Detta papper instruerar användarna av i vivo mikro-datortomografi (µCT) skannrar hur man söva, korrekt position och hindra bakbenen på en råtta för minimal rörelse under högupplöst avbildning av skenbenet. Resultatet är bilder av hög kvalitet som kan bearbetas för att exakt kvantifiera ben-mikroarkitektur.
Användning av in-vivo mikro-datortomografi (µCT) är ett kraftfullt verktyg som innebär icke-förstörande bildtagning av inre strukturer vid höga upplösningar i levande djurmodeller. Detta möjliggör upprepade avbildning av samma gnagare över tid. Denna funktion inte bara minskar det totala antalet gnagare som krävs i en experimentell design och minskar därmed den mellan föremål variation som kan uppstå, men också tillåter forskare att bedöma längsgående eller livslångt Svaren till ett ingripande. För att förvärva bilder av hög kvalitet som kan bearbetas och analyseras för att mer exakt kvantifiera resultaten av ben-mikroarkitektur, måste användare av i vivo µCT skannrar korrekt söva råtta, och placera och hindra bakbenen. För att göra detta, är det nödvändigt att råttan vara sövd till en nivå av total avkoppling, och att pedalen reflexer går förlorade. Dessa riktlinjer kan ändras för varje enskild råtta, som graden av isofluran metabolism kan variera beroende på stam och kroppen storlek. Rätt teknik för i vivo µCT bild förvärvandet möjliggör exakt och konsekvent mätning av ben-mikroarkitektur inom och mellan studier.
Användning av in-vivo mikro-datortomografi (µCT) är ett kraftfullt verktyg som innebär icke-förstörande bildtagning av inre strukturer vid höga upplösningar med gnagare modeller. Den icke-destruktiva karaktären i vivo µCT möjliggör upprepade avbildning av samma gnagare över tid. Denna funktion inte bara minskar det totala antalet gnagare som krävs i en experimentell design och minskar därmed den mellan föremål variation som kan uppstå, men också tillåter forskare att förstå långsiktiga Svaren till ett ingripande. Med användning av upprepade i vivo µCT, har experiment på möss och råttor klarlagts utvecklingsmässiga förändringar för att Ben-mikroarkitektur och bone mineral density (BMD) i hela perioder av livslängd 1,2,3 ,4,5,6,7,8 samt svar på benhälsa insatser såsom kost 9,10, ovariektomi 7,11 och farmakologiska agenter 8,12,13. BMD och ben-mikroarkitektur med specifika delar av skelettet, nämligen proximala tibia, lårbenet och ländkotorna, är vägledande för övergripande benhälsa och risken för att upprätthålla en fraktur så är de primära åtgärderna när kvantifiera Svaren till en ingripande.
In vivo µCT bild förvärv innebär tvådimensionell röntgen prognoser överlåtande i flera vinklar som X-ray källan och detektor rotera runt djuret under utredning 14,15. Kvaliteten på den resulterande bilden är beroende av många faktorer, inklusive, men inte begränsat till: valt förvärv parametrar (dvs, rumslig upplösning, röntgen spänning, strömstyrka, rotation steg, tillämpade filter, exponeringstid), begränsningar av µCT Scanner (dvs, skanner-baserade artefakter såsom ring artefakter eller damm som orsakar strimmor eller partiell volym effekter) och korrekt positionering och återhållsamhet av djuret. Två förstnämnda av dessa faktorer kan manipuleras till viss del av användaren, beroende på den specifika avsökningen maskinen, studie mål och de korrigeringar som behövs för att optimera funktionen av skannern eller bearbetning av förvärvade bilder. Den senare av dessa faktorer, korrekt positionering av gnagare före skanning, kan uppnås oavsett scanner-baserade begränsningar eller förvärv parametrar som väljs för att uppnå en specifik studie. Medan många publikationer som rör i vivo imaging har publicerats i litteratur 14,15,16,17, klassiska manuskript stil är sådan att detaljerade ”hur” information kan inte inkluderas. Därför är syftet med denna artikel och video guide att fylla detta tomrum. Här syftar vi till att instruera användare av i vivo µCT skannrar hur att söva en råtta, och placera och hindra bakbenen för att producera högkvalitativa bilder som kan analyseras för att mer exakt kvantifiera resultaten av ben-mikroarkitektur.
