Dette papir pålægger brugere af i vivo scannere, mikro-beregnet tomografi (µCT) sådan bedøver, korrekt holdning og begrænse hind lemmer af en rotte for minimal bevægelse under høj opløsning billeddannelse af skinnebenet. Resultatet er høj kvalitetsbilleder, der kan forarbejdes til nøjagtigt kvantificere knogle mikro-arkitektur.
Brug af i vivo mikro-beregnet tomografi (µCT) er et kraftfuldt værktøj, der omfatter de ikke-destruktiv billedbehandling af interne strukturer i høje opløsninger i live dyremodeller. Dette giver mulighed for gentagen billeddannelse af samme gnaver over tid. Denne funktion ikke kun reducerer antallet af gnavere kræves i en eksperimenterende design og reducerer dermed den indbyrdes underlagt variation, der kan opstå, men også gør det muligt for forskere at vurdere længderetningen eller livslang svar til en intervention. For at erhverve høj kvalitetsbilleder, der kan bearbejdes og analyseres for at mere nøjagtigt kvantificere resultaterne af knogle-mikroarkitektur, skal brugere af i vivo µCT scannere korrekt bedøver rat, og placere og begrænse hind lemmer. For at gøre dette, er det bydende nødvendigt, at rotten være bedøvede til et komplet afslapning, og at pedal reflekser er tabt. Disse retningslinjer kan ændres for hver enkelte rotte, som satsen for isofluran stofskifte kan variere alt efter stamme og krop størrelse. Korrekt teknik for i vivo µCT billede erhvervelse giver nøjagtige og ensartede måling af knogle-mikroarkitektur inden for og på tværs af undersøgelser.
Brug af i vivo mikro-beregnet tomografi (µCT) er et kraftfuldt værktøj, der omfatter de ikke-destruktiv billedbehandling af interne strukturer i høje opløsninger ved hjælp af gnavere modeller. Den ikke-destruktive karakter af i vivo µCT giver mulighed for gentagen imaging af samme gnaver over tid. Denne funktion ikke kun reducerer antallet af gnavere kræves i en eksperimenterende design og reducerer dermed den indbyrdes underlagt variation, der kan opstå, men også gør det muligt for forskere at forstå langsigtede svar til en intervention. Med brugen af gentagne i vivo µCT, har forsøg med mus og rotter belyst udviklingsmæssige ændringer for at udbene mikro-arkitektur og bone mineral density (BMD) hele perioder af levetid 1,2,3 ,4,5,6,7,8 samt svar på knogle sundhed indgreb såsom kost 9,10, ovariectomy 7,11 og farmakologiske agenter 8,12,13. BMD og knogle-mikroarkitektur med bestemte skelet websteder, nemlig proksimale tibia, femur og lændehvirvlerne, vejledende overordnede knogle sundhed og risikoen for at opretholde en fraktur og så er de primære foranstaltninger når kvantificere svar til en intervention.
In vivo µCT billede erhvervelse involverer to-dimensionale X-ray fremskrivninger overtagne i flere vinkler som X-ray kilde og detektor rotere omkring dyr under undersøgelsen 14,15. Kvaliteten af den resulterende billede er afhængig af mange faktorer, herunder, men ikke begrænset til: valgt erhvervelse parametre (dvs., rumlige opløsning, X-ray spænding, strømstyrke, rotation skridt, anvendt filter, eksponeringstid), begrænsninger af µCT scanner (dvs., scanner-baserede artefakter såsom ring artefakter eller støv, der forårsager striber eller delvis volumen effekter) og korrekt positionering og immobilisering af dyr. De tidligere to af disse faktorer kan manipuleres til en vis grad af bruger, afhængigt af den specifikke scanning maskinen, undersøgelse mål og de rettelser, der er nødvendige for at optimere funktionen af scanneren eller behandling af erhvervet billeder. Det sidste af disse faktorer, den korrekte placering af gnaver før scanning, kan opnås uanset de scanner-baseret begrænsninger eller erhvervelse parametre, der er valgt til at opnå en særlig undersøgelse mål. Mens mange publikationer involverer i vivo billeddannelse er blevet offentliggjort i litteratur 14,15,16,17, klassiske manuskript stil er sådan, at detaljerede “sådan” oplysninger kan ikke medtages. Derfor er formålet med denne artikel og video guide til at udfylde dette tomrum. Her tilstræber vi at instruere brugerne af i vivo µCT scannere hvordan man bedøver en rotte, og Placer og begrænse hind lemmer for at producere høj kvalitetsbilleder, der kan analyseres for at mere nøjagtigt kvantificere resultaterne af knogle mikro-arkitektur.
