Микрокомпьютерная томография и морфометрический анализ головного мозга новорожденных мышей
19 мая 2023 г.
В этом исследовании описаны этапы получения изображений мозга новорожденных мышей с высоким разрешением путем сочетания микрокомпьютерной томографии (микро-КТ) и контрастного вещества в образцах ex vivo . Мы описываем основные морфометрические анализы для количественной оценки размера и формы мозга на этих изображениях.
В экспериментальной нейробиологии, особенно в тех исследованиях, которые касаются вопросов развития, уместно рассчитывать на количественную характеристику мозга эмбриональных и пренатальных особей. Микрокомпьютерная томография в сочетании с обычным контрастным веществом способна получать изображения с высоким раствором, пригодные для дальнейшего морфометрического анализа. Микрокомпьютерная томография применяется для визуализации твердых тканей, таких как кости, из-за поглощения рентгеновских лучей в минерализованных тканях.
Однако в последние десятилетия использование раствора Люголя в качестве контрастного вещества усовершенствовало применение аппаратной техники для мягких тканей. Этот протокол сочетает в себе процедуры и инструменты, использующие эту область, чтобы продемонстрировать большой потенциал микрокомпьютерной томографии для изучения пренатального мозга мелких животных. Сила нашего предложения, точно описывающая процесс от пробоподготовки до морфометрической обработки данных.
Изображения, полученные с помощью микрокомпьютерной томографии, сохраняют особую информацию, что затруднительно при стандартных гистологических методах. Кроме того, микрокомпьютерная томография с использованием контрастного вещества имеет два преимущества по сравнению с магнитно-резонансной томографией. Сканеры дешевле и проще в эксплуатации, а также обеспечивают более высокое пространственное разрешение.
Протокол, представленный здесь, может быть применен с незначительными изменениями для фиксации образцов различных органов, полученных от различных видов. Тогда можно было бы подойти к самым разным научным вопросам. Поскольку контрастное вещество вводится методом выемки, основные ограничения должны быть связаны с размером образца, но потенциальные области применения огромны.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании описывается методика получения изображений мозга новорожденных мышей с высоким разрешением с использованием микрокомпьютерной томографии (micro-CT) в сочетании с контрастным веществом. Особое внимание в работе уделяется морфометрическому анализу для количественной оценки размера и формы мозга в образцах ex vivo, что дает важные сведения для нейробиологии развития.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Методы визуализации
- Биология развития
Теоретические сведения
- Микрокомпьютерная томография обеспечивает получение изображений биологических образцов с высоким разрешением.
- Данный метод эффективно применяется для исследования мягких тканей с использованием контрастных веществ.
- Использование раствора Люгола повышает качество визуализации мягких тканей, таких как структуры головного мозга.
- Исследование эмбрионального и перинатального мозга имеет решающее значение для понимания процессов развития.
Цель исследования
- Предоставить подробный протокол использования микро-КТ для визуализации мозга новорожденных.
- Обеспечить возможность проведения точного морфометрического анализа анатомии мозга.
- Продемонстрировать преимущества микро-КТ по сравнению с традиционными гистологическими методами.
Используемые методы
- В данном исследовании используется микрокомпьютерная томография для визуализации образцов мозга ex vivo.
- В качестве биологической модели используются головные мозги новорожденных мышей.
- Головы новорожденных подготавливают и окрашивают раствором Люголя для повышения контрастности изображений.
- Основные этапы включают погружение образца, обработку изображений и 3D-реконструкцию.
- В протоколе описаны критические временные интервалы и правила обращения с образцами для достижения оптимальных результатов визуализации.
Основные результаты
- Микро-КТ визуализация позволяет четко видеть структуры мозга, включая конкретные анатомические области.
- В исследовании представлен подробный рабочий процесс создания 3D-моделей, которые точно отображают морфологию мозга.
- Результаты подтверждают, что даже небольшие neonatal-мозги могут быть эффективно проанализированы с помощью данного метода.
Выводы
- Данное исследование подтверждает, что микро-КТ является надежным методом визуализации мозга новорожденных мышей.
- Разработанный протокол дает ценные сведения для будущих исследований в области нейробиологии развития.
- Он расширяет понимание морфологии мозга и открывает возможности для различных научных изысканий.
Часто задаваемые вопросы
Промышленная значимость
Микро-КТ визуализация головного мозга новорожденных мышей с высоким разрешением позволяет проводить точный морфометрический анализ, имеющий решающее значение для исследований нейроразвития на ранних стадиях. Данный рабочий процесс обеспечивает количественную оценку влияния генетических и средовых факторов на морфологию мозга, что способствует валидации мишеней и снижению рисков при изучении механизмов в процессе разработки лекарственных средств для ЦНС. Этот подход повышает прогностическую достоверность на этапе перехода от поиска соединений к доклиническим исследованиям для портфелей препаратов против нарушений нейроразвития.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Обеспечивает возможность количественного анализа нейроонтогенетических фенотипов в генетически модифицированных моделях.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней путем картирования анатомических изменений, связанных с исследуемыми путями.
- Способствует снижению механистических рисков за счет получения точных региональных морфометрических данных.
Скрининг и разработка анализа
- Предоставляет стандартизированные наборы данных 3D-визуализации для последующих рабочих процессов фенотипического скрининга.
- Обеспечивает воспроизводимые количественные морфометрические измерения для разработки анализов.
- Позволяет надежно сравнивать эффекты воздействия соединений или генетических вмешательств на структуру мозга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает соответствие результатов доклинической визуализации стратегиям трансляционных биомаркеров в исследованиях ЦНС.
- Поддерживает преемственность на всех этапах: от раннего поиска до доклинической валидации нейроанатомических конечных точек.
- Снижает трансляционный риск за счет возможности проведения морфометрических сравнений между разными видами и моделями.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол микро-КТ визуализации интегрируется в непрерывный процесс исследований: от ранней валидации мишеней до характеристики доклинических моделей в области изучения развития нервной системы.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей посредством количественного анализа морфологии мозга.
- Скрининг: предоставляет готовые к анализу 3D-наборы данных высокого разрешения для воспроизводимого фенотипического скрининга.
- Аналитика: позволяет извлекать морфометрические показатели и данные об объеме регионов для проведения надежного статистического сравнения.
- Трансляционные исследования: способствует согласованию конечных точек доклинической визуализации со стратегиями поиска клинических биомаркеров.
- Корпоративное использование: предлагает масштабируемый и адаптируемый рабочий процесс визуализации для различных программ по изучению ЦНС и биологии развития.
Операционное и организационное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней нейроразвития.
- Операционная ценность: Стандартизирует методы визуализации и анализа для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости исследований.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет раннего количественного снижения рисков.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию активов по ЦНС и расстройствам развития с учетом скорректированного риска.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с микро-КТ визуализацией, подготовкой образцов и морфометрическим анализом.
- Необходим доступ к оборудованию для микро-КТ и совместимому программному обеспечению для обработки изображений.
- Требуется межкомандная стандартизация параметров визуализации и протоколов анализа.
- Метод адаптируем к различным системам органов и видам при модификации протокола в зависимости от размера образца.
- Размер образца и степень проникновения контрастного вещества могут ограничивать применимость метода для крупных тканей.
