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Medicine

तीव्र विकिरण प्रेरित त्वचा विषाक्तता के मात्रात्मक आकलन के लिए ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी एक माउस मॉडल का उपयोग करना फैलाना

doi: 10.3791/53573 Published: May 27, 2016

Introduction

विकिरण चिकित्सा (आरटी) योजना और वितरण में तकनीकी सुधार अब, अत्यधिक conformal चिकित्सकीय खुराक ट्यूमर क्षेत्र के लिए दिया जा करने के लिए अनुमति देते हैं, जबकि एक साथ सामान्य आसपास के ढांचे बख्शते। फिर भी, तीव्र और कभी-कभी गंभीर विषाक्तता अपरिहार्य हैं जब उच्च खुराक लक्ष्य त्वचा के करीब निकटता में है। तो काफी गंभीर है, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य ऊतकों को नुकसान नकारात्मक आरटी उपचार के परिणाम और जीवन 1,2 के रोगी गुणवत्ता को प्रभावित कर सकते हैं।

हानिकारक परिणामों के बावजूद, विकिरण त्वचा पर्विल के वर्तमान प्रबंधन अविशिष्ट बनी हुई है, क्रीम या मलहम कि नुकसान के लिए अग्रणी अंतर्निहित जैविक तंत्र की अनदेखी काम करते हैं। इन तरीकों कारण बजाय लक्षणों को कम करने पर आधारित हैं। इसके अलावा, समय और हस्तक्षेप के उपचारों के प्रशासन विकिरण त्वचा की चोट के आकलन के गुणात्मक और व्यक्तिपरक प्रकृति से जटिल है। जबकि कई मान्यता प्राप्तसंगठनों (RTOG, EORTC) दृश्य ग्रेडिंग सिफारिशें प्रदान, संस्थाओं वरीय स्कोरिंग की अपनी पसंद में भिन्नता है, जिससे मेटा-विश्लेषण के प्रयोजनों के लिए सामान्य ऊतकों विषाक्तता की तुलना ढक। इसके अलावा, इस तरह के ग्रेडिंग सिस्टम कच्चे तेल और अंतर-पर्यवेक्षक परिवर्तनशीलता होने का खतरा, विकिरण चोट की गंभीरता में मतभेद विषाक्तता कटौती की रणनीति का मूल्यांकन अध्ययन में अप्रत्यक्ष हो सकता है कि इस तरह के हैं।

बल्कि नेत्रहीन विकिरणित त्वचा में पर्विल की डिग्री का वर्णन करने के बजाय, एक वैकल्पिक दृष्टिकोण पैरामीटर है कि मात्रात्मक अंतर्निहित शारीरिक परिवर्तन है कि अंग में होने का वर्णन उपाय है। ब्लड हीमोग्लोबिन (एचबी), ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति (STO 2) या ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन (oxyHb) के स्तर चूहों 3-6 में विकिरण प्रेरित पर्विल के लिए परदे के पीछे के रूप में इस्तेमाल किया गया है। विकिरण के बाद, कुल एचबी स्तरों के उतार चढ़ाव से गुजरना है, लेकिन oxyHb या एसटू 2 एक विशेषता जल्दी तेजी से वृद्धि, एक के द्वारा पीछा से गुजरनागिर जाते हैं और एक और अधिक लगातार वृद्धि 3,6। परेशानी त्वचा पर्विल प्रेरित करने के लिए उपयोग किया जाता है, नाड़ी oxyHb स्तरों सीधे स्थानीय पर्विल और सूजन 7 की गंभीरता के साथ सहसंबंधी।

ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी फैलाना (डीओएस) लगभग अवरक्त प्रकाश महत्वपूर्ण ऊतकों घटकों के जैव रासायनिक और microstructural घटकों पर कार्यात्मक जानकारी प्रदान करने के लिए कार्यरत हैं। यह मात्रात्मक, गैर इनवेसिव ऑप्टिकल तकनीक रक्त वाहिकाओं है कि एचबी एकाग्रता और एसटू 2 के कार्यात्मक surrogates के माध्यम से पर्विल के दौरान होने में साइटोकाइन प्रेरित वैसोडायलेटेशन को मापने के लिए एक तरीका प्रदान करता है। हाल नियंत्रित नैदानिक ​​स्कोरिंग तरीकों 8-11 साथ डॉस मापा मापदंडों की तुलना अध्ययन वर्तमान ग्रेडिंग के लिए सीमाओं निहित पर काबू पाने के लिए तकनीक की क्षमता का संकेत सिस्टम।

यहाँ हम एक घर में, पोर्टेबल, डॉस प्रणाली है कि मात्रात्मक देते के लिए कार्यात्मक surrogates को रोजगार का वर्णनएक पूर्व नैदानिक ​​माउस मॉडल 5 में विकिरण प्रेरित त्वचा विषाक्तता में cting मतभेद। वर्णित मंच जल्दी पता लगाने और हस्तक्षेप दवा प्रतिक्रिया के सूक्ष्म भेदभाव के लिए उच्च संवेदनशीलता के साथ मानकीकृत पर्विल स्कोरिंग का एक साधन उपलब्ध करा सकता है। इसके अलावा, केवल मामूली रूपांतरों के साथ, उपकरण अंत में चिकित्सकीय वास्तविक समय बिस्तर की निगरानी के लिए नियोजित किया जा सकता है।

Protocol

निम्न विधियों सनीब्रुक अनुसंधान संस्थान पशु की देखभाल आचार समिति के दिशा निर्देशों के अनुसार कर रहे हैं।

1. फैलाना reflectance स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रणाली

  1. एक हाथ में, फाइबर ऑप्टिक जांच और पोर्टेबल स्पेक्ट्रोस्कोपी अधिग्रहण प्रणाली है कि पहले से वर्णित किया गया है (किम एट अल। 2010) का उपयोग कर फैलाना reflectance स्पेक्ट्रा लीजिए और संक्षेप में पूर्णता 1,2 के लिए चित्रा 1 (और संबंधित कैप्शन) में समीक्षा की जाती है।

