Summary
이 프로토콜은 비침습적으로 비 알코올 성 지방 간 질환의 설치류 모델에서 간 조직 변화를 관찰하고 정량화하기 위해 향상된 초음파 기술의 사용을 설명합니다.
Abstract
무알코올 성 세포 간염 (NASH)은 간 지방 축적 (steatosis) 및 섬유증으로 이어지는 염증을 특징으로하는 비 알코올 성 지방 간 질환 (NAFLD)의 스펙트럼 내에서 상태입니다. 인간 NASH/NAFLD를 밀접하게 재구성하는 전임상 모델은 약물 개발에 필수적입니다. 간 생검은 현재 클리닉에서 NAFLD /NASH 진행 및 진단을 측정하기위한 금 본위제이지만, 전임상 공간에서, 연구 중 여러 시점에서 전체 간 샘플의 수집 또는 간 생검은 질병 단계를 평가하기 위해 조직학적 분석을 위해 필요합니다.
간 생검 중간 연구를 수행하는 것은 침략적이고 노동 집약적인 절차이며, 질병 수준을 평가하기 위해 간 샘플을 수집하면 연구에 필요한 연구 동물의 수가 증가합니다. 따라서, 이러한 전임상 모델에서 NASH/NAFLD를 검출하기 위해 신뢰할 수 있고, 전염가능하고, 비침습적 이미징 바이오마커에 대한 필요성이 있다. 비침습적 초음파 기반 의 B 모드 이미지와 전단 웨이브 엘라스토그래피 (SWE)는 간 섬유증뿐만 아니라 세포증을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. NASH의 전임상 설치류 모델에서 SWE의 유용성을 평가하기 위해 동물은 프로 NASH 식단에 배치되었고, 비침습적 초음파 B 모드와 전단 파 엘라스토그래피 이미징을 수행하여 간장(HR) 지수와 간 탄력성을 측정하여 NAFLD/NASH 연구를 통해 여러 시간 지점에서 간 지방 축적 및 조직 강성의 진행을 측정했습니다.
HR 지수와 탄성 수치는 스테토시스 및 섬유증의 조직학적 마커와 비교하였다. 결과는 HR 지수와 오일 레드 O (ORO) 염색의 백분율 사이 강한 상관관계를 보여주었습니다, 뿐만 아니라 탄성과 피크로 시리우스 레드 (PSR) 간 염색 사이. 고전적인 전 생체 내 방법과 생체 내 이미징 결과 사이의 강한 상관 관계는 전단 파 엘라스토그래피 / 초음파 기반 이미징이 NAFLD / NASH의 전임상 모델에서 질병 표현형 및 진행을 평가하는 데 사용될 수 있다는 증거를 제공합니다.
Introduction
비알코올성 지방간질환(NAFLD)은 간에서 과도한 지방축적을 특징으로 하는 대사 상태이며, 최근 보고된 글로벌 보급률25%1로전 세계적으로 선도적인 간질환이 되고 있다. 무알코올 성 세포 간염 (NASH)은 NAFLD의 스펙트럼의 더 진행 단계이며, 진보적 인 세포 손상, 염증 및 섬유증을 가진 과잉 간 지방을 특징으로합니다. 이 질병은 환자의 간에서 상당한 손상이 이미 발생할 때까지 혈액 검사 또는 일상적인 검사를 통해 발견되지 않는 종종 침묵합니다. 현재, 환자에서 NASH를 진단하는 금 본위제는 환자 유래 간 생검 샘플의 조직학적 검사를 통해서이다. 유사하게, NASH/NAFLD의 병인뿐만 아니라 약물 개발 산업을 이해하기 위해 일하는 전임상 연구자들은 세포증, 염증 및 섬유증을 측정하기 위해 조직학을 위한 위성 코호트의 간 샘플 또는 말기 안락사의 생체 내 쐐기 생검에 의존합니다.
예를 들어, 간 쐐기 생검은 GUBRA NASH 모델2를사용하는 동안 간 간염과 섬유증을 평가하기 위한 표준 기술이었다. 간 쐐기 생검 방법은 작은 동물3에서침략적이고 힘들다. 연구 결과의 중간에 쐐기 간 생검의 사용은 수시로 필요로 하는 동물의 수를 증가하는 질병 모형에 있는 추가된 실험변수를 나타냅니다. 이러한 요인을 염두에 두고, 초기 시점에서 NASH/NAFLD 동물 모델에서 steatosis및 섬유증을 안정적으로 평가하는 데 사용할 수 있는 비침습적 이미징 기술은 매우 중요합니다. 전단 파 엘라스토그래피 (SWE)는 연조직의 탄성을 측정하는 데 사용되는 초음파 기반 방법입니다. 이 기술은 조직 표적을 향한 초음속 초음파 펄스에 의해 생성된 전단 파의 전파를 측정한 다음 E 계수4라는값을 계산합니다. 전단 파의 속도는 조직 강성의 정도에 비례한다.
