Цифровая планиметрия для оценки кинетики закрытия раны на мышиной модели
10 января 2025 г.
Раны представляют собой глобальную проблему здравоохранения. В рамках этого исследования была разработана стандартизированная фотокабина с использованием цифровой планиметрии для минимизации вариабельности измерений раны. Мониторинг ран у мышей в течение 14 дней выявил первоначальное увеличение площади раны и периметра с последующим постепенным закрытием. Эта методология может помочь в оценке кинетики закрытия раны в доклинических моделях.
Наши исследования сосредоточены на стандартизации макроскопических измерений раны с использованием контролируемой визуализации, обеспечивающей согласованность и легкое положение и расстояние или протоколов, направленных на минимизацию вариабельности и улучшение актуальности измерения близости раны в доклинических моделях. Мы решаем проблему отсутствия стандартизации в микроскопических измерениях ран. В современных методологиях часто отсутствуют условия контроля, что приводит к несогласованности данных.
Наш протокол предлагает применимую конфигурацию, которая обеспечивает равномерное освещение, позиционирование и расстояние, снижая вероятность и повышая воспроизводимость. Наш протокол устраняет распространенные источники погрешности измерений за счет стандартизации условий визуализации. В отличие от ручных методов, он обеспечивает согласованность между экспериментами, позволяя проводить точные сравнения и уменьшая вариабельность в измерениях площади и периметра ран.
Наш результат позволяет получить более точные и воспроизводимые данные измерений раны за счет стандартизированной методологии. Это является основой для оценки терапевтических вмешательств и доклинических исследований ран. Для начала закрепите алюминиевый профиль с прорезями на внутренней площади бокового края крыши.
Поместите две прямоугольные алюминиевые пластины с полиэтиленовыми центрами в пазы кровельных профилей, чтобы обеспечить скольжение через оба профиля. Установите 20-сантиметровую светодиодную трубку RGB под углом 45 градусов на нижний край первой панели с помощью двустороннего скотча. Затем установите прямоугольную панель из пенопласта с центральным круглым вырезом 7,82 см на каждой панели крыши, чтобы можно было установить объектив камеры.
Для постройки пола сначала вырежьте квадраты со стороной 2,54 сантиметра из каждого угла из белой пенопластовой плиты размером 40 на 40 сантиметров. Этот шаг гарантирует, что пенопластовая плита правильно вписывается в профили пола. После обрезки углов поместите пенопластовую плиту поверх профилей зоны пола.
Прикрепите застежки-липучки к алюминиевым профилям A и B, чтобы легко манипулировать внутренними элементами фотобудки. Неподвижный клей крепится в одном сантиметре от края из двух квадратов из пенокартона с одной стороны и располагает их на передней и задней стенках. С помощью силикона приклейте две панели по сторонам C и D, чтобы сформировать левую и правую боковые стены.
Поместите напечатанную на 3D-принтере маску в 11,5 сантиметрах от края предварительно вырезанного прямоугольника из белого пенопласта размером 40 на 28 сантиметров, чтобы держать мышей под ингаляционной анестезией. Затем приклейте его к центру опорной основы. Закрепите напечатанный на 3D-принтере блок линейки в одном сантиметре от левой стороны основания мыши, чтобы разместить измерительный эталонный элемент для цифровой обработки изображений.
Затем прикрепите 15-сантиметровую градуированную линейку из нержавеющей стали к блоку линейки и установите всю опорную базу внутри кабины для масштабирования изображения. После обезболивания мыши используйте стерильный пятимиллиметровый биопсийный перфоратор, чтобы круговыми движениями надавить на него, чтобы создать дермоэпидермальный разрез на уровне лопатки. Снимите лоскут зубчатыми щипцами и разрежьте ножницами с наконечником ириса.
