Introduction
国立アレルギー感染症研究所（NIAID）フレデリックMD（IRF-フレデリック）でフォート・デトリックで統合された研究施設の使命はの重症度と相関臨床疾患の過程を理解するために、感染症の研究を新興実行することである微生物によって誘発されます疾患。 IRF-フレデリックはABSL-4実験室1で高結果の病原体の動物モデルにおいて、医用イメージングを実行するためのユニークな能力を持っています。研究者が利用可能なイメージングモダリティには：コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴イメージング（MRI）、陽電子放出断層撮影（PET）、単一光子コンピュータ断層撮影（SPECT）、超音波、X線、および透視。研究者は、縦断的研究では、このような薬物治療とワクチン接種のように、疾患の進行を監視し、介入の有効性を評価するために利用可能な画像処理機能を使用します。
IRF-フレデリックでのイメージングモダリティは、具体的にしました高封じ込め2,3の外に機器のコアコンポーネントを維持するために設計されており、メンテナンスや修理のためにアクセス可能。このデザインは、「ホット」（病原体を含む）とにイメージングスイートを分離する「コールド側面。」この分離を達成するために、特別に設計されたチューブは、各撮像モダリティ（ 図1）の穴に高収納空間を拡張するために構築しました。生物学的封じ込めを提供することに加えて、これらのチューブは、高封じ込め実験室を除染するために使用されるガスや薬品からの撮像機器を保護します。比較医学（CM）スタッフのハンドルとは、「高温側」に動物を監視しながら、イメージング科学者や技術者は、「低温側」からスキャナを操作します。 CMのスタッフは、これらの実験を調整するイメージング科学者と緊密に連携しなければならないので、この分離は、通信上の問題をもたらすことができます。
利用可能なオプションを評価した後、CMのスタッフが出ていました格納容器の外で撮影スタッフを呼び出すために使用される電話に短波長の超高周波電波を送信するブルートゥースイヤーピースを装着しました。施設の設計に、無線アクセスポイントは「ホット」と「コールドサイド」の間にセメントや鉄鋼の層に起因する信号干渉を克服するために、各部屋に設置する必要がありました。このように、高封じ込め外騒々しい正圧スーツや撮影スタッフを身に着けているCMのスタッフ間のコミュニケーションは今信頼性があります。カメラはまた、「高温側」の活動を見るためにスタッフを撮影するための撮影室の高温側にインストールされています。カメラで、撮影スタッフは動物の位置や撮影プロトコルへの直前の変更でCMの技術者を導くことができます。
IRF-フレデリックABSL-4スーツの実験室でのすべての作業はスーツ4をカプセル化する正圧を着用するスタッフが必要です。これらのスーツを身に着けていることは、モビリティを減少させ、そして重い後半X手袋スーツに取り付けられたプラスの手袋の最大3つの追加の層は器用さを損ないます。結果は、手続きが完了するまでに時間がかかると微細運動技能を必要とするタスクは、はるかに困難なことです。バイオセーフティーレベルが増加すると、動物の取り扱いと操作は、特に小動物で、より困難で時間がかかるとなります。 ABSL-4実験室の手順ではABSL-2研究室よりも2-3倍長くかかることがあります。
視覚的例として、モルモットのCTスキャンの手順を使用してABSL-4環境でのイメージング動物モデルに伴う課題を実証するために、この記事の目的です。
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Protocol
このプロトコルは、以下の動物のケアのガイドラインに準拠しています。動物は、評価と実験動物管理インターナショナルの認定協会の認定を受けて施設に収容しました。全ての実験手順は、国立アレルギー感染症研究所、臨床研究の部門、動物実験委員会によって承認され、動物福祉法規制、公衆衛生サービスポリシーを遵守していた、とケアとの使用のためのガイドました実験動物提言。
1.（「低温側」に）CTスキャナを準備します
- X線管をコンディショニング
- 何のスタッフがスキャンルームではありませんし、対象テーブルが空であることを確認します。
- スキャナの製造元の仕様に従って管コンディショニング手順を実行します。
- エアキャリブレーションを実行します
- 何のオブジェクトがスキャンフィールドに表示されていないことを確認してください。 スキャナ製造業者の仕様に従って空気較正手順を実行します。多くのプラットフォームでは、このキャリブレーションは、自動または半自動です。
