En longitudinell undersøkelse av bentap i femurs og tibiae av voksne mus ble utført etter ryggmargsskade bruke sekvensiell lavdose røntgen skanner. Tibia bentap ble oppdaget gjennom hele studien, mens bentap i femur ble ikke oppdaget før 40 dager etter skade.
Ryggmargsskade (SCI) er ofte ledsaget av osteoporose i sublesional regioner i bekken og nedre ekstremiteter, fører til en høyere frekvens av frakturer 1. Som disse brudd forekommer ofte i regioner som har mistet normal sensorisk funksjon, er pasienten i en større risiko for brudd-avhengige patologi, inkludert død. SCI-avhengige tap i begge benmineraltetthet (BMD, gram / cm 2) og bone mineral innhold (BMC, gram) har blitt tilskrevet mekaniske stillstandsperiode 2, avvikende neuronal signalering 3 og hormonelle forandringer fire. Bruken av gnager modeller av SCI-indusert osteoporose kan gi uvurderlig informasjon om mekanismene bak utvikling av osteoporose følgende SCI samt et testmiljø for generering av nye behandlingsformer 5-7 (og anmeldt i 8). Mouse modeller av SCI er av stor interesse som de tillater en reduksjonistisk tilnærming til mekanisme-based vurdering gjennom bruk av null og transgene mus. Selv om slike modeller har gitt viktige data, er det fortsatt behov for minimalt-invasiv, pålitelig reproduserbar, og kvantifiserbare metoder i å bestemme omfanget av bentap etter SCI, spesielt over tid og innenfor samme kohort av forsøksdyr, for å bedre diagnostikk , behandlingsmetoder, og / eller forebygging av SCI-indusert osteoporose.
En ideell metode for måling av bentetthet hos gnagere ville tillate flere, sekvensiell (over tid) eksponeringer til lave nivåer av X-ray stråling. Denne studien beskriver bruk av en ny hel-dyr skanneren, IVIS Lumina XR (Caliper Instruments) som kan brukes til å gi lav-energi (1-3 milligray (mGy)) med høy oppløsning, høy forstørrelse røntgenbilder av mus hind lem bein over tid etter SCI. Betydelig bentetthet tapet ble sett i tibiae av mus med 10 dager post-spinal transection sammenlignet med friske, alder-matchet kontroll (naive) mus (13% reduksjon, p <0,0005). Tap av bentetthet i distale femur ble også påvist ved dag 10 post-SCI, mens et tap av tetthet i proksimale femur var ikke oppdages før 40 dager etter skaden (7% reduksjon, p <0,05). SCI-avhengige tap av mus femur tetthet ble bekreftet post-mortem gjennom bruk av Dual-energy X-ray absorpsjonsmetri (DXA), den nåværende "gullstandarden" for bentetthet målinger. Vi oppdager en 12% tap av BMC i femurs av mus på 40 dager etter SCI bruker IVIS Lumina XR. Dette sammenligner gunstig med et tidligere rapportert BMC tap på 13,5% av Picard og kolleger som har brukt DXA analyse på mus femurs post-mortem 30 dager etter SCI 9. Våre resultater tyder på at IVIS Lumina XR gir en roman, high-resolution/high-magnification metode for å utføre langsiktig, langsgående målinger av hind lem beintettheten i musen følgende SCI.
Denne studien presenterer en roman, non-invasiv metode for å vurdere tettheten endringer innen de enkelte bein (tibiae og femurs) lengderetningen, innenfor en enkelt kohort av mus ved hjelp av Caliper IVIS Lumina XR imaging system. SCI produsert en reduksjon i bentetthet i både femurs og tibiae når studert innenfor en enkelt kohort av spinally-transected mus over en 40 dagers test periode sammenlignet med samme alder, uskadet, kontroll mus. Våre resultater i femur ble bekreftet, post-mortem, gjennom bruk av DXA, tyder på at anvendelsen av Caliper Instruments IVIS Lumina XR kan tjene som en følsom måleverktøy for å vurdere de langsiktige og progressive effekter av SCI på bentap .