Forebyggelse forhindringer af x-ray stråle gennem objekter end hind lemmer er vigtigt, at kvantificere de mest præcise BMD og knogle-mikroarkitektur værdier. Som x-stråler passerer gennem objekter og væv af varierende tykkelse og tæthed, nogle af x-stråler er optaget (dvs. svækket) af de materialer, de passerer gennem. Da den målte massefylde af en prøve er påvirket af dens tykkelse, og tilstedeværelsen og tykkelser af omgivende væv, er det bydende nødvendigt, at kalibrering phantoms bruges til at bestemme BMD scannes på samme måde. Derfor, hvis X-ray stråle er passere objekter (dvs., halen) før eller efter at have passeret gennem regionen af interesse, disse objekter vil absorbere nogle af X-ray energier og vil forstyrre transmission billedet erhverves. Derudover ville disse scanninger være meget vanskeligt at simulere ved scanning af de spøgelser, der skal ligner prøve scanninger. Som et resultat, føre forskellene dæmpning til unøjagtighed i evalueringen af BMD målinger af knoglen. Derfor, for lethed og præcision er det bedst at begrænse antallet af forhindringer mellem røntgen kilden, region af interesse og x-ray detektor.
Langsgående vurdering af knoglestruktur fra en intervention i prækliniske modeller indebærer den gentagne bedøvelse af dyret til at begrænse deres bevægelighed under scanningen protokoller. Flere metoder til generel anæstesi eksisterer for at kue dyr undergår en µCT scan, herunder injicerbare og inhalant anæstesi 1,2,4,5,6, 12. i modsætning til inhalant anæstetika som isofluran, gentagne generel anæstesi ved hjælp af injicérbar bedøvelsesmidler medføre en reduktion i kropsvægt, kirurgisk tolerance og væsentlige ændringer til andre fysiologiske parametre i gnavere, specielt rotter og marsvin, tyder på betydelig kontraindikationer for gentagen brug 18,19,20. Mens isofluran er yderst flygtig og giver mulighed for hurtig induktion og recovery, injicerbare bedøvelsesmiddel agenter producere varierende niveauer af anæstesi og tid under anæstesi afhænger af stamme, sex, kropssammensætning, fastende tilstand og døgnrytmen cyklus af den dyr. Injicérbar bedøvelsesmidler udgør også yderligere hindringer for deres anvendelse, som de er stærkt reguleret af nationale styrende organer. Inhalation anæstesi indebærer imidlertid den direkte levering i luftvejene; denne metode giver mulighed for hurtigere induktion og inddrivelse tid og bedre kontrol over længde og dybde af anæstesi19,20. Begrænsninger til inhalation anæstesi metode indebærer sit krav om fordampning specialudstyr og nogle ændringer til puls og blodtryk under induktion, vedligeholdelse og nyttiggørelse 18,19.