- （「高温側」に）品質管理のスキャンを実行します
- 余分なステップを追加した（参考文献5に詳細に概説）ABSL-4スーツの実験室のエントリー手続きを完了します。手順は、放射性物質への暴露を伴う場合は、防護服の下のスクラブに線量計をクリップ。放射線被曝の計算のために2ヶ月ごとに線量計に回します。
- スキャンテーブル上の適切なホルダーに、空気、水およびテフロンから作られているCTの頭と体ファントムを配置します。
- （「低温側」に）品質管理のスキャンを実行します
- 低温側からは、ボア6の中央にファントムを進めます。
- ENSに実験室標準化品質管理（QC）のパラメータを使用してスキャンを買収UREスキャナは製造元の仕様の範囲内です。
- 製造業者のプロトコルに従って各材料の種類（空気、水、またはテフロン）上の中心に関心領域内の信号強度の平均値と標準偏差を計算するために、画像のQCコンピュータ分析を実行します。
- CTスキャナを使用する準備ができていることをCMのスタッフに通知します。
- CMスタッフと動物情報（識別番号、体重、生年月日）を確認します。
- 患者データベースに件名の情報を登録します。
- （「低温側」に）CTスキャナコンソールで、スキャナの放射線情報システム（RIS）にアクセス。 RISは、走査スケジュールの詳細が入力されていることを確認してください。
- 現在の件名とこのような識別番号、年齢、生年月日、および試験日などの人口統計を選択します。その後、試験の種類は自動的に入力する必要があります。
- 対象体重を手動で入力します。
- 正しいsuコマンドを選択します（ 例えば 、第1ヘッド、まず足、発生しやすい、仰臥位）CTガントリ内bject向き。
2. ABSL-4スーツの研究室で作業領域を準備します
- 動物手順ルームでクラスII安全キャビネット（BSC）またはダウンドラフトテーブルを準備します。使用前に少なくとも10分をBSC（またはダウンドラフト表）をオンにします。
- クリーンならびに5％重四級アンモニウム（N-アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、n-アルキルジメチルエチルベンジルアンモニウムクロリド）として承認された消毒剤を使用して、BSCまたはダウンドラフトテーブルの上面の内側表面を殺菌消毒液。 BSCまたはダウンドラフトテーブルの上面の内面をスプレーし、接触時間の10分後に乾燥した表面を拭いてください。スプレーし、残留消毒剤を除去するために、70％エタノールで表面を拭いてください。
- 麻酔インダクションボックスと動物取扱手袋などのBSCまたはダウンドラフトテーブルに必要な場所の機器および消耗品、。 オール>
- CTスキャナのベッドを準備します。
- セットアップCTのベッドの上で動物の保持装置を。
- セットアップバイタルサインは、心拍数および酸素飽和度を検出するために監視します。スキャンセッションは、より長い10分、監視温度がある場合。
- 麻酔マシンを準備。
- 気化器でイソフルランボリュームをチェックし、必要に応じてより多くのイソフルランを追加します。
- 、酸素と麻酔呼吸回路を加圧するエスケープガスをチェックし、視覚的に漏れがない1のための麻酔装置を検査することにより、リークテストを実行します。
- 漏れが検出された場合は、原因を特定、修正を検証するために、問題を修正し、フォローアップのリークテストを実行し、適切に実施されました。
- 余剰麻酔ガスを捕捉する使い捨て掃気キャニスターを計量。キャニスターは、キャニスターの初期重量を超える≥50グラムである場合は、キャニスター7を交換してください。
- クラスII BSCにイメージングスイートに隣接げっ歯類ホールディング部屋の一つからケージ住宅モルモットを転送します。
- 動物のIDを確認します。
- ケージのカードを取り外して、動物と続けます。
- ケージにふたを開き、正圧スーツの手袋の上に動物保護革手袋を着用。静かに、モルモットを拾う麻酔導入ボックスに動物を置き、蓋付きの箱をカバーしています。
- クラスII BSCから動物を含む麻酔インダクションボックスを取り外し、運搬カート上に置きます。
- カートを使用して、CTスキャナ室に動物を取ります。
- CTスキャナの部屋では、すぐにインダクションボックスに掃気キャニスターと麻酔器を接続します。インダクションボックスに酸素ガスをオンにして、delivに気化器を設定麻酔8の初期誘導のためのER 4％イソフルラン。
