Анализ черепно-челюстно-лицевых пороков развития у мышей с помощью трехмерной микрокомпьютерной томографии
17 января 2025 г.
В этой статье мы подробно описываем метод, основанный на микрокомпьютерной томографии, для сегментации и измерения 3D-моделей черепно-челюстно-лицевых костей у мышей для лучшей оценки развития черепно-челюстно-лицевых костей у мышей, чем это возможно с помощью современных методов.
Для начала импортируйте изображение черепа мыши с помощью микрокомпьютерной томографии в программу. Щелкните правой кнопкой мыши на странице «Маски» и выберите «Новая маска». Появится новый слой с зеленым именем.
На всплывающей странице Thresholding выберите необходимый диапазон порогов. Нажмите на только что созданный зеленый слой на странице Маски и выберите Рассчитать 3D из выпадающего меню. В интерфейсе 3D-объектов щелкните правой кнопкой мыши Зеленый и выберите команду Свойства.
Затем нажмите кнопку «Цвет», чтобы изменить кодировку всех 3D-моделей, восстановленных с использованием различных костей. Далее, с помощью инструмента «Ластик» из меню редактирования, вручную сотрите кости, прикрепленные к нижней челюсти в каждом слое на 2D сагиттальной плоскости. После нажатия на опцию роста области выберите область нижней челюсти на 2D сагиттальной плоскости.
На странице Маски выберите Рассчитать 3D из выпадающего меню и нажмите на только что созданный слой, чтобы пометить его как нижнюю челюсть. Выключите видимый щелчок правой кнопкой мыши по экрану и выберите «Увеличить до полного экрана». Затем нажмите «Измерить» и выберите расстояние в раскрывающемся меню.
Чтобы рассчитать длину, отметьте правильные точки на 3D-изображении. В интерфейсе 3D-объектов щелкните правой кнопкой мыши по нижней челюсти, а затем выберите модуль «Объем» «Свойства и информация о свойствах». Чтобы прочитать восстановленные значения объема для каждого блока черепно-лицевой кости, измерьте лобную кость нижней челюсти, теменную кость, носовую кость, предчелюстную кость, верхнюю челюсть, межтеменную кость и затылочную кость таким же образом.
Анализ микрокомпьютерной томографии показал дозозависимую корреляцию между доминантной отрицательной экспрессией RAR альфа и дефектами скелета, включая уменьшение длины нижней челюсти, лобной и теменной костей. Ингибирование нашего RAR в остеобластах приводило к черепно-лицевым деформациям, характеризующимся изменениями формы, размера и уровня окостенения черепно-лицевых костей.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье подробно описывается метод использования микрокомпьютерной томографии для создания и анализа 3D-моделей челюстно-лицевых костей мышей. Этот подход позволяет улучшить оценку развития костной ткани по сравнению с существующими методами.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Развитие костной ткани
- Методы визуализации
Теоретические основы
- Черепно-лицевые кости имеют решающее значение для различных биологических исследований.
- Существующие методы оценки имеют свои ограничения.
- Микрокомпьютерная томография предлагает новый подход для детальной визуализации.
- 3D-моделирование может улучшить понимание развития костной ткани.
Цель исследования
- Разработка метода для более точной сегментации костных структур.
- Повышение точности измерения черепно-лицевых костей.
- Создание надежного инструмента для исследователей, изучающих развитие костной ткани у мышей.
Используемые методы
- Импорт изображений микро-КТ в специализированное программное обеспечение.
- Создание новых масок для сегментации.
- Применение методов пороговой фильтрации для точного моделирования.
- Расчет 3D-репрезентаций сегментированных костей.
Основные результаты
- Успешная сегментация черепно-лицевых костей.
- Повышенная точность 3D-моделирования по сравнению с традиционными методами.
- Улучшенная визуализация костных структур.
- Потенциал для более широкого применения в биологических исследованиях.
Выводы
- Данный метод значительно улучшает оценку развития костной ткани.
- Микрокомпьютерная томография является ценным инструментом в исследованиях в области нейробиологии.
- В будущих исследованиях этот метод можно использовать для различных целей.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Количественный 3D-анализ микро-КТ челюстно-лицевых костей мышей позволяет точно оценить генетические и развитийные нарушения, имеющие значение для моделирования скелетных заболеваний. Данный рабочий процесс повышает прогностическую достоверность при валидации мишеней на ранних этапах и способствует механистическому снижению рисков при поиске терапевтических средств для лечения заболеваний костей и краниофациальной области. Точная сегментация и измерение отдельных костей обеспечивают надежный фенотипический скрининг и трансляционную преемственность между доклиническими моделями.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить количественный анализ функций генов и влияния сигнальных путей на развитие костей черепа и лица.
- Обеспечивает механическое снижение рисков путем установления связи между генетическими мутациями и конкретными скелетными фенотипами.
- Способствует функциональной валидации мишеней с помощью воспроизводимых морфометрических результатов.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную и воспроизводимую сегментацию и измерение нескольких черепно-лицевых костей.
- Предоставляет количественные данные, подходящие для высокоточного фенотипического скрининга.
- Подготавливает валидированные биологические системы для последующей оценки соединений и сравнительных исследований.
Трансляционные и доклинические исследования
- Позволяет сопоставить доклинические фенотипы костной ткани с конечными точками, значимыми для заболевания, для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает преемственность процесса — от генетического поиска до доклинической валидации на моделях скелетных заболеваний.
- Поддерживает принятие обоснованных решений о дальнейшем продвижении исследований с учетом рисков на основе надежных морфометрических данных.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод сегментации и количественного анализа на основе микроКТ объединяет этапы от первичного поиска до валидации на доклинических моделях в исследованиях скелета и краниофациальных структур.
- Открывающая биология: поддерживает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей путем количественной оценки специфических для костной ткани эффектов генетических нарушений.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные морфометрические данные для стандартизации анализа и подготовки к скринингу.
- Аналитика: предоставляет объемные и размерные измерения, позволяющие проводить статистическое сравнение между экспериментальными группами.
- Трансляционные исследования: способствуют согласованию доклинических фенотипов костной ткани с клиническими конечными точками при краниофациальных расстройствах.
- Корпоративное использование: создает масштабируемую и многократно используемую систему визуализации и анализа для различных моделей заболеваний скелета.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую уверенность и снижает механистическую неоднозначность при валидации скелетных мишеней.
- Операционная ценность: стандартизирует сегментацию и измерение изображений для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет предоставления надежных количественных конечных точек.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию и продвижение программ по изучению скелета и краниофациальных структур с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с микроКТ-визуализацией и программным обеспечением для сегментации.
- Необходим доступ к оборудованию для микроКТ высокого разрешения и аналитической инфраструктуре.
- Рекомендуется межкомандная стандартизация протоколов сегментации и критериев измерения.
- Метод может быть адаптирован для различных генетических моделей и моделей заболеваний при соответствующей корректировке параметров.
- Этапы ручной сегментации могут ограничивать пропускную способность при крупномасштабных исследованиях.