도 1 및 도 2는 이미징 영역 설정 및 SWE 계측기를 보여 준다. SWE 계측기는 두 개의 스크린과 그림 2A에표시된 제어판이 있는 단일 휠 유닛입니다. 상부모니터(그림 2B)는컴퓨터 모니터역할을 하며 이미지 및 환자 디렉토리를 표시합니다. 제어판(그림2C)은이미지 캡처의 일반적인 측면을 제어하는 버튼과 다이얼의 배열입니다: 화면 동결, 이미지 저장, 한 모드에서 다른 모드로 변경. 하부화면(그림 2D)은설정을 변경하는 추가 컨트롤이 있는 터치 스크린이며 필요에 따라 데이터를 입력하는 키보드 역할을 합니다. 기기에는 원하는 경우 터치 스크린에 사용할 스타일러스가 장착되어 있습니다. 초음파 프로브는 장치의 하부 전면 패널에 부착됩니다. 설치류의 B 모드 및 SWE 이미징의 경우 초선형 6~20MHz 트랜스듀서가 사용되었습니다. 비침습적으로 조직 강성을 측정하는 이 기능은 SWE를 NASH 환자에서 간 섬유증5의 식별 및 준비에 대한 귀중한 도구로 만들어 더 침습적 인 방법에 대한 필요성을 감소시다. SWE는, 실제로, 환자에서 간 섬유증을 측정하기 위하여 이용되고 진료소 에서 섬유증을 득점하는 FDA 승인한 방법입니다6. SWE를 사용하여 질병의 동물 모델에서 NASH 진행을 모니터링하면 치료 개발을위한 번역 도구를 제공하고 동시에 동물 주체 수의 감소와 통증과 고통을 최소화하기 위한 생체 내 절차의 개선을 통해 동물 복지를 향상시킬 수 있습니다.
인간 환자에서 SWE 이미징은 작은 동물에게 이상적이지 않은 저주파 초음파 트랜스듀서4를사용합니다. 특히, 고주파 SWE 기술은 쥐 모델7에서NASH의 발병에 대한 아세틸-코아 카바실라제 억제의 효능을 평가하기 위해 사용되어 왔으며, 이 기술의 유용성은 전통적인 METAVIR 조직학 채점방법에비해 성공적인 결과를 갖는 간 섬유증의 탄소 테트라클로라이드 쥐 모델에서 기술되었다 8. 그러나, 기존 문헌은 NASH의 전임상 모델에서 SWE 이미징의 적용에 대한 상세한 기술 및 방법론 정보가 부족합니다. 위에서 설명한 바와 같이, 간 steatosis는 NAFLD/NASH 상태의 주요 특징 의 한개이고 내정간섭이 고려될 수 있는 중요한 단계입니다. 따라서, 이미징 양식증을 사용하여 간 지방 축적을 평가하는 것은 NASH/NAFLD의 전임상 모델에서 간 섬유증을 평가하는 것만큼 중요합니다.
신장 피질의 것과 비교하여 간 조직 밝기의 비율로 알려진 초음파 기술은 클리닉9,10에서스테토시스의 대리 마커로 사용되어 왔다. 그러나 이 접근법은 NAFLD/NASH의 전임상 동물 모델에서 광범위하게 사용되지 않았습니다. 본 기사는 NAFLD/NASH의 콜린 결핍, 고지방 식단(CDAHFD) 쥐 모델에서 각각 간 섬유증 및 스테토시스의 대리 마커로서 의탄성뿐만 아니라 HR 지수를 측정하는 방법을 설명합니다. 이 모델은 급속한 steatosis를 유도, 간 염증, 및 섬유증, 마우스에서 6 주 이내에 측정 할 수있습니다 11. 이 규정식에 콜레스테롤 (1%)의 추가는 쥐에 있는 섬유발생을 승진시키기 위하여 보였습니다12,이 모형은 전단 파 화상 진찰을 관련시키는 검증 연구 결과를 위한 적당한 후보 만들기. 전반적으로, 이 화상 진찰 기술은 또한 steatosis 및/또는 섬유증이 관심의 끝점인 NASH 모형/규정식의 넓은 범위에 적용될 수 있습니다.
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Protocol
화이자의 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC)에 의해 검토 및 승인된 모든 동물 관련 절차는 AAALAC (실험실 동물 관리의 평가 및 인증) 국제 공인 시설에서 수행되었습니다.
1. 질병 유도
- 알려진 쥐 출현 병원균이 없는 수컷 위스터 한 쥐(150-175g; ~ 6-7주, 총 40마리의 쥐)를 사용하십시오. 개별적으로 통풍이 잘 되는 채 로 쥐를 종이 침구(재료 표참조)로 채석하고 22± 1°C, 40-70% 상대 습도에서 12:12h 의 밝은 어두운 사이클로 유지한다.
- 연구 설계에 따라 1%의 콜레스테롤(n=20) 또는 표준 실험실 설치류 차우(n= 20)를 가진 콜린 결핍, 고지방 식단에 150-175g(~6-7주 전)의 쥐를 배치한다.
참고: 이 연구에서는 그룹당 총 40마리의 쥐가 20마리의 동물과 함께 등록되었습니다. 6주 말에, 각 그룹에서 코호트의 절반은 간 샘플의 중간 연구 조직 분석을 위해 부검되었다. 따라서, 표본크기는9일과 12일 주 시간포인트에 대해 그룹당 10마리의 동물이었다.