- 麻酔の十分な深さのための麻酔導入時に動物を監視し（ 例えば 、外部刺激、筋緊張、安定した呼吸と心拍数に反応しない）8。
- モルモットが完全に麻酔されたときにインダクションボックスに麻酔をオフにします。
4.（「ホット側」に）CTスキャナーで撮影台上の件名アレンジ
- インダクションボックスから麻酔モルモットを削除し、撮影台に置きます。
- 腹臥位に保持クッション上のモルモットを置きます。
- 乾燥から角膜上皮を保護するために、両眼に眼軟膏を適用します。
- メンテナンスイソフルラン麻酔を管理します。
- モルモットにノーズコーンを置き、ノーズコーン8への酸素の1リットル/分を提供するためにガスをオンにします。
- 2〜3％に配信するために気化器を設定します。ノーズコーンを介してモルモットにイソフルラン。
- 被験者が麻酔の所望の面（動かない、〜毎分60回の呼吸）に達した後、麻酔の維持のためのイソフルラン1.0から1.5パーセントを提供するために設定する気化器を減らします。
- 体温、心拍数、および呼吸数などのバイタルサインを監視します。呼吸数はそれぞれ9、加速または遅く、イソフルランの割合を増加または減少し始める場合。
- 麻酔のデータ収集及び深さの予想される長さに応じて、必要であれば、37と39℃の間、モルモット、体温を維持するための付加的な熱源を提供するには8,9を維持しました 。
- 保持クッションの上にプラスチック製のカバーを固定します。
- 収容管に撮影台を進めます。
5.ビューの画像フィールドを設定します
- CT SCの「低温側」にレーザーシステム（撮影スタッフ）をアクティブCTスキャンのためのモルモットを配置するanner部屋。レーザー十字線の下に関心のある解剖学的構造をカバーすると "アウト"ボタン "で"テーブルを使用してください。
- ビューのフィールドを設定するには、関心のある解剖学的構造の上に始点を設定するために、レーザボタンを使用します。
- 「高温側」に連絡CMのスタッフは、自分自身とCTスキャナとの間でリードシールドを配置します。
6.集録画像
- 製造業者のプロトコルに従ってCT検査画像にスライス配置のためのサーベイスキャンを取得します。
- 調査の画像上のCT検査画像のためのスライス配置を規定しています。
- 造影剤注入を使用する場合、「ホット・サイド」職員と連携。
- 製造業者のプロトコルに従って研究のスキャンを取得します。
- 製造業者のプロトコルに従ってスキャナコンソールでCT画像を再構成します。
- 画像保管及び通信システムに画像を送信します。さらに定性的および資格を実行しますntitativeは、製造業者のプロトコルに従って、このアーカイブシステムから分析します。
7.スキャン後の回復
- 食品やお菓子できれいマイクロアイソレータケージにスキャナベッドからモルモットを転送します。
- カートを使用して、バックの住宅エリアに動物とのケージを運びます。
- 麻酔から完全に回復するまで動物を監視します。
- 完全に回復すると、高効率微粒子空気（HEPA）にケージを返す換気ラックを-filtered。
スキャナ湾や機器の8消毒
- スキャナのベイエリアを消毒（ 例えば 、動物、スキャナベッド、スキャナ室の床、ドアハンドルと直接接触していた面）10分の接触時間のために5％の二重の第四級アンモニウム溶液で。
- 二重の四級アンモニウム溶液に10分間曝露した後、70％エタノール溶液で表面をすすぎます。
- 直接噴霧することができない項目を拭きエタノール飽和布に続くデュアル四級アンモニウム飽和布でデュアル四級アンモニウム溶液（敏感な電子機器）で。
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Representative Results
動物取扱すべての安全手順と標準操作手順を厳守はABSL-4実験室で安全に作業するために不可欠です。イメージング・スイートに動物処置室からインダクションボックス内に感染した動物を転送する一般的な廊下の汚染のリスクを最小限に抑えることができます。 IRF-フレデリックでABSL-4研究を行いながら、必要な手順を実行することで、何の実験室で取得感染または動物被験体の交差汚染が記録されていません。
ABSL-4ウイルス病原体が肺に関連する病状10,11を誘発することができ、及びCTは、感染の動物モデルにおいて疾患の進行を監視するための貴重なツールです。 CT画像は、組織へのX線放射の吸収から作成され、画像化実験が必要な麻酔の量を最小限に抑え、比較的迅速に行うことができます。 CTでは、大きい高密度化骨などの撮像対象のTY、明るいオブジェクトが（ 図2）が表示されます。健康な肺のような空気で満たされた組織は、黒表示されている間、臓器組織の密度は、中間の強度（グレー）となる傾向があります。 CTは体の3次元図に再構築された360°ビューを介して複数のX線写真を取得します。器官および感染症に関連する病理の間で大きく描写するために、静脈内造影剤を使用することができます。
