Mikro Bilgisayarlı Tomografi (Mikro-BT) Görüntüleme Yöntemi Ile Uzay Uçuşu Sonrası Küresel Oküler Yapının Değerlendirilmesi
27 Ekim 2020
Uzay uçuşunun oküler yapılarda hasara yol açıp açmadığını belirlemek için yüksek çözünürlüklü mikro bilgisayarlı tomografi görüntülemeyi kullanan bir protokol sayılmaktadır. Protokol ex vivo kemirgen oküler yapıların mikro-CT kaynaklı ölçüm gösterir. Oküler hasarı değerlendirmek için tahribatsız üç boyutlu bir teknik kullanarak uzay uçuşundan sonraki oküler morfolojik değişiklikleri değerlendirme yeteneğini gösteriyoruz.
Burada mikro-bilgisayartomografi görüntüleme yöntemi ile uzay uçuşu ndan sonra küresel oküler yapının değerlendirilmesi için bir yöntem öneriyoruz. Paragravity ve radyasyona maruz kalma içeren uzay uçuşu ortamı, sıvı kaymaları da dahil olmak üzere insan fizyolojisinde benzersiz değişikliklere neden olur. Bu sıvı kaymaları yüksek intrakranial basınca yol ve uzay uçuşu ilişkili nöro-oküler sendromun önemli bir nedeni olarak atfedilmiştir.
SANS fizyolojik etkisi gözün birden fazla bileşeni etkiler ve optik disk ödemi içerir, küre düzleştirici, koroidal ve retina kıvrımları, hiperopik ve kırılma hata kaymaları, ve sinir lif ilerki tabakası infracts. SANS'in fizyolojik özellikleri iyi belgelenmiş olsa da, SANS'i yönlendiren mekanizmalar hala tam olarak anlaşılamamıştır. SANS'ı daha iyi anlamak için kemirgen modelleri non-invaziv görüntüleme teknikleri için kullanılmaktadır.
Bu tekniklerden biri, fareler kadar küçük hayvanlardaki anatomik yapıların ve patolojik süreçlerin değerlendirilmesinde başarıyla kullanılan mikro-BT'dir. Mikro-BT mikro boyutlu bir çözünürlük elde edebilirsiniz, ve bir kontrast ajan ile kombinasyonu sayesinde, yumuşak dokular için iyi bir kontrast sağlayabilir. Mikro-BT, brüt anatomi, ışık mikroskobu ve histoloji incelemesi gibi geleneksel yöntemlere göre örneklerin geometrik profiline ve yapılar arasındaki mekansal ilişkilere zarar vermemek için açık bir avantaj sağlar.
Mevcut çalışmamızda, fareler Uzay Ortamı'nın retinanın mikro yapısını ölçerek oküler hasara neden olup olmadığını belirlemek için Uluslararası Uzay İstasyonu'nda 35 gün boyunca uzay ortamına maruz kalmışlardır. Burada Mikro-BT analizi için nasıl örnekler hazırladığımızı gösterdik. Fareler kullanıldı ve gözler 38 artı veya eksi dört saat içinde aşağı sıçrama sonra.
Gözler enükleated edildi, ve sol gözler 24 saat boyunca yüzde dört paraformaldehit ve fosfat tamponlar tuzlu sabit edildi. Fiksasyondan sonra gözler etanolle susuz kaldı. Sabit numunenin daha fazla ve ani bir büzülmesini önlemek için, dereceli bir etanoik çözelti serisi kullanılmıştır.
İlk olarak, numuneler bir saat boyunca %50 etanol aktarıldı ve daha sonra bir saat için konsantrasyonları artan, 70, 80, 90, 96, ve 100%sonra, gözler altı gün boyunca hacim fosfolipid asit başına% 10 ağırlık ile boyandı. Son olarak, numuneler mutlak etanolle yıkandı ve daha sonra tarama için mutlak etanol dolu tek tek iki değirmen plastik kaplara yerleştirildi. Tarama sırasında numuneyi stabilize etmek için bir pamuk ped de eklendi.
Daha sonra, örnek retina hasarı değerlendirmek için bir masaüstü x-Ray Micro-CT sistemi SkyScan 1272 tarayıcı içine yerleştirildi. Tarama için SkyScan 1272 yazılımını kullandık. Yazılımı açtıktan sonra, örneğimizi çerçeveye ortaladık.