2. 악기 설정
- 이미징 영역을 다음과 같이 설정: 이미징 중에 동물을 따뜻하게 유지하기 위해 온난한 표면(도 1에서c) 및 흡입제 마취를 전달하는 안전한 마취 코 콘(도 1에서b)을 포함한다.
- 초음파 프로브 홀더를 사용하여 초음파 프로브를 원하는 위치로 옮기고 프로브가 동물에 놓이지 않도록하십시오.
- 초음파 이미지가 획득되는 피부에 따뜻한 초음파 젤을 사용하십시오.
- 터치 스크린에서 조정할 수 있는 절차 전반에 걸쳐 다음 설정을 유지합니다: 음향 력 0.0 dB; 티슈 튜너 1540 m/s; 다이나믹 레인지 60 dB; 탄성 범위 (SWE 모드용) < 30 kPa.
- 특수 홀더(도 1)의레일 시스템에 초음파 프로브를 부착합니다.
- 기기를 켜고 부팅할 수 있습니다. 모니터가 켜져 있으면 연결된 트랜스듀서 세부 정보가 있는 B 모드 이미지를 확인합니다.
3. 주제 준비
- 동물들이 화상 촬영을 방해하지 않도록 이미징 절차 전에 적어도 4 시간 동안 금식되었는지 확인하십시오.
- 금식의 적어도 4 시간 후에, 마취의 적당한 수준이 도달할 때까지 이소플루란 마취 유도 챔버에 쥐를 놓고, 발가락 핀치에 대한 반응에 의해 확인됩니다. 동물을 3-5%의 이소플루란에 3-5분 간 노출하여 마취를 유도합니다.
- 유지 보수 마취의 경우 이미지 수집 중에 동물을 2-3 % 이소플루란 아래에 보관하십시오. 마취 중 건조로부터 눈을 보호하기 위해 안과 연고를 적용하십시오.
- 마취가 완료되면 유도 챔버에서 동물을 제거하고 따뜻한 뜨거운 물이 순환 담요에 놓습니다. 주미 위에 마취 코 콘을 놓고 흉곽에서 골반에 이르기까지 오른쪽에 있는 동물을 면도합니다. 화학 적 제모 크림을 사용하여이 부위의 나머지 모든 머리카락을 제거하십시오.
- 모발이 제거되면, 따뜻한 이미징 플랫폼(그림 3A)에머리 위에 테이프 상단 발을 가진 왼쪽 측면 회식에 동물을 배치합니다.
- 계기판에 있는 환자 키를 누르고, 연구 설계에 따라 피사체를 식별합니다.
- 터치 스크린의 아이콘을 눌러 기기에서 키보드 기능을 엽니다. 원하는 대로 이름을 입력합니다.
- 종료를 눌러 환자 이름 화면을 종료합니다. 모니터에서 B 모드가 다시 열리는 것을 관찰합니다.
4. 간신장(HR) 인덱스 측정을 위한 이미지 획득
- 동물의 미지근한 피부 부위에 소량의 따뜻한 초음파 젤을 발라주세요.
- 초음파 프로브를 이동하여 피사체의 겔 커버영역(도 3B)을터치합니다. 피사체의 내부 장기의 라이브 B 모드 이미지가 모니터에 나타나면 초음파 프로브를 엉덩이 위의 영역으로 약간 이동하여 요추 척추 (궁근)와 평행하게 움직입니다.
- 모니터에 B 모드 디스플레이를 사용하여 큰 신장 동맥 및 피질/수질분리(도 4A)를식별하여 오른쪽 신장을 찾습니다. 또한, 이미지의 단일 평면에서 간 부분을 관찰한다.
- 그림자 및 기포와 같은 이미지 아티팩트가 거의 또는 전혀 없는지 확인합니다.
- HR 인덱스를 얻기 위해 B 모드 비율을 측정합니다.
- 신장 피질과 간 빈맥이 모두 같은 초점 평면에 있는지 확인하십시오. 필요한 경우 포커스를 조정하고 컨트롤을 확보하여 선명한 이미지를 얻습니다.
- 컨트롤 패널에서 초점 노브를 돌려 포커스를 조정합니다. 자동 TGC 버튼을 한 번 눌러 게인을 조정합니다.
- 컨트롤 패널에서 동결 키를 누릅니다. 흐릿한 이미지를 피하기 위해 화면을 얼어 붙을 때 동물이 호흡 사이에 있는지 확인하십시오.
- 화면이 고정되면 터치 스크린에서 측정 도구를 탭합니다. 선택한 관심 영역에서 조직의 상대적 밝기를 측정하는 기본 제공 도구인 B 모드 비율을선택합니다. 관심 영역(ROI)을 선택하려면 2mm 원을 만듭니다. 컨트롤 패널의 트랙볼 바깥쪽 가장자리를 따라 손가락을 이동하여 원 크기를 조정합니다.
- 신장의 오른쪽에 위치해야 간 이미지 ROI에 2mm 원을 배치합니다. 동질적인 반향성과 매끄러운 윤곽에 따라 간 조직을 식별합니다.