Att förebygga hinder för röntgen strålen genom föremål än bakbenen är absolut nödvändigt för att kvantifiera de noggrannaste BMD och ben-mikroarkitektur värden. När röntgenstrålarna passerar genom objekt och vävnader av varierande tjocklek och densitet, några av Röntgenstrålarna är absorberas (dvs försvagade) av de material som de passerar. Eftersom det uppmätta densitet av ett urval påverkas av dess tjocklek, och närvaro och tjocklekar av omgivande vävnader, är det absolut nödvändigt att kalibrering fantomer används för att bestämma BMD genomsöks på samma sätt. Därför om röntgen balken är att passera objekt (dvs, svansen) före eller efter att ha passerat genom regionen av intresse, dessa objekt kommer att absorbera en del av röntgen energier och kommer att störa överföringen bilden förvärvade. Dessutom, skulle dessa skanningar vara mycket svårt att simulera när du skannar phantoms som måste likna prov skanningar. Som ett resultat, leder dessa dämpning skillnader till felaktigheter i utvärderingen av BMD mätningar av benet. Således för lätthet och precision är det bäst att begränsa antalet hinder mellan röntgen källan, regionen av intresse och röntgen detektor.
Längsgående bedömning av benstomme från ett ingripande i prekliniska modeller innebär den upprepade bedövning av djuret att begränsa deras rörelse under avsökningen protokoll. Finns flera metoder av narkos för att dämpa de djur som genomgår en µCT scan, inklusive injicerbara och inhalationsmedel anestesi 1,2,4,5,6, 12. till skillnad från inhalationsmedel anestetika såsom isofluran, upprepade narkos med injicerbara anestetika orsaka en minskning i kroppsvikt, kirurgiska tolerans och betydande förändringar på andra fysiologiska parametrar i gnagare, speciellt råttor och marsvin, vilket tyder på betydande kontraindikationer för upprepad användning 18,19,20. Medan isofluran är mycket volatila och möjliggör snabb induktion och återhämtning, injicerbara bedövningsmedel varierande halter av anestesi och tid under narkos beroende på stam, kön, kroppssammansättning, fastande och dygnsrytm cykeln av den djur. Injicerbara anestetika medför också ytterligare hinder för deras användning som de är hårt reglerad av nationella styrande organ. Inandning anestesi innebär dock direktleverans in i det respiratoriska systemet; Denna metod möjliggör snabbare induktion och återhämtning tid och bättre kontroll över längd och djup anestesi19,20. Begränsningar till metoden inandning anestesi innebär dess krav för förångning specialutrustning och vissa ändringar att hjärtfrekvens och blodtryck under induktion, underhåll och återvinning 18,19.
Detta protokoll ger tittarna med den första detaljerade riktlinjen för korrekt anestesi, placering och återhållsamhet av råtta under i vivo µCT skanning av bakbenen. Dessa riktlinjer Aktivera användare av i vivo µCT Scanningsystem att få hög upplösning och hög kvalitetsbilder av skenbenet som kan bearbetas för kvantifiering av 3-dimensionell ben-mikroarkitektur. Kritiska moment i protokollet som är nödvändiga för att säkerställa korrekt positionering och återhållsamhet involvera den ordentlig anestesi av råtta samt att utvidga bakbenen från alla andra kritiska strukturer tills den är spänd, men inte i en onaturlig position. För optimal bildåtergivning resultat är det nödvändigt att råttan vara sövd till en nivå av total avkoppling, och att palpebrala och pedal reflexer går förlorade. Dessutom skannar benet bör utvidgas och hela foten och fotleden bör hållas tillbaka i skum. De metoder som beskrivs ovan för att uppnå optimal positionering av scanning benet kommer att se till att: 1) bakbenen hos råtta i en studie är konsekvent orienterade i samma riktning, således medger röntgen ljuskäglan passera genom samma område av varje ben som den roterar runt provet; 2) både frivillig och ofrivillig rörlighet för att bakbenen kommer att inte inträffa, sålunda minimizing potentialen för rörelse artefakter att störa kvaliteten på förvärvade bilder; (3) hinder från objekt (dvs, svansen) hindras, vilket minskar risken för partiell volym effekter att producera Felaktiga BMD och TMD mätningar. Dessa riktlinjer kan ändras för varje enskild råtta, som graden av isofluran metabolism och positionering kan variera beroende på stam och kroppen storlek 22. De vanligaste in-vivo skanning maskinerna är utformade för små djurmodeller (dvs, möss, råttor, kaniner, marsvin) och kommer att ha utbytbara djur stadier att tillåta skanning av olika djur storlekar. Därför, de rymmer ett brett spektrum av kroppsvikter.