En mulig fordel for etterforskerne å bruke dette systemet er muligheten til å lengderetningen følge utviklingen av patologiske endringer i hind lem knokler av dyr etter SCI. Muligheten til å vurdere en enkelt kohort over lange tidsperioder gir strong fordeler til etterforsker i form av: 1) kostnader forbundet med dyre kjøp og langsiktig omsorg. I stedet for en studie som krever et stort antall dyr som må ofres på bestemte tidspunkter for å vurdere tidsavhengig endringer, kan disse patologisk utfall følges innen samme kohort over den samme tidsperioden, 2) variasjon: i tillegg til sammenligning med kontroll kohortene, kan resultatene som genereres i én kohort av skadet fagene bli vurdert og sammenlignet mellom tidspunkter for de samme dyrene gjennom omfanget av studien, nok en gang, noe som reduserer både intra-dyr variabilitet samt behovet for større kohorter av eksperimentelle fag.
Mens Caliper IVIS Lumina XR gitt oss viktig langsgående informasjon om utviklingen av SCI-indusert osteoporose, er det begrensninger som bør vurderes: 1), mens denne plattformen har tillatt oss å generere høy oppløsning X-ray daten i hind lem knokler av mus følgende SCI, kan dens nytte være begrenset til små gnagere som mus. Den maksimale faget høyde tillates innenfor Lumina XR er 2.8 cm. Alt over at høyden kan ikke være vellykket avbildes ved hjelp av X-ray del av Lumina XR. I våre hender, har dette utelukket vår evne til å studere rotter i 200-250 gram vekt. Mens det kan være mulig å avbilde rotter under denne vektområdet eller andre gnagere som hamster eller ørkenrotte, vil dette kreve ytterligere testing av PI. 2) Felles orientering. Det er viktig at Investigator nøye ordne lemmer i en lett reproduserbare orientering som vil tillate vellykket sammenligning mellom avbildning økter. Standardisering av lem plassering vil tillate Investigator å generere og anvende standardiserte ROI er som kan lagres og brukes på tvers av både fag og tid.
Totalt sett mener vi at IVIS Lumina XR gir en utmerket plattform som å modellereutviklingen av SCI-avhengige osteoporose hos mus. Muligheten til å studere bentap lengderetningen innenfor samme musen kohorten vil tillate oss å: 1) bedre forstå timelige natur bentap og demineralisering etter SCI, 2) avgjøre om disse forandringene stabilisere seg over tid, 3) utforske, med tilgjengeligheten av både transgene og null mus linjer, evnen til å studere de molekylære mekanismene bak disse patologiske forandringer i en reduksjonistisk måte, og 4) ganske muligens den viktigste fordelen, begynne å teste nye intervensjoner er utformet for å enten forebygge utvikling av osteoporose i de tidlige stadier av skade, eller for å reversere slike endringer når osteoporose har allerede utviklet. Endelig Lumina XR, i tillegg til å gi gode røntgenbilder potensial, kan også brukes til å studere både bioluminescent og fluorescerende signaler hos levende dyr. Man kan lett forestille seg innlemme den andre modaliteter tilbys innenfor dette systemet for å se på en multitude av faktorene som bestemmer bein dynamikk mechanistically følgende SCI eller annen sykdom prosess som resulterer i osteoporose.
The authors have nothing to disclose.
Vi ønsker å takke både Mission Koble og Gillson-Longenbaugh Foundation for å gi midler til dette prosjektet. Vi vil også takke Dr. Catherine Ambrose for hennes kritiske råd og bruk av hennes DXA utstyr. Til slutt vil vi takke Dr. Kaori Ono, Institutt for Integrative biologi og farmakologi, for hennes forslag i DXA femur bein 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 |