- 원이 제자리에 있으면 컨트롤 패널의 선택 단추를 누르고 나타나는 새 원을 관찰합니다.
- 새 원의 크기를 2mm로 조정하고 신장 피질의 이미지에 놓습니다. 간과 신장 피질에 원의 깊이를 동일하게 유지하십시오. 일단 제자리에 있으면 컨트롤 패널의 선택 버튼을 누릅니다. 기본 제공 시스템 도구를 관찰하여 HR 인덱스를 B 모드 비율로 표시합니다.
- 이미지 저장을 눌러 이미지를 저장하고 모니터 오른쪽에 축소판으로 나타나는 저장된 이미지를 관찰합니다.
- 컨트롤 패널의 동결 버튼을 눌러 이미지를 고정해제하고 라이브 B 모드 이미지로 돌아갑니다.
- 신장 피질과 간 빈맥이 모두 같은 초점 평면에 있는지 확인하십시오. 필요한 경우 포커스를 조정하고 컨트롤을 확보하여 선명한 이미지를 얻습니다.
- B 모드 비율 측정을 조직의 서로 다른 깊이와 평면에서 3번 반복합니다. 각 동물 및 시간 점에 대해 이 세 가지 B 모드 비율의 평균을 계산합니다.
5. 전단 웨이브 엘라스토그래피에 대한 이미지 수집
- 프로브를 오른쪽 하위 코스부분에서 가로방향으로 이동하여 B 모드를 사용하여 간을 찾습니다. 주로 빈약한 간 영역을 찾아 포털 정맥과 간 동맥과 같은 큰 혈관이 없습니다. 간의 명확한 영역이 발견되면, 제어판에 SWE 버튼을 눌러 조직의 전단 탄성지도를 생성합니다.
- 그림자가 없는 부위에 간 캡슐 아래의 SWE 상자의 크기와 위치를 조정합니다. 캡슐을 간 상단 근처의 밝은 에코겐성 선으로 식별합니다.
- SWE 상자가 5-10 s 이내에 있는 색상 맵으로 전환되는 것을 관찰합니다. 상자가 가득 차서 안정되면 동물이 호흡 사이에있을 때 제어판의 동결 버튼을 누릅니다.
참고: 상자 커버리지의 최소 량은 60-80%여야 하며, 이는 간 탄력성을 정확하게 평가해야 합니다. - 터치 스크린에서 전단 파 탄력맵에서 ROI의 탄력성을 계산하는 기본 제공 시스템 도구인 QBox를탭합니다. 모니터에 나타나는 원 과 데이터 상자를 관찰합니다. 터치 스크린의 위치 아이콘을 원하는 설정으로 눌러 QBox의 위치를 조정합니다.
- 컨트롤 패널의 트랙볼 바깥쪽 가장자리를 따라 손가락을 움직여 원의 크기를 3mm로 조정합니다. 트랙볼을 사용하여 균일한 색소로 그림자가 없는 영역에 원을 배치합니다(도5A,B). 혈관이나 간 캡슐과 같은 강성의 알려진 영역을 피하기 위해주의, 뿐만 아니라 이러한 구조에서 출혈.
- 적절한 영역이 발견되면 컨트롤 패널에서 이미지 저장을 눌러 이미지를 저장합니다. 간의 다른 지역에서 이 절차를 3번 반복하십시오. 프로브를 복부에 위아래로 움직여 간 부위의 SWE 매핑 된 이미지를 수집합니다.
- 모든 이미지가 수집되면 제어판에서 종료 시험을 누르고 모니터에 나타나는 환자 정보 화면을 기록합니다.
- 동물의 발에서 테이프를 제거하고, 여분의 젤을 닦고, 이미징 단계에서 동물을 제거합니다. 완전히 회복 될 때까지 따뜻하고 건조한 케이지에서 마취에서 회복하십시오. 각 동물을 모니터링하여 마취에서 완전한 회복을 보장하며, 흉골 자제력을 유지하는 능력에 의해 표시됩니다.
- 코호트의 각 동물이 이미지화할 수 있도록 4-5절의 단계를 반복합니다.
6. 이미지 데이터 검색 및 분석
- 모든 동물에 대한 이미지가 수집되면 마취를 끕니다.
- 컴퓨터에서 이미지 데이터를 가져오려면 제어판의 검토 버튼을 누르고 모니터에 나타나는 해당 계측기에서 수행되는 모든 검사를 관찰합니다. 화면 상단 모서리에 있는 검색 창을 사용하여 원하는 스캔을 검색합니다.
- 트랙볼 및 선택 버튼을 통해 환자의 이름 옆에 있는 상자를 선택하여 데이터 분석에 필요한 모든 검사를 선택합니다. 필요한 모든 검사가 강조 표시되면 터치 화면에서 내보내기 JpEG를 선택합니다. 데이터를 네트워크 드라이브 또는 USB(휴대용 유니버설 시리얼 버스) 드라이브로 내보냅니다. 기기 뒷면의 USB 포트를 찾습니다.
- 파일이 내보내지면 워크스테이션 컴퓨터에서 각 검사의 개별 jpg 파일을 엽니다. 이미지의 오른쪽에 있는 모든 데이터를 관찰: B 모드 비율-B 비율 수를 수집; Q Box-는 평균 탄성(kPa) 값을 수집합니다.
