Dette papiret instruerer brukere i vivo mikro-beregnet tomografi (µCT) skannere bedøve, riktig posisjon og holde hind ben i rotte for minimal bevegelse under høyoppløselige bilder av tibia. Resultatet er høy kvalitet bilder som kan behandles for å nøyaktig kvantifisere bein-mikroarkitektur.
Bruk av i vivo mikro-beregnet tomografi (µCT) er et kraftig verktøy som innebærer ikke-destruktiv avbilding av interne strukturer ved høye oppløsninger i levende dyr modeller. Dette gir gjentatte avbildning av den samme gnager over tid. Denne funksjonen ikke bare reduserer antall gnagere kreves en eksperimentell design og reduserer dermed Inter underlagt variasjonen som kan oppstå, men også tillater forskere å vurdere langsgående eller livslang svar til en intervensjon. For å kjøpe høy kvalitet bilder som kan behandles og analysert for å mer nøyaktig kvantifisere resultatene av bein-mikroarkitektur, må brukere i vivo µCT skannere riktig bedøve rotte, og plasser og holde hind lem. Dette er det viktig at rotta være anesthetized til et nivå av total avslapning og at pedalen reflekser er tapt. Disse retningslinjene kan endres for hver individuelle rat, som hastigheten på isoflurane stoffskiftet kan variere avhengig av belastningen og kroppen. Riktig teknikk for i vivo µCT bildeopptak gjør nøyaktig og konsekvent måling av bein mikroarkitektur innen og over studier.
Bruk av i vivo mikro-beregnet tomografi (µCT) er et kraftig verktøy som innebærer ikke-destruktiv avbilding av interne strukturer ved høye oppløsninger bruker gnager modeller. Ikke-destruktiv natur i vivo µCT gir gjentatt imaging av den samme gnager over tid. Denne funksjonen ikke bare reduserer antall gnagere kreves en eksperimentell design og reduserer dermed Inter underlagt variasjonen som kan oppstå, men også tillater forskere å forstå langsiktige svar til en intervensjon. Med bruk av gjentatte i vivo µCT, har eksperimenter i mus og rotter belyst utviklingsmessige endringer bein-mikroarkitektur og bein mineral tetthet (BMD) gjennom perioder med levetid 1,2,3 ,,4,,5,,6,,7,,8 samt svaret av beinhelse intervensjoner som kosthold 9,10, ovariectomy 7,11 og pharmacologic agenter 8,12,13. BMD og bein-mikroarkitektur med bestemte skjelettlidelser områder, nemlig den proksimale tibia, femur og lumbal ryggvirvlene, er indikativ av beinhelse og risikoen for å opprettholde et brudd og så er de primære tiltakene når kvantifisere svar til en intervensjon.
I vivo µCT bildeopptak innebærer todimensjonal røntgen anslag blir kjøpt opp på flere vinkler som X-ray kilde og detektorer rotere rundt dyret under etterforskning 14,15. Kvaliteten på den resulterende bildet er avhengig av mange faktorer, inkludert, men ikke begrenset til: valgt oppkjøpet parametere (dvs., romlig oppløsning, røntgen spenning, strømstyrke, rotasjon trinn, filtrering, eksponeringstid), begrensninger i µCT skanner (dvs., skanner-baserte gjenstander som ring gjenstander eller støv som forårsaker streker eller delvis volum effekter) og riktig posisjonering og beherskelse av dyret. Tidligere to av disse faktorene kan manipuleres til en viss grad av brukeren, avhengig av spesifikke skanning maskinen, studie mål og rettelser som trengs for å optimalisere funksjonen til skanneren eller behandlingen av ervervet bilder. Disse faktorene, riktig plassering av gnager før skanning, sistnevnte kan oppnås uansett skanner-baserte begrensningene eller oppkjøp parameterne som er valgt å oppnå et bestemt studie mål. Mens mange publikasjoner som involverer i vivo bildebehandling har blitt publisert i litteratur 14,15,16,17, klassisk manuskriptet stil er slik at detaljert “hvordan” informasjon kan ikke inkluderes. Derfor er målet med denne artikkelen og video guide å fylle dette tomrommet. Her ønsker vi å instruere brukere i vivo µCT skannere bedøve rotte, og plasser og holde hind lem å produsere høy kvalitet bilder som kan analyseres for å mer nøyaktig kvantifisere resultatene av bein-mikroarkitektur.
