Analiza malformacji czaszkowo-szczękowo-twarzowych u myszy za pomocą trójwymiarowej mikrotomografii komputerowej
17 stycznia 2025
Tutaj szczegółowo opisujemy metodę, która opiera się na mikrotomografii komputerowej, do segmentacji i pomiaru modeli 3D kości czaszkowo-szczękowo-twarzowych u myszy, dla lepszej oceny rozwoju kości czaszkowo-szczękowo-twarzowej u myszy niż jest to możliwe przy użyciu obecnych metod.
Aby rozpocząć, zaimportuj obraz czaszki myszy z mikrotomografii komputerowej do oprogramowania. Kliknij prawym przyciskiem myszy stronę Maski i wybierz Nowa maska. Pojawi się nowa warstwa o nazwie zielonej.
Na wyświetlonej stronie Thresholding (Próg przekraczania progów), która zostanie wyświetlona, wybierz żądany zakres progów. Kliknij nowo utworzoną warstwę zieloną na stronie Maski i wybierz Oblicz 3D z menu rozwijanego. W interfejsie obiektów 3D kliknij prawym przyciskiem myszy Zielony i kliknij Właściwości.
Następnie kliknij przycisk Kolor, aby zmienić kodowanie wszystkich modeli 3D zrekonstruowanych z różnymi kośćmi. Następnie, za pomocą narzędzia gumka z menu edycji, ręcznie wymaż kości przyczepione do żuchwy w każdej warstwie na płaszczyźnie strzałkowej 2D. Po kliknięciu na opcję rosnącego regionu wybierz obszar żuchwy na płaszczyźnie strzałkowej 2D.
Na stronie Maski wybierz Oblicz 3D z menu rozwijanego i kliknij nowo utworzoną warstwę, aby oznaczyć ją jako żuchwę. Wyłącz widoczne kliknij prawym przyciskiem myszy na ekranie i wybierz Powiększ do pełnego ekranu. Następnie kliknij Zmierz i wybierz odległość z menu rozwijanego.
Aby obliczyć długość, zaznacz odpowiednie punkty na obrazie 3D. W interfejsie obiektów 3D kliknij prawym przyciskiem myszy żuchwę, a następnie moduł Właściwości i informacje o właściwościach Wolumin. Aby odczytać zrekonstruowane wartości objętości dla każdego bloku kości czaszkowo-szczękowej, należy zmierzyć kość czołową żuchwy, kość ciemieniową, kość nosową, kość przedszczękową, szczękę, kość międzyciemieniową i kość potyliczną w ten sam sposób.
Analiza Micro-CT wykazała zależną od dawki korelację między dominującą ujemną ekspresją RAR alfa a wadami szkieletu, w tym zmniejszoną długością kości żuchwy, czołowej i ciemieniowej. Hamowanie naszego RAR w osteoblastach doprowadziło do deformacji twarzoczaszki charakteryzujących się zmianami kształtu, rozmiaru i stopnia kostnienia kości twarzoczaszki.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł szczegółowo opisuje metodę wykorzystującą mikrotomografię komputerową do tworzenia i analizy modeli 3D kości czaszkowo-twarzowych u myszy. Podejście to usprawnia ocenę rozwoju kości w porównaniu z istniejącymi technikami.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Rozwój kości
- Techniki obrazowania
Wstęp
- Kości czaszkowo-twarzowe są kluczowe dla wielu badań biologicznych.
- Obecne metody oceny mają swoje ograniczenia.
- Mikrotomografia komputerowa oferuje nowatorskie podejście do szczegółowego obrazowania.
- Modelowanie 3D może usprawnić zrozumienie rozwoju kości.
Cel badania
- Opracowanie metody lepszej segmentacji struktur kostnych.
- Zwiększenie dokładności pomiarów kości twarzoczaszki.
- Zapewnienie wiarygodnego narzędzia dla badaczy analizujących rozwój kości u myszy.
Zastosowane metody
- Importowanie obrazów mikro-CT do specjalistycznego oprogramowania.
- Tworzenie nowych masek do segmentacji.
