, porównywalnych punktów końcowych.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z klinicznymi biomarkerami OA, wspierając rozwój oparty na biomarkerach.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje ustandaryzowany, powtarzalny przepływ pracy do oceny terapii OA w różnych programach.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów terapeutycznych w OA.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje protokoły iniekcji i obrazowania w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie świadomych decyzji go/no-go oraz efektywne pod względem kapitałowym zarządzanie portfolio.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów na terapie OA.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w obchodzeniu się ze zwierzętami, stosowania technik aseptycznych oraz analizy obrazowania mikro-CT.
- Wymaga dostępu do skalibrowanego instrumentarium mikro-CT oraz infrastruktury do przetwarzania obrazów.
- Konieczna jest międzyzespołowa standaryzacja protokołów iniekcji i obrazowania w celu zapewnienia powtarzalności.
- Adaptacja może być konieczna w przypadku innych gatunków lub modeli OA o innej kinetyce choroby.
- Modele spontanicznego OA wymagają dłuższych okresów badania w porównaniu do modeli indukowanych.
Najczęściej zadawane pytania z zakresu biofarmacji
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:25
Intra-Articular Injection Preparations
1:57
Intra-Articular Injection
2:30
Recovery from Intra-Articular Injection
3:00
Image Processing for Evaluating Bone Microarchitectural Parameters
3:19
Collection of Microarchitectural Data from Reconstructed Images
4:16
Representative Results
5:44
Conclusion