С помощью ювелирных щипцов наложите на рану круглую дермальную пленку диаметром один сантиметр, чтобы предотвратить загрязнение и сокращение. Чтобы сделать снимки ран, расположите опорную базу в центре пола фотобудки. Затем расположите мышь под наркозом в положении лежа на мышиной платформе.
Установите переднюю стенку фотобудки и сделайте макроскопические снимки. Чтобы открыть созданный образ резервной копии в imagej, перейдите в раздел «Файл», «Открыть и поиск». Затем нажмите кнопку Открыть.
Теперь разверните изображение, выберите инструмент «Прямая линия», затем с помощью клавиши «плюс» увеличьте масштаб линейки рядом с мышью. Нарисуйте на изображении линейки прямую линию длиной 10 миллиметров. Перейдите к анализу и установите масштаб.
Введите 10 в качестве известного расстояния. Установите единицу измерения длины в миллиметрах и нажмите Okay. Затем с помощью инструмента «Прямоугольник» выделите область вокруг раны шириной и высотой 150 и запишите значения X и Y.
Затем щелкните правой кнопкой мыши по прямоугольнику и выберите дубликат. Назовите дубликат изображения и нажмите клавишу Enter. На новом изображении дважды нажмите «плюс», чтобы увеличить масштаб.
Чтобы разделить изображение на цветовые каналы, перейдите в раздел «Изображение», «Тип» и «Стек RGB». На изображении красного канала щелкните правой кнопкой мыши по изображению, выберите дубликат и нажмите Ok в окне дубликата. Затем нажмите на изображение красного канала, выберите изображение, настройте и порог для его сегментации.
Выберите По умолчанию и нажмите кнопку Применить, чтобы применить пороговое значение. Выпрямляйте интересующую область или ROI, чтобы обеспечить полное покрытие раны и избежать искажений сегментации. Чтобы определить периметр области интереса, выберите «Редактировать», затем перейдите к выборке и выберите «Создать выборку».
После этого выберите «Редактировать», затем «Выбор» и нажмите «Добавить в менеджер», чтобы добавить его в менеджер ROI. Чтобы проверить сегментацию, откройте окно Менеджер ROI и выберите ROI для проверки. Нажмите «Еще», «Перевод», введите записанные значения X и Y и нажмите «ОК».
Разверните исходное изображение, затем выберите ROI в менеджере ROI. С помощью клавиш со стрелками отрегулируйте ROI до тех пор, пока он не совпадет с раной. После подтверждения сегментации получите измерения раны, выбрав «Анализ и измерение».
Процент закрытия раны первоначально увеличился до 138,04% на второй день из-за воспалительных процессов, а затем снизился и перешел к фазам восстановления и консолидации, при этом последовательное закрытие наблюдалось после седьмого дня. Расстояние втягивания края раны первоначально увеличивалось во время воспалительной фазы, но начало уменьшаться после третьего дня, как показано уравнением Гилмана, указывающим на постепенное сокращение раны.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена стандартизированная фотокабина для макроскопического измерения ран, предназначенная для снижения вариабельности при оценке состояния ран. Благодаря использованию контролируемых условий визуализации данная методика повышает точность измерений закрытия ран в доклинических моделях.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Заживление ран
- Доклинические модели
- Стандартизация измерений
Теоретическая часть
- Раны представляют собой серьезную проблему для глобального здравоохранения.
- Современные методики часто не стандартизированы, что приводит к противоречивым данным.
- Вариабельность измерений ран может препятствовать точному сравнению результатов.
- Стандартизация условий визуализации может повысить воспроизводимость.
Цель исследования
- Разработать контролируемую систему визуализации для измерения ран.
- Минимизировать вариабельность при оценке площади и периметра ран.
- Повысить точность оценки кинетики заживления ран.
Используемые методы
- Стандартизированная фотокабина для визуализации ран.
- Контролируемое освещение и позиционирование для обеспечения воспроизводимости результатов.
- Цифровая планиметрия для точного измерения площади и периметра раны.