図1：IRF-フレデリックでのイメージングモダリティの高い封じ込めのデザインは、このデザインは、「ホット」と「コールド」の側にイメージングスイートを分離します。特別に設計されたチューブは「低温側」の各スキャナの穴の中に「高温側」の高い封じ込めスペースを拡張します。イメージング科学者や技術者は、からスキャナを操作します4;ホット側」「比較医学（CM）スタッフのハンドルとは、上の動物を監視しながら、「低温側この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2：モルモットの胴体上部のCT画像 、X線吸収が骨に大きいので、骨（A）は、画像で最も明るい表示され、空気（B、肺組織）が最も暗い表示され、軟部組織（C：心臓、D：肝臓）。（A）BSL-4ウイルスの病原体はCT感染の動物モデルにおいて、疾患の進行を監視するための貴重なツール作り、肺関連病変を誘導対照的に中間表示される彼女をクリックしてくださいeは、この図の拡大版を表示します。
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Discussion
このシリーズの前の記事では、最大封じ込め実験室12,13で安全に作業するために必要な広範囲の訓練、細部へのこだわり、安全手順、および追加の工学的管理を強調してきました。安全に作業を実行すると、これらの研究室で最も高い優先度です。感染動物が刺されや傷を負わせるか、エアロゾル7を生成するために、この哲学は、そのような潜在的のような追加の危険にさらに多くの生きた動物を扱う際に重要です。これらの手順は、撮影室に保持部屋から動物の安全な取り扱いおよび輸送を強調する。麻酔中の動物の操作と監視がABSL-4実験室での作業中に必要なディテールと安全性への配慮から、視聴者に注目のリアルな描写を与えることが実証されています。
我々は、モルモットのCTスキャンを用いABSL-4実験室での非侵襲的な医療用イメージングを行うためのプロトコルを記述し例として。いくつかのステップは、BSL-4実験室で成功したイメージングに重要です。最初の重要なステップは、安全性のチェックリストは、すべての安全システムが研究室5に入る前に、正しく動作することを確認するために完了していることを検証することが含まれます。スタッフは、彼らがBSL-4実験室で安全に動作することを確認するための適切な入り口と出口の手順に従わなければなりません。第二の重要なステップは、いずれかのスキャン室に存在しないか、彼らはX線管のコンディショニングおよび任意のその後のスキャン中に携帯型鉛シールドの背後にあること、スタッフを検証することです。 CTスキャナがレディとイメージングのために動物を麻酔し、準備する前に正常に動作していることを決定することが重要です。次の重要なステップは、適切なファントムと品質管理スキャンを実行し、CTスキャナが動作し、使用可能な状態である場合、動物技術者に通知することです。クリアと効果的なコミュニケーションは、動物取扱スタッフが物理的にSEPARているように、撮像プロトコルを実行することも重要です「低温側」にスキャナを操作するイメージング技術者からated。
正圧スーツと重いスーツの手袋などの手袋の複数のペアを、装着したまますべての動物の取り扱い手順を行わなければならないようBSL-4実験室の医療イメージングは困難な手順です。基本的な動物の取り扱い手順は、BSL-4実験室の安全性を考慮に合わせて変更されています。覚醒した動物の取扱いは最小化され、刺されや傷の可能性を減らすように変更されます。たとえば、革の作業用手袋は、覚醒モルモットおよび他の大きいげっ歯類を拾ったときにスーツの手袋を保護するために着用されています。マウスのみピンセットで処理され、腹腔内注射のためにそれらをscruffing前に最初に麻酔をかけなければなりません。注入技術は、高い安全性を確保するように変更される必要があり得ます。鉗子および/または拘束装置はむしろ単独手拘束を使用するよりもげっ歯類において注入を実行するために使用されます。 PERFするために必要な複雑さと時間ORMイメージングは、選択されたモダリティと使用される種を含むいくつかの要因に依存します。 CTスキャンを行うには限界が特定の実験動物種に造影剤を投与することの難しさが挙げられます。モルモットは、特に、静脈内に造影剤を投与するために簡単にアクセスできる静脈を持っていません。この管理の難しさは、個人用保護具を着用したまま微細運動操作の難易度によって配合されます。さらに、造影剤注入のタイミングは、スキャナを操作している「低温側」にスタッフと調整する必要があります。