- 모든 데이터를 스프레드시트 또는 기타 데이터베이스 관리 소프트웨어에 입력하고 원하는 통계 분석을 수행합니다.
7. 간 샘플의 조직학적 분석
- 6주 말에, 간 샘플의 중간 연구 조직 분석을 위해 각 그룹에서 코호트의 절반에 부검을 수행. 마찬가지로, 동물의 코호트의 나머지 부분을 안락사시키고, 12주 시점에서 조직학적 분석을 위해 간 샘플을 수집합니다.
- ORO 염색의 경우, 간 단면을 10% 중성 완충 포르말린으로 수정하고, 냉장 된 30 % 자당 용액을 최소한 시간 동안 사용하여 자당으로 냉동 보존하십시오. Cryo-는 최적의 절삭 온도 화합물에 섹션을 포함하고, 냉동고 섹션은 ORO 염색을 준비하기 위해 충전 된 슬라이드에 그들을 포함.
- 저온 구간을 100% 프로필렌 글리콜에 2분 간 배치한 다음, 0.5% ORO 용액으로 하룻밤 잠복이 됩니다. ORO 용액에서 제거한 후, 85% 프로필렌 글리콜을 1분 동안, 산화된 물에 헹구고, 메이어의 헤마톡시린 릴리의 수정으로 1분 간 카운터스테인을 분으로 분별한다.
- 수성 장착 매체를 사용하여 슬라이드에 커버립을 놓고 실온에서 건조시.
- PSR의 경우, 포르말린 고정, 파라핀 임베디드 간 단면 슬라이드, 부인 유체에 하룻밤 을 배치한 다음, 일부 최적화 된 단계 (1 % 인산 염산 5 분, 0.1 % 시리우스 레드 90 분; 20 분) 및 20 분 에 대한 30%의 세이스틱 산으로 제조 자의 프로토콜에 따라 자동화 된 슬라이드 얼룩을 사용하여 얼룩을 만듭니다. 슬라이드를 자동으로 탈수한 다음 영구 장착 매체로 장착합니다.
- 20배 배율의 디지털 현미경 스캐너를 사용하여 ORO 및 PSR 염색 슬라이드의 이미지를 캡처하고.svs 형식으로 저장하고 슬라이드 관리자 이미지 데이터베이스에 저장합니다.
- 디지털 병리학 소프트웨어에서 만든 사용자 지정 알고리즘을 사용하여 이미지를 분석합니다. 임계값 매개 변수가 있는 디지털 병리학 소프트웨어 응용 프로그램을 균일하게 적용하여 ORO 및 PSR 염색 영역뿐만 아니라 간 섹션 영역을 식별하고 정량화합니다. 영역 백분율 계산을 위해 측정값을 스프레드시트로 내보냅니다.
8. 통계 분석
- Sidak의 다중 비교 테스트를 사용하여 양방향 ANOVA를 사용하여 이미징 데이터의 통계 분석을 수행하여 서로 다른 시점에서 그룹 간의 차이를 평가합니다. 확률 값 p에 대한 그룹 간의 상당한 차이를 가정p ≤ 0.001. 또한 조직학 분석과 이미징 판독값의 상관 관계를 수행합니다.
- 비파라메트릭 통계를 사용하여 이 연구의 조직학 분석 결과를 분석합니다. 그룹 값을 중간 ± 반중사 범위(sIQR)로 보고합니다. 확률 값 p에 대한 그룹 간의 상당한 차이를 가정p ≤ 0.001. Mann-Whitney 테스트를 사용하여 PSR 및 ORO 히스토케미컬 얼룩의 양을 다른 그룹 간의 비교합니다.
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Representative Results
CDAHFD를 먹이는 동물의 한 가지 특징은 스테토시스입니다. 간에서 지방의 축적은 조직의 반향 특성을 변화, 이는 간 밝기를 측정하고 같은 평면에서 촬영 B 모드 이미지에서 신장 피질의 밝기로 정상화하여 정량화 될 수있다. 정량화된 값은 steatosis의 간접 척도인 HR 지수로 표현됩니다. 도 4A에서,대조군 동물의 대표적인 간 이미지는 신장 피질에 비해 약 같거나 적은 밝기(echogenicity)를 나타낸다. 따라서, 일반 동물의 HR 지수는 <1이다. 이 연구에서3주 시점에서 대조군 동물의 평균 HR 지수는 0.645 ± 0.03입니다. 대조적으로, CDAHFD-공급 동물의 대표적인 B 모드이미지(도 4A)는신장 피질에 비해 간 밝기가 증가하는 것을 나타낸다. 그 결과, CDAHFD 다이어트 동물의 대표적인 이미지의 HR 지수는 각각 6주와 12주 시점에서 1.91및 1.79였습니다.
