Анализ черепно-челюстно-лицевых пороков развития у мышей с помощью трехмерной микрокомпьютерной томографии
January 17th, 2025
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.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
В этой статье описан метод, использующий микрокомпьютерную томографию для создания и анализа 3D моделей черепно-лицевых костей у мышей. Этот подход улучшает оценку развития костей по сравнению с существующими методами.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Развитие костей
- Методы визуализации
Предпосылки
- Черепно-лицевые кости имеют важное значение для различных биологических исследований.
- Существующие методы оценки имеют ограничения.
- Микрокompьютерная томография предлагает новый подход для детального визуализации.
- 3D моделирование может улучшить понимание развития костей.
Цель исследования
- Разработать метод для более точной сегментации костных структур.
- Улучшить точность измерений черепно-лицевых костей.
- Предоставить надежный инструмент для исследователей, изучающих развитие костей у мышей.
Используемые методы
- Импорт изображений микро-КТ в специализированное программное обеспечение.
- Создание новых масок для сегментации.
- Применение методов порогового выделения для точного моделирования.
- Расчет 3D представлений сегментированных костей.
Основные результаты
- Успешная сегментация черепно-лицевых костей.
- Повышенная точность в 3D моделировании по сравнению с традиционными методами.
- Улучшенная визуализация костных структур.
- Потенциал для более широкого применения в биологических исследованиях.
Выводы
- Метод значительно улучшает оценку развития костей.
- Микрокompьютерная томография является ценным инструментом в исследованиях нейробиологии.
- Будущие исследования могут использовать эту технику для различных приложений.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Quantitative 3D microCT analysis of murine craniomaxillofacial bones enables precise assessment of genetic and developmental perturbations relevant to skeletal disease modeling. This workflow enhances predictive confidence in early-stage target validation and supports mechanistic de-risking for bone and craniofacial therapeutic discovery. Accurate segmentation and measurement of individual bones facilitate robust phenotypic screening and translational continuity across preclinical models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of gene function and pathway impact on craniofacial bone development.
- Supports mechanistic de-risking by linking genetic mutations to discrete skeletal phenotypes.
- Facilitates functional target validation through reproducible morphometric outputs.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible segmentation and measurement of multiple craniofacial bones.
- Delivers quantitative outputs suitable for high-confidence phenotypic screening.
- Prepares validated biological systems for downstream compound evaluation and comparative studies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical bone phenotypes with disease-relevant endpoints for translational biomarker development.
- Enables continuity from genetic discovery through preclinical validation in skeletal disease models.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on robust morphometric data.
Pipeline & Workflow Integration
This microCT-based segmentation and quantification method integrates from early discovery through preclinical model validation in skeletal and craniofacial research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying bone-specific effects of genetic perturbations.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative morphometric outputs for assay standardization and screening readiness.
- Analytics: Provides volumetric and dimensional measurements enabling statistical comparison across experimental groups.
- Translational Research: Facilitates alignment of preclinical bone phenotypes with clinical endpoints in craniofacial disorders.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reusable imaging and analysis capability for diverse skeletal disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in skeletal target validation.
- Operational Value: Standardizes image segmentation and measurement for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing robust quantitative endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of skeletal and craniofacial programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microCT imaging and segmentation software.
- Demands access to high-resolution microCT instrumentation and analytical infrastructure.
- Benefits from cross-team standardization of segmentation protocols and measurement criteria.
- Adaptable to various genetic and disease models with appropriate parameter adjustments.
- Manual segmentation steps may limit throughput for large-scale studies.
