En langsgående undersøgelse af knogletab i lårben og tibiae af voksne mus blev udført efter rygmarvsskade bruge sekventielle lav-dosis x-ray-scanninger. Tibia knogletab blev opdaget i hele undersøgelsen, mens knogletab i lårbenet ikke blev opdaget før 40 dage efter skaden.
Rygmarvsskade (SCI) er ofte ledsaget af osteoporose i sublesional regioner af bækken og underekstremiteter, hvilket fører til en højere frekvens af frakturer 1. Da disse frakturer ofte optræder i regioner, der har mistet normal sensorisk funktion, patienten er i større risiko for brud-afhængige patologier, herunder dødsfald. SCI-afhængige tab i både knoglemineraltæthed (BMD, gram / cm 2) og knoglemineralindhold (BMC, gram) er blevet tilskrevet mekanisk ude af brug 2, afvigende neuronal signalering 3 og hormonelle forandringer 4. Brugen af gnavere modeller af SCI-induceret osteoporose kan give uvurderlig information om de mekanismer, der ligger til grund for udvikling af osteoporose efter SCI samt et testmiljø for generering af nye behandlingsformer 5-7 (og revideret i 8). Musemodeller for SCI er af stor interesse, da de tillader en reduktionistisk tilgang til mekanisme-based vurdering ved brug af null og transgene mus. Mens sådanne modeller har leveret vigtige data, er der stadig et behov for minimalt invasiv, pålidelige, reproducerbare, og kvantificerbare metoder i fastlæggelsen af omfanget af knogletab efter SCI, især over tid og inden for samme kohorte af forsøgsdyr, for at forbedre diagnose , behandlingsmetoder, og / eller forebyggelse af SCI-induceret osteoporose.
En ideel metode til måling af knogletætheden i gnavere ville tillade flere, sekventiel (over tid) engagementer med lave niveauer af røntgenstråling. Denne undersøgelse beskriver brugen af en ny hel-dyr scanner, den IVIS Lumina XR (Caliper instrumenter), der kan bruges til at give lav-energi (1-3 milligray (mGy)) med høj opløsning og høj forstørrelse X-ray billeder af musen bag lemmer knogler over tid efter SCI. Væsentlige knogletæthed tab blev set i tibiae af mus med 10 dage efter spinal transection sammenlignet med uskadt, alder-matchede kontrol (naive) mus (13% reduktion, p <0,0005). Tab af knogletætheden i distale femur var også påvises ved dag 10 post-SCI, mens et tab af tæthed i den proksimale femur ikke blev opdaget før 40 dage efter skaden (7% fald, p <0,05). SCI-afhængige tab af mus lårben tæthed blev bekræftet post-mortem ved brug af Dual-energy X-ray absorptiometri (DXA), den nuværende "gold standard" for knogletæthed målinger. Vi registrerer en 12% tab af BMC i lårben af mus ved 40 dage efter SCI bruger IVIS Lumina XR. Denne forbedring i forhold til et tidligere rapporteret BMC tab på 13,5% i Picard og kolleger, der bruges DXA analyse på musen lårben post mortem 30 dage efter SCI 9. Vores resultater tyder på, at IVIS Lumina XR giver en roman, high-resolution/high-magnification metode til at udføre langsigtet, langsgående målinger af bageste legemsdel knogletætheden i mus følgende SCI.
Denne undersøgelse præsenterer en roman, non-invasiv metode til at vurdere tæthed forandringer inden for de enkelte knogler (tibiae og lårben) på langs, inden for en enkelt kohorte af mus, ved hjælp af Caliper IVIS Lumina XR imaging system. SCI medførte et fald i knogletæthed i både lårben og tibiae, når studeret inden for en enkelt kohorte af spinally-transected mus over en 40 dage assay periode i forhold til alder-matchede, uskadt, kontrol mus. Vores resultater i lårbenet blev bekræftet, post-mortem, ved hjælp af DXA, hvilket tyder på, at anvendelsen af den Caliper Instruments IVIS Lumina XR kan tjene som et følsomt måle redskab til at vurdere de langsigtede og progressive effekter af SCI om knogletab .