Protokolümüzde, hiçbir filtre kullanmayın ve piksel boyutunu dört mikrona çıkaracak matrisi ayarlıyoruz. Mikro konumlandırma, numunenin çerçevede ortalanmış olmasını sağlamak için kullanılır. Daha sonra, numunemizdeki kontrast maddeyi en üst düzeye çıkarmak ve makineyi kalibre etmek için parametreleri kontrol ediyoruz.
Kalibrasyonu gerçekleştirmek için, örneği tarayıcıdan kaldırıyoruz ve tarama parametrelerini ayarlıyoruz. Kalibrasyon sırasında, düz dolgulu düzeltme de kontrol edilir. Kalibrasyonlardan sonra numune tarama odasına yeniden yerleştirilir.
Taramadan önce örnek dosyalar adlandırılmış. Tarama parametreleri aşağıdaki gibidir, döndürme adımı 0.4, kareler dört, rasgele hareket 30, piksel boyutu 4 mikron olarak ayarlanmış olup olmadığını çift kontrol edin. Sonra tbmm başlatılır.
Taramadan sonra, NRecon örneği yeniden oluşturmak için kullanılır. İlk olarak, tarama dan dosyaları açın ve ham tarama görüntüleri görüntülemek. Histogramın sıçramasını eğrinin içine sığacak şekilde ayarlıyoruz.
Sonra, Kiriş sertleştirme objesi için düzeltiyoruz. Sonra yumuşatıcı objeyi ayarlıyoruz. Son olarak, halka artifakı azaltma için düzeltin.
Tüm düzeltmelerden sonra, numunelerimizin ilgi alanımıza uyduğunu doğruladık. O zaman yeniden yapılanmaya başlayabiliriz. DataViewer yazılımını, her üç alanda yeniden oluşturulan görüntüleri görselleştirmek için kullanırız.
Analiz için CTAn yazılımı kullanılır. Yeniden yapılandırılan görüntüler yazılıma yüklenir. Optik sinir analiz için ilgi bölgesiortadan kaldırmak için kullanılmıştır.
Hesaplama yaparak, analiz için tüm ölçümleri gerçekleştirmek için ilgi bölgesinin orta dilimini kullandık. Alanın doğrusal ölçümünü hesaplamak için üç tekrarlanan ölçüm yapıldı. Oküler dokular, retina, RPE, koroid ve Mikro-BT analizlerimiz için aşağıdaki ölçümler yapıldı ve Mikro-BT analizlerimiz, yer kontrollerine göre uzay uçuşu örneklerinde retina, RPE ve koroid tabakasının kesit alanlarının önemli ölçüde daha düşük olduğunu gösterdi.
Mikro-BT herhangi bir manipülasyon olmadan değişikliklerin boyutunu hesaplamak için verimli ve tahribatsız teknikler sağlar. Kontrast maddeyi kullanarak, mikro-CT görüntülerinin kalitesini artırır, bu da numunenin yapısı olmadan yeniden yapılanmanın başarılı net grafik görüntüsünü elde etmemize yardımcı olur. Ayrıca, orijinal verilerde dijital olarak, bu nedenle erişilebilirlik ve bulguların tekrarlanabilirlik artış gösterir.
Ayrıca, temel amaç, üç boyutlu ölçümler kullanmak kabul edilebilir, ancak brüt üç boyutlu yapının segmentasyonu tüm numunenin belirli anahat sağlamak için yararlı olabilir. Sonuçlarımız, uzay uçuşu koşullarının, özellikle de yerçekimsel değişikliklerin gözde akut ve kısa süreli tepkiye yol açabileceğini göstermektedir. Ayrıca, birçok normal ve patolojik dokuların incelenmesinde başarıyla kullanıldığından, gelecekteki çalışmalar, Mikro-BT görüntüleme özelliklerinden yararlanan diğer analizleri gerçekleştirmek için hacimsel verileri kullanmalıdır.