Forebygge hindringer av røntgenbilde stråle gjennom objekter enn hind Lem er viktig for Kvantifisere det mest nøyaktige BMD og bein mikroarkitektur verdier. Som x-stråler passerer gjennom objekter og vev av varierende tykkelse og tetthet, noen av x-stråler er absorbert (i.e. dempes) av materialer de passerer gjennom. Siden målt masse tetthet av et utvalg påvirkes av sin tykkelse, og tilstedeværelse og tykkelser av omkringliggende vev, er det viktig at kalibreringen fantomer brukes til å bestemme BMD skannes på samme måte. Derfor Hvis X-ray strålen til å passere gjennom objekter (dvs., halen) før eller etter passerer gjennom regionen rundt, disse objektene vil absorbere noen av X-ray energier og vil forstyrre overføring bildet ervervet. Dessuten, ville disse skanner være svært vanskelig å simulere når skanning phantoms som må likne eksempel skanner. Resultatet føre ulikhetene demping til unøyaktighet i evalueringen av BMD målinger av benet. Dermed, for enkel og nøyaktig er det best å begrense antall hindringer mellom x-ray kilden, område av interesse og x-ray detektor.
Langsgående vurdering av benbygning fra en intervensjon i pre-klinisk modeller involverer gjentatte anestesi av det dyr å begrense deres bevegelse under skanning protokoller. Flere metoder for narkose finnes for å undertrykke dyrene gjennomgår en µCT skanning, inkludert injiserbare og pustet anestesi 1,2,4,5,6, 12. i motsetning til innånding bedøvelse som isoflurane, gjentatte narkose bruker injiserbare bedøvelse føre til en reduksjon i kroppsvekt, kirurgisk toleranse og betydelige endringer i andre fysiologiske parametere i gnagere, spesielt rotter og marsvin, tyder betydelig kontraindikasjoner for gjentatt Bruk 18,19,20. Mens isoflurane er svært ustabilt og gir raske induksjon og utvinning, injiserbare bedøvende agenter produsere varierende nivåer av anestesi og tid under narkose avhenger belastning, sex, kroppssammensetning, fasted staten og circadian syklus av den dyr. Injiserbare bedøvelse også utgjøre flere barrierer til deres bruk som de er sterkt regulert av nasjonale styrende organer. Innånding anestesi innebærer imidlertid direkte levering i luftveiene; Denne metoden gir raskere induksjon og utvinning tid og bedre kontroll over lengde og dybde av anestesi19,20. Begrensninger for metoden innånding anestesi innebære sitt krav for spesialisert fordampe utstyr og noen endringer puls og blodtrykk under induksjon, vedlikehold og utvinning 18,19.
Denne protokollen gir seere med den første detaljerte retningslinjen for riktig anestesi, plassering og beherskelse av rotte under i vivo µCT skanning av hind lem. Disse retningslinjene kan brukere av i vivo µCT skanning systemer å få høy oppløsning og høy kvalitet bilder av tibia som kan behandles for kvantifisering av 3-dimensjonale bein-mikroarkitektur. Avgjørende skritt i protokollen nødvendig for å sikre riktig posisjonering og tilbakeholdenhet involverer den riktige anestesi rotta samt utvide hind lem fra alle andre kritiske strukturer til den er stram, men ikke i en unaturlig stilling. Optimal bildebehandling resultater er det viktig at rotta være anesthetized til et nivå av total avslapning, og at palpebral og pedalbåter reflekser er tapt. I tillegg skanning beinet bør utvides og hele foten og ankelen skal dempes i skum. Metodene beskrevet ovenfor for å oppnå optimal plassering av skanning beinet vil sikre at: 1) bakbeina av rotter i en studie er konsekvent orientert i samme retning, og tillater røntgenbilde stråle å passere gjennom det samme området på en etappe som roterer rundt prøven; 2) både frivillig og ufrivillig bevegelse av hind lem vil ikke oppstå, således minimere potensialet for bevegelse gjenstander å påvirke kvaliteten på ervervet bilder; 3) hindringer fra objekter (dvs., halen) forhindret, således minimere potensialet for delvis volum effekter å produsere unøyaktig BMD og TMD målinger. Disse retningslinjene kan endres for hver individuelle rat, som antall isoflurane metabolisme og posisjonering kan variere avhengig av belastning og kroppen størrelse 22. De vanligste i vivo skanning maskinene er utformet for små dyr modeller (dvs., mus, rotter, kaniner, marsvin) og vil ha utskiftbare dyr stadier tillater skanning av forskjellige dyr størrelser. Derfor kan de ta et bredt spekter av kropp vekt.