Denne protokol giver seerne med den første detaljerede retningslinjer for korrekt anæstesi, placering og immobilisering af rotter under i vivo µCT afsøgning af hind lemmer. Disse retningslinjer aktiverer brugere af i vivo µCT scanning systemer for at opnå høj opløsning og høj kvalitetsbilleder af tibia, der kan forarbejdes til kvantificering af 3-dimensionelle knogle mikro-arkitektur. Kritiske trin i den protokol, der er nødvendige for at sikre korrekt positionering og fiksering indebærer ordentlig anæstesi af rotte samt udvide hind lemmer fra alle andre vigtige strukturer, indtil det er stramt, men ikke i en unaturlig stilling. For optimal imaging resultater er det bydende nødvendigt, at rotten være bedøvede til et komplet afslapning, og at palpebral og pedal reflekser er tabt. Desuden scanning benet bør udvides og hele fod og ankel bør fastholdes i skum. Metoderne beskrevet ovenfor for at opnå optimal placering af scanning benet vil sikre, at: 1) hind lemmer af rotter inden en undersøgelse er konsekvent orienteret i den samme retning, således tillader x-ray stråle til at passere gennem samme område af hvert ben, som den roterer i nærheden af prøven; 2) både frivillige og ufrivillige bevægelser af hind lemmer vil ikke forekomme, hvilket minimerer mulighederne for bevægelse artefakter til at interferere med kvaliteten af erhvervede billeder; 3) forhindringer fra objekter (dvs., halen) er forhindret, hvilket minimerer risikoen for delvis volumen effekter til at producere unøjagtige BMD og TMD målinger. Disse retningslinjer kan ændres for hver enkelte rotte, som satsen for isofluran metabolisme og positionering kan variere afhængigt af stamme og krop størrelse 22. De mest almindelige i vivo scanning maskiner er designet til små dyremodeller (dvs., mus, rotter, kaniner, marsvin) og vil have udskiftelige animalske faser at tillade scanning af forskellige dyrs størrelser. Derfor, de kan rumme en bred vifte af kroppen vægte.
Selv om i vivo µCT scanning tilladelser til rotte at blive genplaceret og genscanne hvis billederne erhvervet fra den første scanning er dårlig kvalitet, gentages scanning vil afsløre rotte for ekstra doser af stråling og isofluran anæstesi til en længere periode. Månedlige gentagne bestråling af 600 mGy fokuseret til rotte tibia over fire måneder medfører ikke skadelige virkninger på knogle mikro-arkitektur i forhold til de kontralaterale hind lemmer 1, men dette fastslå ikke sikkerhed af to scanninger gentages i umiddelbart efter hinanden. Yderligere begrænsninger af den teknik beskrevet omfatter behovet for at udvide hind lemmer henslængt med kræfter til at holde det stadig, som kan påberåbe sig nogle ændringer i knoglestrukturen. Mens sværhedsgraden af tilbageholdenhed af hind lemmer under scanningen vil afhænge af hver forskning mål, resulterede tidligere forskning fra vores lab, der involverer månedlige gentagne i vivo µCT imaging af en hind lemmer i en forskel i den kortikale mikro-arkitektoniske parameter, excentricitet, i forhold til de kontralaterale hind lemmer, der ikke undergår gentagne udvidelse, stabilisering og scanning 1. Excentricitet er en foranstaltning af kortikale knogle og ændringer som svar på ændret bærende elliptiske form. Derfor, når du bruger denne metode til positionering og fastholdelse af hind lemmer for gentaget i vivo µCT imaging, overvejelser bør gøres når vurdere og fortolke ændringer i bærende mikro-arkitektoniske parametre.
Mens ovenstående retningslinjer har været givet til billedbehandling og analyse af knoglevæv, skal mindre justeringer af protokollen gøres når imaging blødt væv af hind lemmer. Specifikt, skal den måde hvorpå hind lemmer er forlænget fra torsoen og tilbageholdende tages hensyn, som den aktuelle procedure misshapes orientering af det bløde væv (muskler, fedtvæv) til unormal positionering for varigheden af scanningen. Derfor, når ekstrapolere denne model til brug i billedbehandling af blødt væv af hind lemmer, nogle justeringer bør foretages til tilbageholdenhed teknikken til at reducere eller eliminere ændringerne i placeringen af væv i forhold til hinanden.