En potentiel fordel for efterforskerne at bruge dette system er muligheden for at langs følge udviklingen af patologiske forandringer i bageste del knogler af dyr efter SCI. Evnen til at vurdere en enkelt kohorte over lange perioder giver stRong fordele for investigator i form af: 1) omkostninger forbundet med dyre køb og langvarig pleje. I stedet for en undersøgelse, der kræver et stort antal dyr, der har brug for at blive ofret på bestemte tidspunkter for at vurdere tidsafhængig ændringer, kan disse patologiske resultater følges i samme kohorte over den samme periode, 2) variation: Ud over sammenlignet med kontrol kohorter, kan resultaterne genereres inden for det indre kohorte af sårede emner vurderes og sammenlignes mellem tidspunkter for de samme dyr hele omfanget af forsøget endnu engang, hvilket reducerer både intra-dyr variabilitet såvel som behovet for større kohorter af eksperimentelle fag.
Mens Caliper IVIS Lumina XR givet os vigtige langsgående oplysninger om udviklingen af SCI-induceret osteoporose, der er begrænsninger, der bør overvejes: 1), mens denne platform har givet os mulighed for at generere høj opløsning X-ray datA i den bageste del knogler fra mus efter SCI, kan dens nytteværdi være begrænset til små gnavere som mus. Den maksimale emne højde tilladt inden for Lumina XR er 2,8 cm. Alt over denne højde kan ikke med held filmede med X-ray del af Lumina XR. I vores hænder, har dette udelukket vores evne til at studere rotter i 200-250 gram vægt. Selv om det kan være muligt at billedet rotter under denne vægt interval eller andre gnavere som hamstere eller ørkenrotter, vil dette kræve yderligere afprøvning af PI. 2) Fælles orientering. Det er afgørende, at Investigator omhyggeligt arrangere lemmer i en let reproducerbar orientering, der vil give succesfulde sammenligning mellem billeddannelse sessioner. Standardisering af lemmer placering vil gøre det muligt Investigator at generere og anvende standardiserede ROI er, der kan gemmes og anvendes på tværs af både fag og tid.
Samlet set mener vi, at IVIS Lumina XR giver en god platform, som til modeludviklingen af SCI-afhængige osteoporose hos mus. Evnen til at studere knogletab på langs inden for samme musen kohorte vil give os mulighed for at: 1) bedre at forstå den tidsmæssige karakteren af knogletab og demineralisering efter SCI, 2) at afgøre, om disse ændringer stabilisere sig over tid, 3) udforske, med tilgængeligheden af både transgene og null mus linjer, evnen til at studere de molekylære mekanismer bag disse patologiske forandringer i en reduktionistisk måde, og 4) helt muligvis den vigtigste fordel, begynde at afprøve nye tiltag, der skal enten forebygge udvikling af osteoporose i de tidlige stadier af skade, eller at vende sådanne ændringer, når knogleskørhed allerede har udviklet. Endelig Lumina XR, ud over at give fremragende røntgenbilleddannende potentiale, kan også bruges til at studere både selvlysende og fluorescerende signaler i levende dyr. Man kunne sagtens forestille sig at indarbejde andre modaliteter, der tilbydes inden for dette system til at se på en multitude af faktorer, der bestemmer knogle dynamik mekanisk følgende SCI eller enhver anden sygdom proces, der resulterer i knogleskørhed.
The authors have nothing to disclose.
Vi vil gerne takke både Mission Tilslut og Gillson-Longenbaugh Foundation for at give midlerne til dette projekt. Vi vil også gerne takke Dr. Catherine Ambrose for hendes kritiske råd og brug af hendes DXA-udstyr. Endelig vil vi gerne takke Dr. Kaori Ono, Institut for Integrativ Biologi og Farmakologi, for hendes forslag i DXA femur knogle analyse.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
---|---|---|---|
Beuthanasia | Butler Schein Animal Health |
001848 | |
Ketathesia (Ketamine Hydrochloride) |
Butler Schein Animal Health |
023061 | |
Xylazine | Butler Schein Animal Health |
037849 | |
Bupivicaine | Butler Schein Animal Health |
021801 | |
Gelfoam; 7MM | Fisher Scientific | NC0085178 | To promote hemostasis during surgery |
IVIS Lumina XR | Caliper Life Sciences | 135400 | |
ZFOV, 2.5 cm field of view lens |
Caliper Life Sciences | 127285 | Absolutely necessary to generate high magnification X-ray images of bone structure |
QDR Bone Densitometer |
Hologic | Model used no longer in production |