Genel Bakış
Bu çalışma, yüksek çözünürlüklü mikro bilgisayarlı tomografi (mikro-BT) görüntüleme kullanarak uzay uçuşunun oküler yapılar üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Eks vivo kemirgen oküler örnekleri üzerinde yıkıcı olmayan bir teknik kullanarak, araştırma benzersiz uzay uçuşu ortamından kaynaklanan morfolojik değişiklikleri değerlendirmeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Araştırma Alanı
- Uzay uçuşu sırasında oküler sağlık
- Uzay koşullarıyla ilişkili nör-oküler sendrom
- Mikro-BT görüntüleme tekniklerinin uygulanması
Arka Plan
- Uzay uçuşu, sıvı kaymaları ve yükseltilmiş intrakranial basınç dahil olmak üzere fizyolojik değişikliklere neden olur.
- Bu değişiklikler optik disk ödemine, göz küresinin düzleşmesine ve refraktif hatalara yol açabilir.
- Uzay uçuşu ile ilişkili nör-oküler sendrom (SANS) altında yatan mekanizmalar belirsizdir.
Kullanılan Yöntemler
- Oküler yapıların üç boyutlu değerlendirmesi için mikro-BT görüntüleme.
- Analiz için uzay ortamına maruz bırakılan kemirgen modelleri.
- Mikro-BT görüntüleme kalitesini artırmak için kontrast ajanların kullanımı.
Ana Sonuçlar
- Uzay uçuşu örneklerinde retina, RPE ve koroidea katmanlarının kesit alanlarında kontrole kıyasla önemli azalmalar.
- Yıkıcı olmayan görüntüleme, oküler morfolojinin doğru değerlendirilmesini sağlar.
- Çalışma, gözlerin uzay koşullarına akut tepkileri hakkında bilgi sağlar.
Sonuçlar
- Araştırma, uzay uçuşu koşullarının tespit edilebilir oküler hasara neden olduğunu gösterir.
- Bulgular, SANS'yi anlamak ve görevler sırasında astronot sağlığını iyileştirmek için önemlidir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This study demonstrates the utility of micro-CT imaging for detecting structural changes in ocular tissues following exposure to spaceflight conditions, offering a non-destructive method to assess tissue-level responses to environmental stressors. The approach supports mechanistic de-risking in preclinical models by enabling quantitative evaluation of retinal, RPE, and choroid layer thickness, which are relevant to neuro-ocular syndrome research. These findings enhance predictive confidence in using rodent models to study environmental stress effects on global ocular structure, with implications for translational biomarker development and preclinical risk assessment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to structural ocular changes induced by environmental stress.
- Operational Value: Supports biological de-risking through quantitative, reproducible measurement of tissue layer thickness in preclinical models.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by providing measurable endpoints for assessing ocular safety in early discovery.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers standardized, high-resolution imaging outputs suitable for assay standardization in ocular toxicity screening.
- Operational Value: Ensures reproducibility through non-destructive imaging and contrast-enhanced visualization of soft tissue structures.
- Scalability: Enables platform reuse across multiple ocular tissue types and experimental conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Provides disease-relevant structural endpoints aligned with spaceflight-associated neuro-ocular syndrome (SANS) pathology.
- Operational Value: Supports translational continuity from discovery through preclinical validation via consistent imaging protocols.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by quantifying microstructural changes in ocular tissues under stress conditions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical evaluation, particularly for studies assessing environmental or physiological stressors on ocular structure.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling precise measurement of retinal, RPE, and choroid layer alterations.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized, quantitative imaging of ocular tissue cross-sections.
- Analytics: Generates linear and areal measurements that allow comparison between experimental and control conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by providing structural biomarkers relevant to SANS-like phenotypes.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging capability across multiple ocular disease models and stressor paradigms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in ocular structural responses.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through non-destructive, contrast-enhanced micro-CT workflows.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of ocular liability, reducing late-stage attrition risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization through quantifiable, translatable ocular structural endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in micro-CT operation, image reconstruction, and tissue preparation for contrast agent staining.
- Dependent on access to high-resolution micro-CT instrumentation capable of micron-scale imaging.
- Necessitates cross-team standardization of fixation, dehydration, and staining protocols for reproducible results.
- Involves adaptation considerations when applying the method across different ocular models or species.
- Limited by the ex vivo nature of the technique, which precludes longitudinal in vivo tracking in the same subject.