Derudover retningslinjerne har været skrevet specielt baseret på erfaringerne fra vores forskningsgruppe, men de kan ændres for at imødekomme andre kommercielt tilgængelige i vivo µCT scannere. Andre foreslåede metoder til at placere og begrænse hind lemmer kan være til rådighed af producenten af i vivo µCT scanning system. De fleste kommercielt tilgængelige i vivo µCT enheder liste polypropylen, ekspanderet polystyren, og plast rør med dental voks til at holde en fremspringende fod som acceptable materialer og metoder for fastholdende scanning benet. Men metoden præsenteret i denne protokol giver mere kontrolleret og konsekvent positionering og immobilisering af scannede benet, og producerer konsekvent billeder i høj kvalitet. De retningslinjer, der præsenteres i den aktuelle metode kræver specialiseret udstyr nødvendigt for anæstesi af rotte, som en vaporizer, rør, masker, induktion kamre og ilt. Selv om udstyret, der er forbundet med en noget højere pris i forhold til injicérbar bedøvelsesmidler, giver det forskere mulighed for at hurtigt og præcist fremkalde anæstesi på bestemte dybder af bevidsthed, som giver en fordel frem for alternativet metoder.
Ved hjælp af retningslinjerne i den aktuelle metode video, forskere udnytter høj opløsning i vivo µCT teknologier til at undersøge deres intervention vil af interesse være i stand til korrekt og konsekvent orientere og afholde en rotte hind lemmer for høj kvalitet røntgenoptagelser. Dette vil give et kontinuum inden for i vivo µCT billede erhvervelse og tjene som et skridt i retning af optimering ensartethed og nøjagtighed inden for undersøgelser og aktiverer sammenligninger på tværs af undersøgelser i litteraturen. Ligeledes, disse protokoller og metoder kan udvides til brug i andre gnavere arter, herunder mus, selv om nogle ændringer vil være krævede 2,10. For eksempel kan immobilisering af foden i skum tube omfatter ankel for at minimere muligheden for ben bevægelse under scanningen. Desuden vil fuld foden passe ind i skum holderen. Således udvider tæerne ikke fra slutningen af indehaveren som de gør, når sikring af foden af en rotte. Derudover kræver kroppen af musen ikke den samme tilbageholdenhed med tape som rotter. En mindre næse kegle kan bruges til at opretholde anesthesia i mus under scanningen. Hvis en mindre næsen kegle ikke er tilgængelig, kan sikre en nitrilhandske over tilgængelige næsen kegle og gøre et lille snit i handske til at give en plads, der kan passe næsen af musen til at give anæstesi samtidig opretholde en forsegling omkring næsen.
Mens den proksimale skinnebenet er det vigtigste site for undersøgelse af ændringer i knogle mikro-struktur i rotter, bør retningslinjer for korrekt og konsekvent positionering af andre skelet steder såsom lårbenet og lændehvirvlerne undersøges og etableret for sammenhæng i litteraturen. Men når virksomhed fremtidige forskning, der indebærer billeddannelse af lændehvirvlerne, overvejelser skal ske som billeddannelse af rygsøjlen sørger for stråling til de omkringliggende organer og væv.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne anerkende forskning finansiering fra NSERC opdagelse tilskud (#05573) og Canada Foundation for Innovation (#222084) til finansiering af i vivo mikro-CT. uforstand Ward er en Canada forskning stol i knogle og muskelfylde.
Isoflurane | Fresenius Kabi Animal Health | 108737 | |
Vaporizer | Dispomed | 990-1091-3SINEWA | |
Scavengers/Charcoal Filters | Dispomed | 985-1005-000 | |
Micro-CT Scanner | Bruker microCT | SkyScan 1176 | |
Dental wax | Kerr Dental Laboratory | 623 | |
Foam (Backer Rod) | Rona | CF12086 | 1”x10’ |
Plastic tube | Bruker microCT | SP-3010 | |
Carbon-fiber bed | Bruker microCT | SP-3002 | |
Vet Wrap/Bandage | Dura-Tech | 17473 | |
Ophthalmic Gel | OptixCare | 006CLC-4256 | Antibiotic-free |
Heating pad | Sunbeam | 000731-500-000 |