2. तीव्र विकिरण त्वचा को नुकसान के माउस मॉडल की तैयारी

  1. और उन्हें प्रयोगों शुरू करने से पहले एक सप्ताह के लिए जानवरों की सुविधा में acclimate करने के लिए अनुमति देते हैं (जैसे athymic या SKH-1 के रूप में अधिमानतः गंजा,) आदेश 6 सप्ताह पुराने चूहों। रिजर्व कम से कम 3 और एक विकिरणित समूह के लिए 5 चूहों एक गैर विकिरणित नियंत्रण समूह के लिए चूहों।
  2. आधारभूत डॉस मापन और विकिरण से पहले, कान घूंसे या स्थायी मार्कर मीटर का प्रयोग चूहों लेबलपूंछ पर arkings। चूहों नग्न नहीं कर रहे हैं, पार्श्व त्वचा के 2 सेमी पैच से एक 2 सेमी पर बालों को हटाने, लेकिन यह त्वचा में जलन पैदा कर सकता है।

3. फैलाना ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी डाटा अधिग्रहण

  1. इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बिजली की आपूर्ति चालू करें।
  2. माउस त्वचा के लिए, संग्रह समय के लिए 25 मिसे, संकेत औसत के लिए 25 और 1 मालगाड़ी फिल्टर चौड़ाई के लिए में टाइप करके अधिग्रहण सॉफ्टवेयर के लिए संकेत मानकों सेट। इन मानकों शोर करने के लिए अधिग्रहण के समय और संकेत के बीच एक उचित संतुलन प्रदान करते हैं।
  3. कस्टम प्रोग्राम किया अधिग्रहण सॉफ्टवेयर का उपयोग करना, स्वचालित रूप से, दो स्रोत डिटेक्टर जुदाई दूरी पर एक पृष्ठभूमि पढ़ने, आर बीजी (बंद एलईडी) और फैलाना reflectance हासिल आर Meas (260 माइक्रोन, 520 माइक्रोन) "अधिग्रहण" बटन पर क्लिक करके। कुल अधिग्रहण समय ~ 2 सेकंड है।
  4. माप प्रदर्शन से पहले कमरे के प्रकाश स्विच पर दबाव द्वारा सभी फ्लोरोसेंट कमरे में रोशनी बंद कर दें।
    नोट: fluorescईएनटी कमरे की रोशनी मिली संकेत के साथ हस्तक्षेप (इन रोशनी एक समय-अलग प्रकाश की तीव्रता का उत्पादन और इस प्रकार यह एक पृष्ठभूमि के संकेत के रूप में घटाना मुश्किल है)। हालांकि तापदीप्त बल्बों नियोजित किया जा सकता है उच्च पृष्ठभूमि के स्तर (और शोर करने के लिए गरीब संकेत) से बचने के लिए डॉस जांच से थोड़ी दूरी पर रोशनी रखने के लिए।

4. जानवर संज्ञाहरण और आधारभूत डॉस माप

  1. यह सुनिश्चित करने के सभी कनेक्शनों हैं कि बरकरार है और तरल isoflurane स्तर पर्याप्त है द्वारा संज्ञाहरण मशीन तैयार करें। एक संलग्न ट्यूब और नाक शंकु कि डॉस जांच की सहज पहुंच के भीतर एक निष्फल, धीरे गद्देदार सतह के नीचे टेप किया जा सकता के साथ एक संज्ञाहरण प्रेरण कक्ष का प्रयोग करें।
  2. 30 सेकंड के लिए 4% isoflurane साथ उत्प्रेरण द्वारा प्रेरण कक्ष में एक समय में चूहों के एक पिंजरे बेहोश करना। अगले 2 मिनट के लिए 2% isoflurane राशि कम करें। सत्यापित करें कि माउस हिंद अंग के एक पैर की अंगुली बन्द रखो से कोई जवाब नहीं देख द्वारा anaesthetized है।
  3. जल्दी जल्दीनिष्फल डॉस की जांच कर क्षेत्र पर एक माउस ले जाते हैं, उसकी तरफ से यह जगह है, नाक शंकु में अपनी थूथन जकड़ना और संज्ञाहरण (2% isoflurane) के प्रवाह के लिए नाक शंकु ट्यूबिंग खुला।
    नोट: प्रक्रिया 1 से अधिक समय लेता है - 2 मिनट, आँखों पर पशु चिकित्सक मरहम लागू सूखापन को रोकने के लिए।
  4. माउस त्वचा माप प्राप्त करने से पहले, 70% इथेनॉल के साथ पोंछते द्वारा जांच बाँझ। त्वचा बाँझ नहीं है।
  5. पार्श्व स्थानीय वाहिका फैलाव से बचने के लिए सुनिश्चित कर रही त्वचा पर धीरे जांच जगह। माप की अवधि के लिए हाथ से जांच पकड़ो।
  6. एक मरने पर 5 डॉट गठन के बाद से 2 सेमी (क्षेत्र किरणित जा सकता है) के बारे में 2 सेमी की ओर त्वचा क्षेत्र की जांच कर रही द्वारा reflectance डेटा मोल। इस जांच कर रही पैटर्न, क्षेत्र, जांच के दबाव और शरीर पक्ष (बाएं या दाएं) बाद के सभी मापन के लिए सुसंगत रखें।
    ध्यान दें: पूरा स्कैन लगभग 60 सेकंड लेता है। जांच दबाव सिर्फ एल dispersing के बिना एक स्कैन प्राप्त करने के लिए पर्याप्त होना चाहिएOcal वाहिका।
  7. एक वसूली पिंजरे में माउस ले जाएँ, और डॉस की जांच कर क्षेत्र के बगल में माउस पर ले जाते हैं। दोहराएँ कदम 4.2 - 4.6 जब तक सभी चूहों को मापा गया है। एक जानवर की पहुंच से बाहर छोड़ जब तक यह पर्याप्त होश आ गया है स्टर्नल लेटना बनाए रखने के लिए नहीं है।