イメージング施設のユニークなデザインは、イメージング技術の修正を必要とする課題を作成します。 1つの課題は、動物の取り扱いおよび監視スキャン装置と動物技術者を実行するイメージング技術者の物理的分離による通信に困難でした。内側に着用するヘッドセットとBluetooth携帯電話スーツは、スキャンを調整し、実行するイメージング技術者との通信に使用されます。この通信方式が失敗した場合は、ホワイトボードに手書きのメッセージは、実験室の窓から表示することができます。各イメージングモダリティの設計は、各スキャナの穴に高い封じ込め施設を拡張する特殊な管を含みます。それぞれの被写体が撮影台上に配置された後、被験者は麻酔下ながら、それらを監視技術者へのより大きなからの距離と見えにくくしています。より長い麻酔回路、モニタケーブル、および注入ラインは、この設計で必要とされます。
IRF-フレデリックは、非ヒト霊長類のマウスから実験動物の様々な生物医学的イメージングを実行する能力を有します。 CTは、感染症の動物モデルの様々な疾患の進行をモニターするために使用することができます。ワクチンを含む潜在的な治療的介入の有効性を評価し、diseaのバイオマーカーの同定SEのプロセスは、この技術の将来のアプリケーションです。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Micro-Chem Plus | National Chemical Laboratories | 255 | |
| CT scanner | Philips Healthcare | ||
| CT phantom | Philips Healthcare | ||
| Isovue-300 (CT contrast reagent) | Bracco Diagnostics | NDC 0270-1315-30 | |
| Ventilated rack | Lab Products | ||
| Micro-isolator cage | Lab Products | ||
| Biosafety cabinet | Nuaire | ||
| Anesthesia machine | SurgiVet | WWV9000 | |
| Anesthesia induction box | VetEquip | ||
| Anesthesia mask | Henry Schein | ||
| Isoflurane | Henry Schein | ||
| Waste gas scavenging canister | Fisher | F/AIR | |
| Holding cushion | |||
| Ophthalmic ointment | |||
| Vital signs monitor | Bionet | BM3Vet | |
| Mobile phone | Spectralink | 8440 | |
| Blue Tooth ear piece | |||
| Wireless access points | |||
| Sperian positive-pressure suit | Honeywell Safety Products | BSL 4-2 | |
| Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers) | Fisher | 19-019-601 | |
| Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA) | Fisher | 2MYU1 | |
| Scrubs | Cintas | 60975/60976 | |
| Socks | Cintas | 944 | |
| Duct tape | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| Towels | Cintas | 2720 | |
| Zip lube | Amazon | B000GKBEJA |
References
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