Även om i vivo µCT skanning bygglov för råttan att vara flyttas och omsökas om bilderna förvärvats från den initiala scintigrafin är dålig kvalitet, upprepad skanning kommer att utsätta råttan att ytterligare doser av strålning och isofluran anestesi för en längre tid. Månatliga upprepade strålningsexponering 600 mGy fokuserade till råtta skenbenet över fyra månader orsaka inte negativa effekter på ben-mikroarkitektur jämfört med den kontralaterala bakben 1, men detta pröva inte säkerheten för två skanningar upprepas i omedelbar följd. Ytterligare begränsningar av den teknik som beskrivs är behovet av att utvidga den spända bakbenen med krafter som tillämpas för att hålla det fortfarande, som kan åberopa vissa förändringar i benstomme. Medan svårighetsgraden av återhållsamhet av bakbenen under skanningen kommer att bero på varje forskningsmål, resulterade tidigare forskning från vårt labb som omfattar månatliga upprepade i vivo µCT avbildning av ett bakben i en skillnad i den kortikala Micro-arkitektoniska parameter, excentricitet, jämfört med den kontralaterala bakbenen som inte genomgick upprepade förlängning, stabilisering och skanning 1. Excentricitet är ett mått på den elliptisk formen av kortikala benet och förändringar som svar på förändrade-bärande. Därför, när du använder denna metod för positionering och bemästrande av bakbenen för upprepas i vivo µCT imaging, övervägande göras när bedöma och tolka ändras till bärande mikro-arkitektoniska parametrar.
Medan ovanstående riktlinjer har tillhandahållits för bildhantering och analys av benvävnad, måste smärre justeringar till protokollet göras när imaging mjuk vävnad av bakbenen. Specifikt, måste det sättet där bakbenen förlängs från bålen och återhållsamma beaktas, som det nuvarande förfarandet misshapes orientering av mjuk vävnad (muskler, fettvävnad) in i onormal positionering för varaktigheten av genomsökningen. Därför, när extrapolerar denna modell för användning i imaging av mjuk vävnad av bakbenen, vissa justeringar göras till återhållsamhet tekniken att minska eller eliminera ändringarna i placeringen av vävnader i förhållande till varandra.
Dessutom riktlinjerna har skrivits specifikt baserat på erfarenheter från vår forskargrupp, men de kan ändras för att rymma andra kommersiellt tillgängliga i vivo µCT skannrar. Andra föreslagna metoder för att placera och hindra bakbenen kan finnas av tillverkaren av den i vivo µCT scanning system. De flesta kommersiellt tillgängliga i vivo µCT enheter lista av polypropylen, expanderad polystyren och plaströr med dentalvax att hålla en utskjutande fot som godtagbar material och metoder för fasthållande skanning benet. Dock metoden presenteras i detta protokoll ger mer kontrollerad och konsekvent positionering och återhållsamhet av skannade benet och producerar konsekvent högkvalitativa bilder. De riktlinjer som presenteras i denna metod kräver specialutrustning som krävs för anestesi av råtta, till exempel en spridare, rör, masker, induktion chambers och syre. Även om utrustningen är associerade med en något högre kostnad jämfört med injicerbara bedövningsmedel, ger det forskare möjlighet att snabbt och exakt inducerar anestesi på specifika djup medvetslöshet, vilket ger en fördel över alternativ metoder.
Använda riktlinjerna i denna metod video, forskare använda hög upplösning i vivo µCT teknik för att undersöka deras ingripande kommer av intresse att kunna korrekt och konsekvent orientera och hindra en råtta bakben för hög kvalitet X-ray imaging. Detta kommer att ge ett kontinuum i fältet i i vivo µCT bild förvärv och fungera som ett steg mot optimera konsekvens och noggrannhet inom studier och möjliggöra jämförelser mellan studier i litteraturen. Likaså kan dessa protokoll och metoder utökas för användning i andra gnagararter, inklusive möss, även om vissa förändringar kommer att krävas 2,10. Fasthållningsanordningen av foten i skum röret kan till exempel inkludera ankeln för att minimera risken för benrörelsefrihet under genomsökningen. Dessutom ryms hela foten i skum hållaren. Tårna omfattar således inte av slutet av innehavaren som när de säkra foten av en råtta. Kroppen av musen kräver dessutom inte den samma återhållsamhet med tejp som råttan. En mindre näsa kon kan användas för att underhålla anestesi hos möss under genomsökningen. Om en mindre näsa kon inte är tillgänglig, kan säkra en nitrilhandske över tillgängliga näsan konen och göra ett litet snitt i handsken att ge ett utrymme som kan passa näsan av musen för att ge anestesi samtidigt förslutning runt näsan.
Medan den proximala tibia är den viktigaste platsen för utredning av ändringar till ben mikrostruktur hos råtta, bör riktlinjer för korrekt och konsekvent positionering av andra delar av skelettet som lårbenet och ländkotorna undersökas och fastställts för konsekvens i litteraturen. Men när företaget framtida forskning som involverar av imaging ländkotor, göras överväganden som avbildning av ryggraden ger strålningsexponering till omgivande organ och vävnader.
The authors have nothing to disclose.
Författarna erkänner forskning finansiering från en NSERC Discovery Grant (#05573) och Kanada Stiftelsen för Innovation (nr 222084) för finansiering i vivo mikro-CT. W.E. Ward är en Kanada forskning stol i ben och muskelutveckling.
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 |