5. पशु विकिरण

नोट: इस प्रोटोकॉल एक irradiator के उपयोग की आवश्यकता है, और जानवर तैयारी irradiator डिवाइस की जरूरतों को पूरा करने के लिए समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है। विकिरण के दौरान, केवल पार्श्व त्वचा के छोटे से क्षेत्र विकिरण बीम से अवगत कराया जाना चाहिए। irradiator एक बाँझ सुविधा में स्थित होना चाहिए और जब उनके बाँझ आवास क्षेत्र के लिए चूहों लौटने उचित पिंजरे नसबंदी मनाया जाना चाहिए।

  1. और विकिरण के लिए इसे तैयार करने से पहले प्रेरण कक्ष में एक समय में एक माउस चतनाशून्य - (4.2 कदम 4.1 के रूप में) संज्ञाहरण मशीन तैयार करें।
  2. प्रेरण कक्ष, जनरल से माउस को हटा देंtly पर और बढ़ाकर त्वचा के नीचे पार्श्व त्वचा और जगह टेप चुटकी, एक फ्लैप के गठन।
  3. एक Plexiglass मंच पर माउस प्लेस और एक कस्टम नेतृत्व जिग के साथ शरीर को कवर (एक काम डिजाइन ओर त्वचा के माध्यम से निकाला जा करने की अनुमति के लिए एक ओर खिड़की के साथ नीचे के साथ एक आयताकार बॉक्स है और कम से कम एक छोर खुली,)। जिग खिड़की के माध्यम से त्वचा फ्लैप खींचो और धीरे मंच पर फ्लैप टेप।
    नोट: कस्टम नेतृत्व जिग काफी छोटा माउस को स्थिर करने के लिए है। कस्टम जिग पूरी तरह से माउस को स्थिर नहीं है, तो अतिरिक्त restrainers का उपयोग करें और / या ketamine प्रशासन (80 - 100 मिलीग्राम / किग्रा) और xylazine (10 - 12.5 मिलीग्राम / किग्रा) intraperitoneal इंजेक्शन के माध्यम से माउस पूरे विकिरण भर स्थिर रखने के लिए प्रक्रिया।
  4. जिग और माउस irradiator में साथ plexiglass मंच रखें। सेटिंग्स (एक्स-रे स्रोत, वोल्टेज, अवधि और amperage से त्वचा की दूरी) का निर्धारण करते हैं और उद्धार वांछित खुराक (जैसे, एक 160 केवीपी एक्स से 11 सेमीरे 6.3 मा के साथ 2.5 मिनट के लिए स्रोत)।
    नोट: मशीन के उपयोग के दिशा निर्देशों का पालन जलता है और डीएनए की क्षति से बचने के लिए एक्स-रे स्रोत के साथ सावधानी बरतें।
    नोट: 14 दिन 35 Gy के जवाब में विकिरण पोस्ट के आसपास athymic नग्न चूहों नम विशल्कन विकसित करने, लेकिन 17 Gy के साथ केवल मामूली बद विशल्कन।
  5. irradiator से बाहर तंत्र और माउस ले लो, परिरक्षण हटाने, टेप को हटाने और एक व्यक्ति वसूली पिंजरे में जगह। अपनी सामान्य साझा पिंजरे के लिए माउस वापसी के बाद यह संज्ञाहरण से बरामद किया है। दोहराएँ 5.2 कदम - 5.4 सभी चूहों के लिए, और नियंत्रण चूहों पर एक दिखावा कार्रवाई करते हैं।
  6. विकिरण के बाद, उनकी नियमित परिस्थितियों में जानवरों को घर। असामान्य व्यवहार विकसित करता है (जैसे, hunched मुद्रा है, जो दर्द का कारक हो सकता), समस्या का निदान करने के लिए एक पशु चिकित्सक से परामर्श करें। दर्द उपशमन किलो buprenorphine subcutaneously या के रूप में पशु चिकित्सक द्वारा निर्देशित 0.1 मिलीग्राम / का प्रबंध शामिल हो सकते हैं। वजन घटाने के सामान्य बी के 20% से अधिक हैody बड़े पैमाने पर, यह घर के लिए अलग से अपने स्वयं के पिंजरे में और उच्च पोषक तत्व भोजन प्रदान करते हैं।

6. अनुवर्ती डॉस माप

  1. मॉनिटर और मात्रात्मक डॉस तकनीक का उपयोग त्वचा प्रतिक्रिया तीव्रता को मापने। त्वचा में परिवर्तन और पिछले काम के दृश्य निरीक्षण का सुझाव डॉस मापदंडों में बड़े परिवर्तन की उम्मीद की जा सकती है कि (आधारभूत) के सापेक्ष लगभग 6 - विकिरण 3,4 निम्नलिखित 12 दिनों के लिए। हालांकि, बाद से प्रशंसनीय परिवर्तन जगह भी पहले या बाद में समय लग सकता है मॉडल पर निर्भर करता है, अन्य माप समय बिंदुओं की जांच करने के लिए उपयोगी हो सकता है।
  2. डॉस उपकरण और calibrations खंड में वर्णित के रूप में धारा 4 में वर्णित के रूप में 3.Prepare संज्ञाहरण मशीन और डॉस माप हासिल सेट करें।

7. अधिग्रहण के बाद प्रसंस्करण

नोट: निम्न अनुभाग में सभी चरणों को एक उच्च प्रदर्शन सॉफ्टवेयर वातावरण में बनाई गई एक कस्टम प्रोग्राम का उपयोग कर प्रदर्शन कर रहे हैं। मानकीकृत नामकरण कान्वेंटप्रत्येक वर्णक्रमीय अधिग्रहण फ़ाइल के लिए आयनों बैच प्रोसेसिंग के लिए अनुमति देने के लिए कार्यरत हैं। सभी कदम चित्रा 2 में सचित्र हैं।

