음경 골의 해부, MicroCT 스캔 및 형태 학적 분석
Summary
많은 생물학적 구조 어려운 현대 형태 계측 학적 방법을 적용 할 수있어 쉽게 정의 최적 부족하다. 여기에서 우리는 크기를 정량화하고 변화를 형성하는 데 사용되는 세미 랜드 마크를 정의하는 계산 방법 다음 해부 및 microCT 스캔을 포함하여 마우스 음경 골 (음경의 뼈), 공부하는 방법을 설명한다.
Abstract
현대 morphometrics는 크기와 모양 변화를 정량화하는 강력한 방법을 제공합니다. 기본 요구 사항은 랜드 마크를 정의하는 좌표의 목록입니다; 그러나 이러한 좌표는 표본에서 상동 구조를 표현해야합니다. 많은 생물학적 개체 동성의 가정을 만족시키기 쉽게 식별 최적 구성되어 있지만, 많은 그러한 구조물이 없다. 하나의 잠재적 인 솔루션은 표본에서 동일한 형태 학적 영역을 나타내는 개체에서 발생하는 세미 랜드 마크를 수학적으로하는 것입니다. 여기, 우리는 수학적으로 마우스 음경 골 (음경 뼈) 세미 랜드 마크를 정의하기 위해 최근에 개발 된 파이프 라인을 보여줍니다. 우리의 방법은 개체의 넓은 범위에 적용될 수 있어야한다.
Introduction
morphometrics의 필드 크기 및 생물 형태의 모양, 과학 탐구 1, 2, 3, 4, 5, 6에 기초하는 단계를 정량화하는 방법의 다양성을 포함한다. 전통적으로, 크기 및 형태의 통계적 분석은 생물학적 최적 구조를 식별하고 다변량 분석 워크 수 직선 거리, 각도 및 비율을 측정함으로써 시작된다. 랜드 마크 기반의 기하학적 Morphometrics 분석 및 시각화 (5)를 통해 데이터 수집에서 기하학적 정보를 보존, 랜드 마크의 공간 위치를 유지 접근 방식이다. 일반화 된 프로크루스테스 분석 (GPA)이 있어요 표본 사이의 정렬을 생산하기 위해 위치, 규모 및 랜드 마크의 회전에 변화를 제거하기 위해 적용 할 수 있습니다자신의 제곱의 차이를 inimizes – 무엇을 유지하는 형상 유사성 (7)이다.
어떤 형태 계측 학적 분석의 중요한 개념은 동성, 또는 하나가 안정적으로 표본 또는 구조 사이에 해당하는 생물학적 의미 및 이산 기능을 대표하는 랜드 마크를 식별 할 수있는 생각이다. 예를 들어, 인간의 두개골 형태 계측 학적 분석을 활성화 할 수 있습니다 상동 프로세스, foramina, 봉합 및 덕트가 있습니다. 불행히도, 대응하는 최적의 식별은 평활 표면 또는 곡선 8, 9, 10, 특히 많은 생물학적 구조 걸쳐 어렵다.
우리는 계산 기하학을 사용하여 아래이 문제를 접근. 일반적인 워크 플로는 모든이야 있도록 그 점 구름을 점 구름으로 표현 될 수있는 물체의 3 차원 스캔을 생성 한 다음 회전 변환하는 것입니다pecimens는 공통 좌표계의 방향. 그 다음 우리는 수학적 개체의 특정 지역에서 세미 랜드 마크를 정의합니다. 같은 지역에 배치 이산 세미 랜드 마크 (11) 생물학적으로 임의의 수 있습니다. 임의로 배치 랜드 마크가 생물학적으로 상동하지 않을 수 있기 때문에 GPA 이후의 통계 분석을 실시하는 것은 바람직하지 않은 유물 8, 12을 생성 할 수 있습니다. 따라서 우리는 이러한 반 랜드 마크가 수학적으로 "슬라이드"에 있습니다. 이 절차는 구조물과의 전위차를 최소화한다. 다른 곳에서 논의 된 바와 같이 여기에 사용되는 알고리즘 슬라이딩 부족 유사한 해부학 적 영역을 정량화하는 것이 적절하다 쉽게 최적 3, 6, 8, 10, 11, 12에 대응하는 식별. 이 방법은 리튬이mitations (13),하지만 서로 다른 크기와 모양의 객체에 적용 할 수 있어야합니다.
여기, 우리가이 방법은 마우스 음경 골 (14)의 최근 연구에 적용된 방법을 설명, 얻고 포유 동물의 진화 15시에 여러 개의 독립적 번 손실 된 음경의 뼈. 우리는 절개 특정 뼈의 제조 상기 음경 골 (프로토콜 1) microCT 이미지의 생성 (프로토콜 2) 모든 다운 스트림 계산 기하학을 가능하게하는 형식으로 이러한 이미지 변환 논의 (프로토콜 3, 4). ~ 100K의 XYZ 좌표에 의해 다음 단계 후, 각 시편 표시됩니다. 우리는 다음을 효과적으로 공통의 방향에 모든 검체 (프로토콜 5) 정렬 변환의 시리즈를 통해 도보로, 다음 정렬 표본 세미 랜드 마크 (프로토콜 6)를 정의합니다. 프로토콜 1-4에 관계없이 객체가 분석되는 유사해야합니다. 프로토콜 5 및 의정서 6 SPE 있습니다cifically 음경 골을 위해 설계,하지만이 단계를 자세히 설명하여 연구자가 관심을 자신의 객체에 대한 중요한 것 수정을 상상할 수있는 우리의 희망입니다. 예를 들면, 이러한 방법의 변형은 고래 골반 뼈와 뼈 리브 (16)를 연구하기 위해 적용 하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
위의 프로토콜의 중요한 단계는 1) bacula를 해부하고, 2) microCT 이미지를 수집, 3) XYZ의 플랫 파일에 microCT 출력을 변환, 4) 각 시편의 점 구름을 분할 좌표, 5)에 각각의 시료를 변환 표준화 좌표계, 6) 반 랜드를 형성 할 수있다. 이러한 단계는 용이하게 다른 물체를 수용하도록 수정된다.
이러한 방법은 가능성도 곡선 적어도 본질적으로 "막 대형", 또는 임의의 객체에 적?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
팀 데일리와 앤드류 스미스는 초기 일 동안 많은 유용한 계산 토론을 제공; 팀 데일리는 전산 자원이 남부 캘리포니아 대학의 고성능 컴퓨팅 클러스터가 제공 한 프로토콜 5. 필요한 프로그램 rotate_translate_cylindrical을 썼다. 이 작품은 NIH 부여 # 1 GM098536 (MDD)에 의해 지원되었다.
Materials
| Dissecting scissors | VWR | 470106-338 | Most sizes should work |
| Dissecting Forceps, Fine Tip, Curved | VWR | 82027-406 | |
| 1.7 mL microcentrifuge tube | VWR | 87003-294 | |
| Absolute Ethanol | Fisher Scientific | CAS 64-17-5 | To be diluted to 70% for dissections |
| Floral Foam | Wholesale Floral | 6002-48-07 | |
| uCT50 scanner | Scanco Medical AG, Bruttisellen, Switzerland | ||
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