- Мониторинг заживления ран у мышей в течение 14 дней.
Основные результаты
- Наблюдалось начальное увеличение площади и периметра раны.
- В течение периода мониторинга отмечалось постепенное закрытие ран.
- Стандартизированная методология позволила снизить вариабельность измерений.
- Добились повышения воспроизводимости измерений ран.
Выводы
- Разработанная методология помогает оценивать кинетику закрытия ран.
- Стандартизация повышает достоверность доклинических исследований ран.
- Данный подход может способствовать лучшему пониманию процессов заживления ран.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для отрасли
Стандартизированная цифровая планиметрия для анализа кинетики закрытия ран на моделях мышей отвечает критической потребности в воспроизводимой количественной оценке при доклиническом тестировании терапевтических средств. Минимизируя вариативность измерений, данный подход повышает прогностическую достоверность исследований заживления ран на ранних стадиях и способствует эффективному отбору перспективных кандидатов в области регенеративной медицины и дерматологических препаратов. Воспроизводимость и количественная точность этого метода делают его базовым инструментом для трансляционных исследований и обеспечения сопоставимости данных между различными исследованиями.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичное обнаружение и валидация мишени
- Обеспечивает возможность количественной проверки терапевтических гипотез в моделях заживления ран.
- Способствует снижению биологических рисков за счет предоставления воспроизводимых показателей закрытия ран.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней благодаря стандартизированным результатам измерений.
- Повышает прогностическую уверенность при принятии ранних решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go) в программах, связанных с заживлением ран.
Скрининг и разработка анализа
- Позволяет подготавливать валидированные, воспроизводимые модели ран для последующего скрининга соединений.
- Стандартизирует условия анализа для снижения вариабельности между экспериментами.
- Обеспечивает получение количественных данных о площади и периметре для надежной оценки соединений.
- Обеспечивает масштабируемость и возможность повторного использования платформы в исследованиях заживления ран.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит доклинические показатели закрытия ран в соответствие со стратегиями трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает преемственность от этапа поиска до доклинической валидации за счет минимизации систематической ошибки измерения.
- Поддерживает принятие решений о продвижении препаратов с учетом рисков на основе надежных количественных данных.
- Обеспечивает механистическое снижение рисков для терапевтических кандидатов, направленных на заживление ран.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Этот рабочий процесс цифровой планиметрии объединяет этапы от раннего поиска до доклинической валидации, обеспечивая проверку гипотез, разработку анализа и трансляционные исследования в рамках портфелей по заживлению ран.
- Открывающая биология: обеспечивает оценку кинетики закрытия ран и эффектов сигнальных путей на основе выдвинутых гипотез.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные измерения площади и периметра раны для подготовки анализа.
- Аналитика: предоставляет статистические данные и кинетические профили для сравнения терапевтических воздействий.
- Трансляционные исследования: связывает доклинические результаты со стратегиями использования клинических биомаркеров заживления ран.
- Корпоративное повторное использование: создает стандартизированную, многократно используемую платформу визуализации и анализа для исследований ран.
Операционное и организационное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования и снижает неопределенность механизмов в моделях заживления ран.
- Практическая ценность: Обеспечивает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость при доклинической оценке заживления ран.
- Стратегическая ценность: Позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработок, а также эффективно управлять портфелем проектов с точки зрения затрат капитала.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение кандидатов для лечения ран.
Особенности реализации
- Требуются навыки в области цифровой визуализации, сегментации и статистического анализа.
- Необходима инфраструктура для контролируемой фотодокументации и валидированные программные средства (например, ImageJ).
- Требуется межгрупповая стандартизация протоколов визуализации и измерений.
- Метод adaptable к различным доклиническим моделям ран при условии соответствующей калибровки.
- Потенциальные ограничения включают вариабельность, специфичную для конкретной модели, а также необходимость обеспечения стабильной анестезии и позиционирования.