  1. पृष्ठभूमि पढ़ने सहित सभी मापा स्पेक्ट्रा से आधारभूत (शोर मंजिल) घटाएँ।
  2. पृष्ठभूमि पढ़ने, आर बीजी (बंद एलईडी), माप स्पेक्ट्रम, आर Meas से 3.3 कदम में प्राप्त घटाएँ।
    नोट: इस लेख के शेष के लिए सभी स्पेक्ट्रा शोर मंजिल और पृष्ठभूमि घटाया और आर CORR रूप में भेजा जा ग्रहण कर रहे हैं।
  3. धारा 1 में संदर्भ 1,2 में वर्णित के रूप में, पूर्ण reflectance, आर पेट के लिए आर CORR कन्वर्ट।
    1. रिश्तेदार reflectance माप प्राप्त, Rrel, Intralipid-20% phantoms (फ्रेसेनियस काबी, स्वीडन) में 48% अप करने के लिए 3% विभाज्य अंशों में वृद्धि के साथ PhanToms (यानी, 3%, 6%, 9%, ..., 48%) और Intralipid एकाग्रता बनाम Rrel की साजिश का पैदा करते हैं।
    2. बनाम एंड आर एबीएस का एक निरपेक्ष साजिश उत्पन्न# 956; s 'reflectance के लिए प्रसार समीकरण का उपयोग 14।
    3. दोनों घटता के शिखर मैच और Rrel एक्स अक्ष आर ABS एक्स अक्ष मैच के लिए समायोजित करें।
    4. एक दिया तरंगदैर्ध्य और स्रोत डिटेक्टर जुदाई में, का उपयोग कर y अक्ष पैमाने:
      आकृति 1
      नोट: निम्न अनुभाग में, माप के सभी फिटिंग आर एबीएस का उल्लेख होगा।

8. वर्णक्रमीय डेटा फिटिंग

नोट: निम्न अनुभाग सिद्धांत और फिटिंग एल्गोरिथ्म चूहों की त्वचा के कार्यात्मक मानकों को निकालने के लिए उपयोग की रूपरेखा। सभी सिद्धांत कार्यरत लिए, निम्न आलेख 14-18 और संदर्भ उसमें को देखें। सभी समीकरण एक उच्च अंत वैज्ञानिक सॉफ्टवेयर (पूर्व क्रमादेशित मॉड्यूल युक्त) पर्यावरण सामान्यतः भौतिक विज्ञान या इंजीनियरिंग प्रयोगशालाओं में इस्तेमाल में प्रोग्राम किया जा ग्रहण कर रहे हैं।

  1. एक समारोह में कहा कि एक का वर्णन कार्यक्रमbsorption स्पेक्ट्रम, μ एक ब्याज समीकरण का उपयोग करने का वर्णक्रमीय रेंज में प्रासंगिक व्यक्ति chromophores की राशि के रूप में त्वचा की (λ):
    आकृति 1
    इधर, एच बी जबकि एसटू 2 unitless ऑक्सीजन 0 से 1 से लेकर संतृप्ति है, कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता (छ / एल) है।
  2. ऑक्सी प्राप्त है, आकृति 1 और डिओक्सी, आकृति 1 , Prahl 19 की ऑन लाइन संग्रह से हीमोग्लोबिन स्पेक्ट्रा (पाठ फ़ाइलों के रूप में जमा)।
  3. एक समारोह में कहा कि त्वचा के बिखरने स्पेक्ट्रम का वर्णन कार्यक्रम आकृति 1 , एक बिजली कानून निर्भरता है, जहां एक (सेमी -1) λ = 1 एनएम और कश्मीर पर μ s 'का मूल्य है का उपयोग कर एक मध्यम निर्भर शक्ति का कारक है16।
  4. कार्यक्रम फैलाना reflectance के आगे मॉडल संदर्भ 14 से समीकरणों कि से कदम 8.2 वर्णक्रमीय समीकरणों के आधार पर शामिल करने के लिए एक गणितीय समारोह - आगे मॉडल समारोह (में 8.3 यानी, आर (आर, एक (λ), μ s '(λ μ )) = आर (आर, एच बी, एसटू 2, ए, कश्मीर)।
    नोट: एक ओर जहां विभिन्न मॉडल मौजूद हैं, स्थिर राज्य प्रसार सिद्धांत समीकरण के ऊतकों में प्रकाश वितरण का एक सरल और सटीक वर्णन है।
  5. कार्यक्रम एक समारोह में कहा कि चौकों की धारा 8.4 से आगे मॉडलिंग की reflectance स्पेक्ट्रा के बीच का अंतर और मापा reflectance स्पेक्ट्रा।
  6. Iteratively धारा में कम से कम वर्गों अंतर समारोह 8.5 छोटी है जब तक एच बी, एसटू 2, ए, और कश्मीर बदल जाते हैं। MATLAB के lsqcurvefit स्वचालित रूप से इस कदम प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  7. repeaसभी मापा reflectance डेटा सेट के लिए 8.6 डॉस मानकों को प्राप्त करने के लिए (एच बी, एसटू 2, ए, और कश्मीर) - टी 8.5 कदम।
  8. 5 सामान्यीकृत जांच मौके माप - 3 के प्रत्येक माउस के सेट के औसत का उपयोग इसी अद्वितीय आधारभूत माप के साथ डॉस पैरामीटर में रिश्तेदार परिवर्तन प्लॉट। इन भूखंडों MATLAB के भूखंड कमांड के प्रयोग से बनाया जाता है।