도 4C는 제어 및 CDAHFD 동물로부터 시간이 지남에 따라 HR 지수의 플롯을 보여줍니다. 제어 다이어트 공급 동물은 기준선에서 HR 지수 값에 약간의 움직임을 보여줍니다, CDAHFD 동물은 고원에 도달하기 전에 연구의 첫 3-6 주 동안 빠르게 상승하는 반면. CDAHFD 식단에 있던 동물의 평균 HR 지수는 12주 후 질병 유도에서 대조군 동물의 0.328 ± 0.03에 비해 0.06± 0.06이다. 예상대로, 간은 6-(34.81 ± ± 대 0.49 ± 0.11) 및 12-(30.08 ± 2.64 대 1.17 ± 0.44) 주시간포인트(그림 4B)에비해 CDAHFD 그룹에서 ORO 염색에 대한 긍정적인 비율이 현저히 높은 것으로 나타났다. 또한 6주 및 12주 시시점에서 HR 지수와 ORO 염색의 백분율 영역(Pearson r = 0.78)도 우수한 상관관계가있었다(그림 4E). 이러한 결과는 HR 지수가 NAFLD/NASH의 전임상 모델에서 steatosis를 정량화하는 귀중한 이미징 판독이 될 수 있음을 시사합니다.
SWE를 통해 간 강성을 측정하는 핵심 요소 중 하나는ROI(도 5)의적절한 배치입니다. 좌측패널(그림 5A)은대조군 식이동물로부터 간 B모드 및 SWE 매핑을 사용한 대표적인 이미지를 나타낸다. 적절한 ROI 배치는 색상 맵에서 안정되어 있고 간 캡슐 및 혈관과 같은 인접 한 구조에 의해 영향을받지 않는 신호와 함께 측정되는 간 부분을 나타내는 영역 을 통해있어야합니다. 조직 강성은 전단 파 속도와 결정된 상수를 기반으로 계산되는 E 계열로 보고되며 킬로파스칼(kPa)으로 발현된다. 제어 동물의 경우, E 계수는 3.5 kPa와 6 kPa 사이에 떨어진다. 대조군 동물을 위한 도 5A에서 보고된 ROI의 평균 kPa는 각각 예상된 정상 범위 내에 속하는 6주 및 12주 시점에서 4.6 및 5.5kPa였습니다. 도 5A는 6주와 12주에서 CDAHFD 동물로부터 SWE 모드의 대표적인 이미지를 나타낸다. 여기서 ROI는 이미지 상단의 컬러 참조를 기반으로 Q Box(전단 파맵)의 중앙 근처에 다시 배치되었습니다.
이 모델에서 예상대로, E 계수는 CDAHFD 공급 동물에서 훨씬 더 높습니다. 이러한 대표적인 이미지에서 평균 kPa는 12주에서 6주에서 10.5주, 23.1kPa로 상당한 조직 강성을 나타냈다. CDAHFD 및 제어 차우를 이용한 전형적인 NASH 다이어트 연구는 CDAHFD 먹이 동물의 섬유증으로 인한 간 뻣뻣함의 꾸준한 진행을 밝혀야 하며, 대조군 동물은 동일하게 유지되어야 합니다. 도 5C는 12주 동안 대조동물의 안정적인 탄성에 비해 CDAHFD 동물의 간 탄성의 점진적 증가를 나타낸다. 대조군 다이어트 탄력성은 3주 시점에서 5.80 ± 0.99kPa에서 시작하여 12주 간의 연구 기간 동안 많은 변화(6.14 ± 0.59)를 나타내지 않습니다. 그러나 콜린 결핍 식단은 6주차까지 12.07± 2.37kPa에 달하는 매우 일찍 상당한 증가를 보여줍니다. 증가 된 탄력의 추세는 연구 진행으로 CDAHFD 다이어트에서 계속, 에 도달 24.43 ± 9.29 12 주 후 특별 한 다이어트 개시.
간 샘플은 섬유증의 상관 관계로 콜라겐을 국소화하기 위해 PSR로 염색되었다. 이 모델과 예상대로, 6주 및 12주 시간포인트(도 5D)에서대조식이요법에 비해 CDAHFD 동물에서 관찰되는 간 PSR 양성 염색의 비율이 현저히 높다. 전단파의 실용성을 전단체로 확립하기 위해 전단파 E 계열은 도 5E에서 CDAHFD 랫트의 PSR 염색 부위에 대하여 플롯되었다. 플롯을 분석한 결과 Pearson 'r' 값이 0.88인 단단한 클러스터가 있어 강한 상관관계를 나타냅니다. 여기에 보고 된 결과 NASH를 유도 하는 콜린 결핍, 고지방 다이어트를 사용 하 여 연구에서 기대 될 것 이다 무엇의 대표 는 주목 한다. 이 방법은 또한 다른 전임상 NASH 모델과 함께 사용될 수 있다; 그러나 질병 유도 프로토콜에 따라 다른 결과 및 컷오프 값을 생성합니다. 쥐 NASH 모델과 마찬가지로, CDAHFD 유도 NASH 마우스 모델에서 SWE 이미징은 간 탄성 값과간(13)에서PSR 양성 스테인드 영역의 백분율 사이의 우수한 상관관계를 보였다. 따라서, SWE는 NAFLD/NASH의 전임상 모델에서 간 섬유증을 평가하는 귀중한 도구가 될 수 있다.