- Stosowanie technik progowania w celu dokładnego modelowania.
- Obliczanie reprezentacji 3D segmentowanych kości.
Główne wyniki
- Skuteczna segmentacja kości czaszkowo-twarzowych.
- Poprawiona dokładność modelowania 3D w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
- Ulepszona wizualizacja struktur kostnych.
- Potencjał do szerszych zastosowań w badaniach biologicznych.
Wnioski
- Metoda ta znacząco usprawnia ocenę rozwoju kości.
- Mikrotomografia komputerowa jest cennym narzędziem w badaniach z zakresu neuronauki.
- Przyszłe badania mogą wykorzystać tę technikę w różnych zastosowaniach.
Najczęściej Zadawane Pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa analiza 3D microCT kości czaszkowo-twarzowych myszy umożliwia precyzyjną ocenę zaburzeń genetycznych i rozwojowych istotnych dla modelowania chorób szkieletu. Niniejszy schemat postępowania zwiększa pewność prognostyczną w wczesnym etapie walidacji celów terapeutycznych i wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego w odkrywaniu leków na schorzenia kości i obszaru twarzoczaszki. Dokładna segmentacja i pomiar poszczególnych kości ułatwiają solidny screening fenotypowy oraz zapewniają ciągłość translacyjną w modelach przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia ilościową analizę funkcji genów oraz wpływu szlaków sygnałowych na rozwój kości kraniofacjalnych.
- Wspiera mechanistyczną ocenę ryzyka poprzez powiązanie mutacji genetycznych z konkretnymi fenotypami szkieletowymi.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów terapeutycznych dzięki powtarzalnym wynikom morfometrycznym.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zestandaryzowaną, powtarzalną segmentację i pomiar wielu kości czaszkowo-twarzowych.
- Dostarcza wyników ilościowych odpowiednich do wysokowiarygodnego przesiewu fenotypowego.
- Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do dalszej oceny związków oraz badań porównawczych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia zestawienie przedklinicznych fenotypów kostnych z punktami końcowymi istotnymi dla przebiegu choroby w celu opracowania biomarkerów translacyjnych.
- Zapewnia ciągłość procesu od odkryć genetycznych po walidację przedkliniczną w modelach chorób szkieletu.
- Wspiera podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka i solidne dane morfometryczne.
Integracja rurociągów i przepływów pracy
Ta metoda segmentacji i kwantyfikacji oparta na mikroCT jest integrowana na każdym etapie – od wczesnych odkryć po walidację modeli przedklinicznych w badaniach nad układem szkieletowym oraz obszarem kraniofacjalnym.
- Biologia odkryć: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków sygnałowych poprzez ilościowe określanie efektów perturbacji genetycznych specyficznych dla kości.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki morfometryczne w celu standaryzacji testów i przygotowania do przesiewania.
- Analityka: Zapewnia pomiary objętościowe i wymiarowe, umożliwiające porównania statystyczne między grupami eksperymentalnymi.
- Badania translacyjne: Ułatwia dopasowanie przedklinicznych fenotypów kostnych do punktów końcowych w badaniach klinicznych nad zaburzeniami kraniofacjalnymi.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy skalowalną, powtarzalną możliwość obrazowania i analizy dla różnorodnych modeli chorób szkieletu.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów szkieletowych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje segmentację i pomiary obrazu w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową poprzez dostarczenie solidnych punktów końcowych ilościowych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój programów dotyczących układu szkieletowego i kraniofacialnego.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest biegłość w obrazowaniu microCT oraz w obsłudze oprogramowania do segmentacji.
- Konieczny jest dostęp do wysokorozdzielczego sprzętu microCT oraz infrastruktury analitycznej.
- Metoda zyskuje dzięki międzyzespołowej standaryzacji protokołów segmentacji i kryteriów pomiarowych.
- Możliwa jest adaptacja do różnych modeli genetycznych i chorobowych po odpowiedniej korekcie parametrów.
- Kroki segmentacji manualnej mogą ograniczać przepustowość w przypadku badań na dużą skalę.