9. दृश्य विकिरण जिल्द स्कोरिंग अवधि

  1. मॉनिटर और एक गुणात्मक ग्रेडिंग पैमाने का उपयोग करते हुए स्कोर त्वचा प्रतिक्रिया तीव्रता हर 48 घंटा (- 24 घंटा के बाद विकिरण से एक भी परिवर्तन 3 निरीक्षण कर सकते हैं) विकिरण के बाद (डगलस और बहेलिया ग्रेडिंग पैमाने 20 देखें)। दो अंधा जांचकर्ताओं आदर्श होते हैं। एक हाथ से आयोजित कैमरा और संदर्भ पैमाने (यानी, शासक) के साथ फोटोग्राफ हासिल मूल्यांकन के साथ मदद मिल सकती है।
  2. नोट: हर दो दिन में विकिरण के बाद त्वचा स्कोरिंग मदद मिल सकती है इष्टतम डॉस माप बार के लिए निर्धारितमॉडल आर। अधिक लगातार स्कोरिंग मॉडल और अनुसंधान के सवाल पर निर्भर करता है महत्वपूर्ण डेटा उपज हो सकती है।
  3. हर समय बिंदु पर प्रत्येक समूह के बीच का प्लॉट। विशिष्ट समय अंक या प्रत्येक वक्र के तहत मंझला समग्र क्षेत्रों में समूहों की तुलना करें।
  4. चूहों कि वांछित है त्वचा रोग निदान के बिंदु (जैसे, 4 सप्ताह) के लिए पालन किया गया है के बाद, एक उपयुक्त (अनुमोदित) विधि द्वारा चूहों euthanize।

Representative Results

डॉस reflectance तकनीक विकिरण प्रेरित त्वचा विषाक्तता के मूल्यांकन के पारंपरिक गुणात्मक तरीकों के लिए एक उद्देश्य के विकल्प प्रदान करता है। दोनों परिमाण और मापा reflectance स्पेक्ट्रा के आकार में परिवर्तन के रूप में उपस्थित विकिरण की विषाक्त खुराक के बाद त्वचा उपस्थिति में दृश्य बदल जाता है। दोनों अंतर्निहित सेलुलर microstructure और शारीरिक ऊतक राज्य में कार्यात्मक परिवर्तन से संबंधित हैं। इस खंड में, द्वारा योहान एट अल। 2014 5 पहले प्रकाशित काम से प्रतिनिधि परिणामों की समीक्षा कर रहे हैं।

चित्रा 3 (बाएं) प्रतिनिधि स्पेक्ट्रा (पतली नीली लाइनों) दिखाने त्वचा पर्विल के एक athymic माउस मॉडल 6 दिन 40 Gy विकिरण के बाद में एक 260 माइक्रोन स्रोत-जुदाई पर मापा जाता है। पूर्व विकिरण (चित्रा 3, सही पैनल) की तुलना में, ~ 550-650 एनएम पर वर्णक्रम आकार में अंतर देखा जाता है, likइली ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन में वृद्धि के कारण है। पूर्ण reflectance में एक छोटे से वृद्धि भी देखा गया है कि ऊतक बिखरने शक्ति में वृद्धि करने के लिए जोड़ा जाता है। 6 दिन के बाद विकिरण पर मनाया स्पेक्ट्रा 0.75 के एक दृश्य त्वचा स्कोर के लिए सहसंबद्ध।

तरंग दैर्ध्य का चयन पर पोस्ट विकिरण reflectance परिवर्तन का मूल्यांकन पूरा reflectance स्पेक्ट्रम का उपयोग नहीं कर सकता है और यह भी शोर संवेदनशीलता की क्षमता का मुद्दा किया जाता है। हालांकि, पूरी स्पेक्ट्रम ढाले पूरा डाटा सहज ज्ञान युक्त ऑप्टिकल बायोमार्कर (एच बी, एसटू 2) में परिवर्तित किया जा करने के लिए सेट की अनुमति देता है। चित्रा 3 मापा डेटा के परिणामस्वरूप फिट बैठता है (ठोस ग्रीन लाइन) (पतली शोर लाइन) समीकरण का उपयोग कर प्रस्तुत दिखाने धारा 4 में उत्कृष्ट समझौते मनाया जाता है, इस बात की पुष्टि है कि आधार chromophores की पसंद और बिखरने आकार पर्याप्त रूप से माउस त्वचा मॉडल का वर्णन है।

चित्रा 4 त्वचा में रिश्तेदार परिवर्तन से पता चलता है एक विकिरणित माउस पलटन में विभिन्न समय अंक (6, 9, 12 दिन) के लिए एसटू 2 (एन = 8), जबकि चित्रा 5 इसी गुणात्मक त्वचा प्रतिक्रिया स्कोर से पता चलता है। एसटू 2 में एक प्रगतिशील वृद्धि मनाया जाता है कि सभी 3 दिन से अधिक पूर्व विकिरण मूल्यों (पी <0.05) की तुलना में सांख्यिकीय रूप से अलग है। इन प्रवृत्तियों 12 दिन पर कि चोटी (की औसत ~ 3) (चित्रा 5) एक दृश्य स्कोरिंग किराए के रूप में एसटू 2 की क्षमता का प्रदर्शन त्वचा को नुकसान गंभीरता में नेत्रहीन मनाया बढ़ जाती है दर्पण।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कोई सांख्यिकीय महत्वपूर्ण परिवर्तन के लिए लौट आए ऑप्टिकल बायोमार्कर से किसी के लिए देखा गयागैर विकिरणित नियंत्रण समूह (एन = 3) 12 दिनों मापा अधिक (डेटा) नहीं दिखाया। एक और कश्मीर में परिवर्तन भी समय (चित्रा 6) पर नजर रखी जा सकती है, और इन से संकेत मिलता है कि त्वचा के बिखरने गुण विकिरण के जवाब में बदल रहे हैं।