그림 1: 이미징 설정. 초음파 트랜스듀서 (a)는 내림차순 암에 의해 개최됩니다. 이미징 단계(b)는 마취 호스를 고정하고 이미징 중 연속 마취를 위한 코 콘(c)을 설정하는 영역을 가지고 있다. 무대는 또한 가열및 체온을 모니터링하는 프로브가 장착되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 전단 웨이브 엘라토그래피 악기. (A)전단파 엘라스토그래피 기체는 최대 4개의 초음파 프로브를 위한 부착 포트가 있는 단일 바퀴 단위입니다. (B)상부 모니터는 이미지의 실시간 보기뿐만 아니라 환자 데이터 및 시스템 인벤토리를 표시하는 시각적 출력역할을 합니다. (C)중앙 제어판에는 디스플레이를 조정하고 이미지를 획득하는 데 필요한 대부분의 버튼과 노브가 포함되어 있습니다. (D)하부 모니터는 이미지 수집 및 조정을 위한 추가 컨트롤및 명령이 있는 터치 스크린입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 동물 포지셔닝 및 적절한 트랜스듀서 배치. (A)동물이 제대로 무대에 배치되고 테이프로 왼쪽 측면 자제(B)로억제되면 초음파 프로브가 쥐에 낮아져 복부 / 측면에 배치 된 젤을 만집니다. 프로브가 패널 B의위치에서 젤을 만지면 신장과 간이 모니터의 병치에서 볼 수 있습니다. 이것은 간 신장 지수를 수집하는 최적의 위치이며, 경우에 따라 전단 파 번호도 수집합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 헤파토 신장 지수 결과. (A)6주 및 12주 시점에서 제어 및 CDAHFD 다이어트 랫트에서 HR 지수의 대표적인 이미지. ROI(red)는 신장(왼쪽 원)과 간(오른쪽 원)에 그려진 다음 신호의 비율이 결정되었다(B 비율, 오른쪽 데이터 테이블). (B)6주 및 12주 시점에서 제어 및 CDAHFD 다이어트 쥐로부터 간 샘플의 대표적인 ORO 염색 조직학적 섹션. 스케일 바 = 300 μm.(C)질병을 유발하는 다이어트 시간 과정을 통해 HR 지수의 그래픽 표현. 제어 래트 데이터는 파란색, CDAHFD 쥐 데이터를 빨간색으로 표현합니다. 그래프는 평균의 표준 오차가 있는 평균 값(3주 시점에서 n = 20, 6주 cdAHFD에 대한 n = 20, 9주 및 12주 시점에서 n = 10)을 표시합니다(각 시점에서 CDAHFD대비 제어 비교*, **, ***, ****p < 0.001). (D)각 시간 지점에 대해 플롯간 ORO 계산 (n = 10). 그래프는 중간 값과 중간 값(*, ** p < 0.001)을 보여 주습니다. (E)HR 지수 대비 간 ORO 양성 영역을 비교하는 상관 관계 그래프. 약어: HR = 간 신장; CDAHFD = 콜린 결핍, 고지방 다이어트; ROI = 관심 영역; ORO = 오일 레드 O. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 전단 파 엘라토그래피 결과. (A)6주 및 12주 시점에서 제어 및 CDAHFD 다이어트 랫트로부터 SWE 맵의 대표적인 이미지. ROI(red)는 신장(왼쪽 원)과 간(오른쪽 원)에 그려진 다음 신호의 비율이 결정되었다(B 비율, 오른쪽 데이터 테이블). (B)6주 및 12주 시점에서 제어 및 CDAHFD 다이어트 쥐로부터 간 샘플의 대표적인 ORO 염색 조직학적 섹션. 조직학적 섹션의 스케일 바는 300 μm입니다.(C)12주 다이어트 유발 NASH 쥐 모델에서 간 조직 강성의 그래픽 표현. 그룹은 정상 차우(파란색) 또는 콜린결핍, 고지방 식단(red) (3 주 및 6주에 20, n = 10 에서 9- 및 12 주 시간 포인트)를 공급하였다. 그래프는 평균의 표준 오차가 있는 평균 값을 보여 주며(3주와 6주에 20분, 9주 및 12주 시점에서 n = 10)(각 시점에서 제어와 CDAHFD 비교 *, **, * , *, * p < 0.001). (D)콜라겐 특이적 PSR 얼룩(n=10)을 이용한 전 생체 내 조직학 간 샘플에서 콜라겐 분포의 그래픽 표현. 그래프는 중간 값과 중간 값(*, ** P < 0.001)(E)상관 관계 그래프는 SWE 탄성 대 백분율 양성 간 PSR 염색 영역을 비교합니다. SWE = 전단 파 엘라토그래피; CDAHFD = 콜린 결핍, 고지방 다이어트; ROI = 관심 영역; ORO = 오일 레드 O; NASH = 무알코올 성 염 간염; PSR = 피크로 시리우스 레드. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
SWE를 포함하여 초음파 기지를 둔 화상 진찰은, NAFLD/NASH의 전임상 모형에 있는 간 steatosis 및 뻣뻣함의 종방향 평가를 위한 귀중한 공구일 수 있습니다. 이 논문은 NASH의 CDAHFD 다이어트 유도 쥐 모델을 사용하여 HR 지수 및 탄성의 측정을 위한 고품질 B 모드뿐만 아니라 간 SWE 이미지를 획득하는 방법에 대한 상세한 방법론을 설명합니다. 또한, 결과는 간 조직의 평가-조직학적 평가의 금본위제와 HR 지수 및 탄성의 우수한 상관관계를 나타낸다. 프로시저 자체는 복잡하지 않은 것처럼 보이지만 성공적인 결과를 보장하는 프로토콜의 몇 가지 중요한 측면이 있습니다.