Selv om i vivo µCT skanning tillatelser til rotta flyttet og muligheten hvis bildene fra første skanningen er dårlig kvalitet, gjentatt skanning vil avsløre rotta å ytterligere doser av stråling og isoflurane anestesi for en lengre periode. Månedlig gjentatte stråling av 600 mGy fokusert på rotte tibia over fire måneder forårsaker ikke bivirkninger til bein-mikroarkitektur sammenlignet med kontralateral baklem 1, men dette fastslå ikke at to skanner gjentatt i umiddelbar rekkefølge. Ytterligere begrensninger av teknikken beskrevet omfatter behovet for å utvide hind lem stram styrker brukes for å holde det likevel som kan påberope seg noen endringer i benbygning. Mens alvorlighetsgraden av beherskelse av hind lem under skanning vil avhenge av hver forskning målsetting, resulterte tidligere forskning fra vår lab med månedlige gjentatte i vivo µCT avbildning av ett hind ben i en forskjell i kortikale mikro-arkitektonisk parameteren, eksentrisitet, sammenlignet med kontralateral hind lem som ikke gjennomførte gjentatte forlengelsen, stabilisering og skanning 1. Eksentrisitet er et mål på elliptisk form av kortikalt benvev og endringer i respons til endrede bærende. Derfor når denne metoden for posisjonering og påbud av hind lem for gjentatt i vivo µCT imaging, bør hensynet gjøres når vurdering og tolke endres til bærende mikro-arkitektoniske parametere.
Mens de ovenstående retningslinjene har fått for bildebehandling og analyse av benvev, må små justeringer i protokollen gjøres når imaging bløtvev i hind lem. Spesielt må måten hind Lem er utvidet fra torso og behersket tas i betraktning, som gjeldende prosedyre misshapes retningen på bløtvev (muskler, fettvev) i unormale posisjonering for varigheten av søket. Når ekstrapolere denne modellen for bruk i avbilding av bløtvev i hind lem, bør derfor justeringer gjøres med tilbakeholdenhet teknikken å redusere eller eliminere endringene i plasseringen av vev i forhold til hverandre.
Videre retningslinjene har blitt skrevet spesielt basert på erfaringer fra vår forskningsgruppe, men de kan endres for å tilpasses andre kommersielt tilgjengelig i vivo µCT skannere. Andre foreslåtte metoder til å plassere og holde hind lem kan være tilgjengelig av produsenten av i vivo µCT skanning systemet. De fleste kommersielt tilgjengelige i vivo µCT enheter liste polypropylen, utvidet polystyren og plastikk rør med dental voks å holde en stikker foten som akseptabelt materialer og metoder for begrensende skanning beinet. Men metoden presentert i denne protokollen gir mer kontrollert og konsekvent plassering og beherskelse av skannede beinet, og produserer konsekvent høykvalitets bilder. Retningslinjene i stede metoden krever spesialisert utstyr nødvendig for av bedøvelsen av rotte, som en vaporizer, rør, masker, induksjon kamre og oksygen. Selv om utstyret er forbundet med en noe høyere kostnad i forhold til injiserbare bedøvelse, kan forskerne muligheten til å raskt og nøyaktig induserer anestesi på bestemt dyp av bevissthet, som gir en fordel over alternativ metoder.
Ved hjelp av retningslinjene skissert i metoden finnes video, forskere utnytte høy oppløsning i vivo µCT teknologier å undersøke deres inngripen vil av interesse kunne riktig og konsekvent orientere og holde en rotte hind lem for høy kvalitet røntgen tenkelig. Dette gir et kontinuum innen i vivo µCT image vinningen og tjene som et skritt mot optimalisere konsistensen og nøyaktighet i studier og aktiverer sammenligninger over studier i litteraturen. Tilsvarende kan disse protokollene og metodene utvides for bruk i andre gnagerarter, inkludert mus, selv om noen endringer vil være nødvendig 2,10. Beherskelse av foten i skum røret kan for eksempel inkludere ankelen for å minimere muligheten for beinet bevegelse under skanningen. I tillegg passer hele foten inn i skum holderen. Tærne forlenger dermed ikke av slutten av innehaveren, som de gjør når foten av rotte. I tillegg krever ikke selve musen den samme tilbakeholdenhet med tape som rotta. En mindre forpart kan brukes for å opprettholde anestesi i mus under skanningen. Hvis en mindre forpart ikke er tilgjengelig, kan sikre en nitril over tilgjengelige nesen kjegle og lag et lite innsnitt i hanskerommet en plass som passer nesen av musen å gi anestesi samtidig opprettholde en forsegling rundt nesen.
Mens proksimale tibia er de viktigste stedet for undersøkelse av endringer til bein mikro-struktur i rotte, bør retningslinjer for korrekt og konsistent posisjonering av andre skjelettlidelser steder som femur og lumbal ryggvirvlene bli undersøkt og etablert for konsistens i litteraturen. Men ved å gjennomføre fremtidige forskning innvolvere avbilding av lumbal ryggvirvlene, må hensyn gjøres som bildebehandling av ryggraden gir stråling til omkringliggende organer og vev.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne bekrefter forskning finansiering fra NSERC funnet stipend (#05573) og Canada grunnlaget for innovasjon (#222084) for finansiering i vivo mikro-CT We Ward er en Canada forskning stol i bein og muskelutvikling.
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 |