आकृति 1
चित्रा 1. डॉस इंस्ट्रूमेंटेशन। (ए) फैलाना reflectance माप ज्यामिति के योजनाबद्ध (बी) फाइबर ऑप्टिक जांच:। ऑप्टिकल जांच 200 माइक्रोन कोर ऑप्टिकल फाइबर एक 18 जी धातु सुई में बंडल और अलग 260 माइक्रोन स्थान दिया गया है कि एक रैखिक सरणी के होते हैं। दो स्रोत फाइबर दो ब्रॉडबैंड डायोड प्रकाश उत्सर्जक के लिए मिलकर कर रहे हैं, जबकि एक का पता लगाने के लिए फाइबर ऑप्टिकल एक स्पेक्ट्रोमीटर से जुड़ा है। क्रमिक रूप सूत्रों के प्रत्येक चालू करके, स्पेक्ट्रोमीटर 260 माइक्रोन की दूरी पर फैलाना reflectance जमा कर सकते हैं औरस्रोत तंतुओं में से प्रत्येक से 520 माइक्रोन (सी) लैपटॉप सहित पूरा डॉस प्रणाली, संलग्न फाइबर ऑप्टिक जांच और ऑप्टिक बॉक्स:। एक स्वचालित डेटा अधिग्रहण कार्यक्रम स्पेक्ट्रा के अनुक्रमिक संग्रह ड्राइव करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स एक अधिग्रहण बॉक्स SMA connectors के माध्यम से फाइबर ऑप्टिक जांच को जोड़ता है कि में रखे जाते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
।। चित्रा 2 स्पेक्ट्रल प्रसंस्करण सभी एक्स अक्ष तराजू एनएम में हैं: (क) कच्चे रिश्तेदार स्पेक्ट्रा, आधारभूत पढ़ने लगभग 900 के बीच है - 1,000 एनएम और पृष्ठभूमि संकेत के लगभग बराबर (बी) के सापेक्ष पृष्ठभूमि पढ़ने (सी।। ) पृष्ठभूमि और आधारभूत घटाया रिश्तेदार रों pectra। (डी) बिल्कुल में (सी) में दिखाया गया संसाधित स्पेक्ट्रा की स्केलिंग निम्नलिखित स्पेक्ट्रम calibrated। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. ठेठ सफेद प्रकाश परावर्तन गैर किरणित (बाएं) और किरणित (दाएं) माउस त्वचा 6 दिन के स्पेक्ट्रा पोस्ट विकिरण। माप (शोर नीला) और फिट बैठता है (ठोस) हरे आम तौर पर मनाया गया के बीच उत्कृष्ट समझौते। दो प्रमुख मतभेदों को दो समूहों के बीच देखा गया: 1) पूर्ण reflectance में एक समग्र वृद्धि और 2) 550 के बीच वर्णक्रमीय आकार में एक विशिष्ट परिवर्तन - 600 एनएम। से योहान एट अल। 2014 5 अनुमति के साथ।> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
निम्नलिखित 40 Gy विकिरण माउस त्वचा की ऑक्सीजन अंश में चित्रा 4. बदलें। आधारभूत सामान्यीकृत दो समूहों के बीच अंतर का मतलब (प्रति माउस) दिन 6 (1 बॉक्स), 9 (बॉक्स 2) और 12 (बॉक्स 3 के लिए महत्वपूर्ण है )। योहान एट अल। 2014 5 से अनुमति के साथ। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5. औसत गुणात्मक त्वचा प्रतिक्रियाओं स्कोर (एन = 8) 40 Gy के बाद के दिनों के एक समारोह के रूप में चूहों की त्वचा किरणित। से योहान एट अल। 2014 5 रूपांतरित। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6. एक में रिश्तेदार परिवर्तन और माउस त्वचा की कश्मीर निम्नलिखित पर दिन 6 40 Gy विकिरण (1 बॉक्स), 9 (बॉक्स 2) और 12 (बॉक्स 3) एक (बाईं ओर) में। परिवर्तन और कश्मीर (दाईं ओर) दिन 6 (1 बॉक्स, बाएँ और दाएँ पक्ष) पर महत्वपूर्ण (पी <0.026) होना पाया गया। योहान एट अल। 2014 5 से अनुमति के साथ। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

मात्रात्मक ऑप्टिकल बायोमार्कर का उपयोग करते हुए विकिरण त्वचा विषाक्तता का आकलन करने के लिए एक डॉस दृष्टिकोण प्रस्तुत किया गया है। विजुअल त्वचा विषाक्तता स्कोरिंग प्रणाली विशेषज्ञ प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है और फिर भी अंतर-पर्यवेक्षक परिवर्तनशीलता और आत्मीयता से ग्रस्त हैं। डॉस प्रणाली और विश्लेषण सॉफ्टवेयर, प्रयोग करने में आसान है, न्यूनतम प्रशिक्षण की आवश्यकता है और त्वचा में शारीरिक परिवर्तनों की व्याख्या के लिए उद्देश्य कार्यात्मक मापदंडों के लिए देता है। इसके अलावा, बजाय एक ही पैरामीटर के रूप में त्वचा घाव की उपस्थिति का वर्णन करने का, डॉस जानकारी का खजाना वर्णक्रम आकार, ऑप्टिकल गुण और कार्यात्मक / microstructural पैरामीटर है कि संवेदनशीलता और विशिष्टता वर्तमान गुणात्मक स्कोरिंग तरीकों में उपलब्ध नहीं का एक जोड़ा डिग्री की पेशकश में प्रदान करता है। धारा 1 और 7 पूर्ण वर्णक्रमीय डेटा है कि ऑप्टिकल बायोमार्कर की मात्रात्मक फिटिंग के लिए उपयोग किया जा सकता प्राप्त करने के लिए मुख्य प्रसंस्करण कदम पर प्रकाश डाला। पृष्ठभूमि और आधारभूत घटाव उपयोगकर्ता प्रदर्शन करने की अनुमति के लिए महत्वपूर्ण हैंसामान्य प्रकाश परिस्थितियों में डॉस माप। धारा 8 आवश्यक मॉडल और समीकरणों से पहले और एक्स-रे विकिरण के बाद athymic चूहों का वर्णन करने की जरूरत है। इधर, उचित सहने की पसंद मापा स्पेक्ट्रा के एक सटीक वर्णन के लिए महत्वपूर्ण है। यह सलाह दी जाती है कि उपयोगकर्ता को अच्छी तरह से कुंजी अवशोषक कि तरंगदैर्ध्य रेंज और एक ऑप्टिकल बायोमार्कर फिटिंग मॉडल का निर्माण करने से पहले एक दिया अध्ययन में इस्तेमाल ब्याज के ऊतकों पर हावी साहित्य में जाँच। अंत में, धारा 3-5 डॉस अधिग्रहण के दौरान athymic चूहों की हैंडलिंग का वर्णन है। स्थानीय वाहिका में खलल न डालें से बचने के लिए, माउस त्वचा की सतह पर डॉस जांच जगह कोमल बल का उपयोग करें।