트랜스듀서의 배치는 특히 B 모드에서 HR 인덱스를 측정하는 신장을 찾는 데 중요합니다. 프로브를 갈비뼈에 너무 가깝게 두면 갈비뼈가 생길 수 있으며, 이는 초음파 감쇠의 잘못된 측정을 생성합니다. 또한 면도 및 탈약 크림을 사용하여 모든 모발을 제거하는 것이 중요하며, 남은 머리카락은 기포를 트랩할 수 있으며, 이는 B 모드 이미지에 그림자를 드리워줍니다. 마지막으로, 위장과 장에 음식의 존재는 간을 모호하게 할 수 있기 때문에, 특히 정상적인 차우 먹이 동물에서, 모든 동물의 적절한 금식은 간화상에 중요하다.
SWE와 HR 색인에서 간 탄력 측정은 NASH의 전임상 모델에서 간 섬유증과 스테토시스를 평가하는 귀중한 판독이지만, 이 기술은 몇 가지 한계를 가지고 있습니다. 염증, 간 혼잡, 담즙염 및 유출관 방해와 같은 요인은 간 경직에 영향을 미치므로 간 섬유증8,14,15,16을측정하는 이 기술의 전반적인 특이성에 영향을 미칠 수 있다. 유사하게, B모드 초음파 심상에서 간 밝기는 섬유증에 의해 영향을 받을 수 있고, 따라서, 세포증 측정에서 HR 지수의 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 탄성과 스테토시스에 이러한 영향을 미치는 요인의 기여를 명확히하고 NASH의 다른 전임상 모델에서 이러한 판독값에 대한 컷오프 값을 확립하기 위해 더 많은 연구가 필요합니다. 또한, 본 연구는 전임상 효능 연구에서 간 스테토시스를 평가하기 위한 바이오마커로서 HR 지수의 민감도를 평가하지 않았다.
SWE를 사용하여 간 뻣뻣함의 측정은 NASH/NAFLD의 병리생리학을 이해하는 것 뿐만 아니라 이 조건에 대한 새로운 치료법을 개발하기 위한 귀중한 도구가 될 가능성이 있습니다. 연구원이 침습적 생검을 위한 필요 없이 간 steatosis 및 조직 강성을 둘 다 결정할 수 있게 함으로써, 전임상 연구 결과에 있는 동물은 세로로 감시될 수 있고, 개별 적인 주제에 대한 약 효력은 시간이 지남에 따라 정량화될 수 있습니다.
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Disclosures
모든 저자는 화이자, Inc.의 직원입니다.
Acknowledgments
저자는 연구 동물의 건강을 돌보고 보장하고 일부 기술을 지원한 화이자 비교 의학 운영 팀에게 감사를 표하고 싶습니다. 또한, 감사는 조직 분석을위한 조직 처리에 대한 자신의 도움에 대한 다니엘 크로웰, 게리 Seitis, 제니퍼 애슐리 올슨에 빚이있다. 또한, 저자는 이 원고를 준비하는 동안 줄리타 라미레즈에게 귀중한 피드백을 검토하고 제공한 것에 대해 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aixplorer | Supersonic Imagine | Shear Wave Elastography Instrument | |
| Aixplorer SuperLinear SLH20-6 Transducer | Supersonic Imagine | Transducer for Shear Wave Elastography | |
| Alpha-dri bedding | rat cages | ||
| Aperio AT2 scanner | Leica Biosystems | Digital Pathology Brightfield Scanner | |
| Compac 6 Anesthesia System | VetEquip | Anesthesia Vaporizer and Delivery System. Any anesthesia delivery system can be used, however. | |
| Manage Imager Database | Leica Biosystems | Digital Pathology | |
| Mayer's Hematoxilin | Dako/Agilent | H&E Staining/Histology | |
| Nair | Church & Dwight | Hair remover | |
| Oil Red O solution | Poly Scientific | Lipid Staining/Histology | |
| Picrosirius Red Stain (PSR) | Rowley Biochemical | F-357-2 | Collagen Stain/Histology |
| Puralube Opthalmic ointment | Dechra Veterinary Product | Lubrication to prevent eye dryness during anesthesia | |
| Tissue-Tek Prisma Plus | Sakura Finetek USA | Automated slide stainer | |
| VISIOPHARM software | Visiopharm | Digital pathology software | |
| Research Diets | A06071309i | NASH inducing diet | |
| Purina | 5053 | Control animal chow | |
| Vevo imaging station | Fujifilm VisualSonics | The Vevo imaging station is used for holding the ultrasound transducer during imaging. | |
| Wistar Han rats | Charles River Laboratories |
References
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