जबकि हाइपरस्पेक्ट्रल कैमरा सिस्टम 3,4 की तुलना में अपेक्षाकृत कम खर्चीली, वर्णित डॉस दृष्टिकोण का एक स्पष्ट सीमा फैलाना reflectance को मापने के लिए एक बिंदु जांच का इस्तेमाल होता है। त्वचा के साथ इस reflectance ज्यामिति आवश्यकताएं कोमल संपर्क औरवाहिका dispersing अगर लगातार जांच-त्वचा दबाव नियोजित नहीं है द्वारा माप अनिश्चितता शुरू करने की क्षमता है। डॉस जांच के भविष्य के डिजाइन के अनुरूप परिणाम बनाए रखने के लिए एक प्रेशर सेंसर शामिल हो सकता है। इसके अलावा, जबकि करीब स्रोत डिटेक्टर जुदाई (<2-3 मिमी) के उपयोग ऑप्टिकल जांच त्वचा की सतह के लिए विशिष्ट गहराई के लिए अनुमति देता है, बेहतर विशिष्टता 2 डी hyperspectral इमेजिंग की तुलना में स्थानिक संकल्प का एक नुकसान में आता है। इस सीमा, एक 5 बिंदु चतुर्थ भाग स्कैन कब्जा कि समग्र विकिरणित मात्रा में कार्यरत था कम से कम। स्थानिक संकल्प की कमी के बावजूद, चूहों 5 में पिछले काम दिखाया गया है ऑप्टिकल बायोमार्कर की क्षमता एक विरल क्षेत्र पर औसतन न केवल विकिरणित और गैर विकिरणित त्वचा लेकिन यह भी त्वचा ऐसे Vasculotide 6 के रूप में हस्तक्षेप दवाओं बख्शते के प्रभाव को अलग करने के लिए।

ऐसा नहीं है कि ध्यान दिया जाना चाहिए, जबकि समग्र प्रणाली के डिजाइन अलग त्वचा के लिए संशोधित किया जा सकता मॉडल, आधार स्पेक्ट्रा अंतर्निहित और बिखरने आकार अनुकूलित किया जाना पड़ सकता है। विशेष रूप से, जबकि oxy- और Deoxy-एचबी अच्छी तरह से एक athymic माउस मॉडल, गहरे रंग की त्वचा के लिए एक ही मॉडल के आवेदन इष्टतम फिटिंग के लिए मेलेनिन के अलावा आवश्यकता हो सकती है का वर्णन है। इसके अलावा, डॉस के विस्तार के उच्च तरंग दैर्ध्य> 950 एनएम पानी के अलावा, जो उच्च तरंग दैर्ध्य पर हावी जरूरत होगी करने के लिए बैंडविड्थ। इसके अलावा, विभिन्न त्वचा की मोटाई के साथ पशु मॉडल गहराई संवेदनशीलता अनुकूलन करने के लिए एक अलग स्रोत डिटेक्टर जुदाई आवश्यकता हो सकती है। अन्त में, गंजा सुविधा एल्गोरिदम आसान बना देता है। हालांकि गैर गंजा मॉडल कुछ अनुसंधान के सवालों के लिए इष्टतम हो सकता है, वे इस प्रक्रिया से डॉस माप से पहले बालों को हटाने, और त्वचा की जलन की आवश्यकता के परिणाम को प्रभावित कर सकते हैं करेंगे। अनुसंधान जहां कुल प्रतिरक्षा समारोह, महत्वपूर्ण है एक असुरक्षित गंजा माउस के लिए (जैसे, SKH-1) एक बेहतर मॉडल के रूप में अपनी euthymic प्रकृति के कारण सेवा कर सकते हैं।

ईएनटी "> डॉस जांच माप के लिए महत्वपूर्ण विचार सुसंगत RT और विकिरणित क्षेत्र का आकलन कर रहे हैं। तापमान में उतार-चढ़ाव के ऊतकों एचबी और एसटू 2 के स्तर को प्रभावित कर सकते हैं। 3 गैर विकिरणित जानवरों का एक समूह मापने प्रत्येक डेटा संग्रह समय में करने के लिए एक आधार रेखा के रूप में सेवा कर सकता जो पैरामीटर मूल्यों में अनायास ही पर्यावरण में उतार-चढ़ाव सामान्य हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, विकिरणित क्षेत्र मुश्किल अनुमान लगाने के लिए (यदि त्वचा फ्लैप तैयारियों के अनुरूप नहीं थे) से पहले नुकसान नेत्रहीन दिन 5 (40 Gy) के आसपास प्रकट करने के लिए शुरू होता है हो सकता है। करने के लिए काले स्थायी मार्कर का उपयोग करते हैं विकिरण उजागर त्वचा की सीमाओं को डॉट, स्याही smudging, जो रीडिंग समझौता कर सकते हैं रोकने के लिए अत्यधिक स्याही का उपयोग करने से बचें।

प्रणाली का एक जोड़ा सुविधा बिखरने गुण से अवशोषण को अलग करने की क्षमता है। वैकल्पिक hyperspectral इमेजिंग सिस्टम भी oxyHb और एचबी एकाग्रता, hyperspectral इमेजिंग मैं की मुक्त अंतरिक्ष ज्यामिति निगरानी करने की क्षमता प्रदान करते हैं बिखरने परिवर्तन हल करने में असमर्थ है। इस सीमा लौटे oxyHb, एचबी में अशुद्धियों और एसटू 2 मापदंडों में परिणाम हो सकता है यदि बिखरने में महत्वपूर्ण परिवर्तन पर्विल (लाली) की वजह से होते हैं। इसके अलावा, परिवर्तन बिखरने डॉस का उपयोग करने की निगरानी पर्विल मूल्यांकन के लिए अतिरिक्त ऑप्टिकल बायोमार्कर प्रदान कर सकता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है 6, योहान एट अल। (2014) से प्रारंभिक परिणामों से संकेत मिलता है कि एक और कश्मीर विकिरण कि इस तरह के दृश्य स्कोरिंग प्रणाली के रूप में अन्य वैकल्पिक तरीकों से मनाया प्रवृत्तियों के साथ संबंध स्थापित नहीं करता है के बाद एक अस्थायी प्रवृत्ति प्रदर्शित करता है। यह इंगित करता है कि बिखरने परिवर्तन एक नेत्रहीन वर्णनात्मक ढंग से प्रकट नहीं करते हैं और वास्तव में एक अलग जैविक प्रक्रिया का वर्णन किया जा सकता है। इसलिए, वैकल्पिक तरीकों की तुलना में, डॉस सतही बिखरने परिवर्तन के लिए एक उच्च संकल्प, उपन्यास त्वचा को नुकसान बायोमार्कर कि हमेशा की तरह एचबी-आधारित माप से अलग हो सकता है की जांच के लिए एक अवसर प्रदान करता है।

jove_content "> हालांकि हमारे मॉडल एक बड़ी एकल विकिरण खुराक (बजाय कई छोटे fractionated खुराक है कि नैदानिक ​​सेटिंग में इस्तेमाल किया जाता है), इस mimics तीव्र मानव त्वचा radiotoxicity 21 के pathophysiology। यह कल्पना की है कि आगे अनुकूलन के साथ, डॉस को रोजगार प्रदान कर सकता है विकिरण प्रेरित त्वचा प्रतिक्रियाओं के स्वचालित और मानकीकृत स्कोरिंग के लिए एक मात्रात्मक दृष्टिकोण। इस तकनीक के माहिर के बाद, भविष्य के अनुप्रयोगों (निगरानी जैसे, एक नियंत्रण और त्वचा radioprotection के लिए प्रयोगात्मक उपचार के बीच oxyHb स्तरों की तुलना, या घाव भरने को बढ़ावा देने के लिए त्वचा बख्शते चिकित्सा विज्ञान के बीच मतभेद शामिल हो सकते हैं )। जबकि पशु मॉडल में उच्च throughput दवा स्क्रीनिंग के लिए आदर्श, डॉस प्रणाली को संभावित नैदानिक ​​पर्यावरण के लिए अनुकूल प्रयोज्य और सामान्य प्रकाश व्यवस्था की स्थिति में उपाय करने की क्षमता की आसानी के कारण है। इस मामले में, जांच के डिजाइन मामूली संशोधनों की आवश्यकता हो सकती थोड़ा बड़ा optode विभाजन के लिए खाते के साथमानव त्वचा की वृद्धि की मोटाई। एक नैदानिक ​​डॉस प्रणाली हस्तक्षेप चिकित्सा कि दर्दनाक त्वचा प्रतिक्रियाओं को कम करने और रोगी आराम और अनुपालन में सुधार सकता है की ऑन लाइन मूल्यांकन के लिए अनुमति होगी। भविष्य में, यह पुरानी विकिरण प्रेरित त्वचा को नुकसान (जैसे, फाइब्रोसिस) की सुविधाओं के लिए डॉस आधारित मात्रा का ठहराव का विस्तार करने के लिए दिलचस्प हो सकता है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nude mice e.g., Charles River Athymic nude Crl:NU(NCr)-Foxn1nu, or immunocompetent nude Crl:SKH1-Hrhr
Small animal irradiator  e.g., Faxitron X-Ray Corp. Faxitron CP160
Animal anaesthesia  If using isoflurane vaporizer machine with induction chamber, need tube and nose cone.
Lead jig and plexiglass stage Custom made If irradiator device exposes whole animal body to radiation, lead shielding must be used to expose only the skin flap.
Medical tape 
Permanent marker/ear puncher
Matlab Mathworks Inc., Natick, MA With StatisticsToolbox 
Labview National Instruments, Vaudreuil-Dorian, QB
DOS system
Optical multiplexer Ocean Optics, Dunedin, FL Model MPM-2000
Spectrometer Ocean Optics, Dunedin, FL Model S200
White light source Ocean Optics, Dunedin, FL Model LS-1
Intralipid-20% Kabi Pharmacia, New York, NY
Reflectance standard INO, Quebec City, QB

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References

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तीव्र विकिरण प्रेरित त्वचा विषाक्तता के मात्रात्मक आकलन के लिए ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी एक माउस मॉडल का उपयोग करना फैलाना
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Chin, L., Korpela, E., Kim, A., Yohan, D., Niu, C., Wilson, B. C., Liu, S. K. Diffuse Optical Spectroscopy for the Quantitative Assessment of Acute Ionizing Radiation Induced Skin Toxicity Using a Mouse Model. J. Vis. Exp. (111), e53573, doi:10.3791/53573 (2016).More

Chin, L., Korpela, E., Kim, A., Yohan, D., Niu, C., Wilson, B. C., Liu, S. K. Diffuse Optical Spectroscopy for the Quantitative Assessment of Acute Ionizing Radiation Induced Skin Toxicity Using a Mouse Model. J. Vis. Exp. (111), e53573, doi:10.3791/53573 (2016).

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