반자동 경도 Microcomputed Tomography 기반 정량적 구조 분석 누드 쥐 척추 골절 골다공증 관련 모델의

Summary

이 프로토콜의 목표 경도 평가 vivo에 는 반자동된 microcomputed 단층 기반 정량적 구조 분석을 사용 하 여 될 수 있는 누드 쥐 척추 압축 골다공증 관련 골절 모델을 생성 하는 것입니다.

Abstract

골다공증 관련 척추 압축 골절 (OVCFs)는 세계 인구 나가로 보급 증가 함께 일반적이 고 임상 unmet 필요. 동물 OVCF 모델 변환 조직 엔지니어링 전략의 전 임상 개발에 필수적입니다. 다양 한 모델은 현재 존재 하는 동안 단일 누드 쥐에서 여러 높은 재현성 척추 결함을 유도 하는 최적화 된 방법을이 프로토콜에 설명 합니다. 소설 경도 반자동된 microcomputed 단층 촬영 (µCT)-척추 결함의 정량적 구조 분석을 기반으로 또한 선발. 간단히, 쥐 여러 시간 포인트 수술에 몇 군데 있었다. 1 일 검사 표준 위치로 방향도 고 관심의 표준 볼륨 정의 되었다. 각 쥐의 후속 µCT 스캔 했다 동일한 볼륨의 다음 새로운 뼈 형성에 대 한 평가 분석 그래서 하루 1 스캔을 자동으로 등록 됩니다. 이 다재 다능 한 접근 어디 경도 영상 기반 분석 정확한 3 차원 반자동된 정렬에서 혜택을 수 있는 다른 모델의 다양 한 적응 될 수 있다. 함께 찍은,이 프로토콜에서는 골다공증 및 뼈 연구를 위한 쉽게 정량 하 고 쉽게 재현 가능한 시스템을 설명 합니다. 제안 된 프로토콜은 4 개월 누드 ovariectomized 쥐 및 생성, 이미지, 조직 크기와 장비에 따라 두 개의 척추 결함 분석을 2.7 그리고 4 h 사이 골다공증을 유발 합니다.

Introduction

200 백만 이상의 사람들이 전세계 골다공증¹에서 고통. 기본 병 적인 감소 뼈 미네랄 밀도 (BMD)에 하 고 변경 된 뼈 마이크로아키텍처 뼈 취약성 및, 따라서, 골절²의 상대 위험 증가. 골다공증은 너무 유행 하 고는 WHO가 정의 그것은 중요 한 공중 위생 관심사는 건강에 해로운. 또한, 세계의 인구는 예상 대로 나이에, 골다공증 되 더 일반적으로 예상 된다.

골다공증성 척추 압축 골절은 가장 일반적인 취약성 골절, 미국에서 1 년 이상 750000 추정. 그들은 많은 중요 한 병 적 상태와 관련 된 9 배 높은 사망률 평가^3입니다. 임상 시험에서 현재 사용할 수 외과 개입, vertebroplasty, kyphoplasty, 등 가짜 치료^4,5,이 환자에 게 통증 관리만 사용할 수를 떠나 보다 더 더 효과적인 것을 발견 했다. 현재 OVCF 치료 제한 때문에, 장애^6,,78을 복제할 수는 동물 모델을 개발 하는 것이 필수적입니다. 현재 치료 방법의 조사와 임상 연습으로 번역할 것 이다 새로운 치료법의 개발에 수 같은 동물 모델을 용이 하 게. 골다공증 유발 되 고 ovariectomy^1,,910,11, 와 함께에서 낮은 칼슘 식단 (LCD)의 관리를 통해 모델 동물에서 입은 ^{12 , 13 , 14 , 15}. 추가 모델 OVCFs와 관련 된 뼈 손실, 척추 뼈 결함 골다공증성 immunocompetent 쥐 ^{16,17,,1819에 설치 되었다 20,,2122,,2324}. 이 작품에서 모델 골다공증 immunocompromised 쥐의 척추 결함 모델 제공 됩니다. 이 새로운 모델은 다양 한 소스와 OVCFs 같은 어려운 골절의 복구에 대 한 종에서 파생 된 줄기 세포 관련 세포 기반 요법 평가 하 사용할 수 있습니다.

뼈 이미징 골절 및 뼈 질병의 평가의 중요 한 부분 이다. 고급 이미징 방법 뼈 구조 변경 및 재생 전략²⁵의 정확한 평가 위해 개발 되었다. 그 중 µCT 이미징 고해상도 3D 이미지를 제공 하는 비-침략 적, 쉬운–사용, 그리고 저렴 한 방법으로 떠오르고 있다. 고해상도 3D 마이크로아키텍처²⁶ 다음 양적 분석 수 있는 뼈 제공 µCT 이미징 골다공증 환자 평가에 다른 modalities에 몇몇 이점이 있다. 후자는 다음 사용할 수 있습니다 제안 된 치료의 치료 효과 비교. 실제로, µCT 이미징 vivo에서 척추 결함 재생^1,,1627모니터링에 대 한 황금 표준입니다. 그러나, 몇 가지 간행물^28,29,,3031 고용 사용자 종속성, 보간 편견, 및 µCT의 정밀도 오류를 최소화 하기 위해 자동화 등록 도구 이미징 기반 분석입니다. 최근에, 우리는이 프로토콜³² 에 설명 된 대로, 표준화 된 뼈에서 뼈 재생의 분석을 개선 하기 위해 등록 절차를 사용 하는 첫번째 했다.

여기 설명 하는 방법을 OVCFs에 대 한 새로운 세포 치료의 효과 연구 하는 데 사용 될 수, 방해 받지 않는 호스트에 의해 T 세포 응답을 xenogeneic 또는 수용자 세포를 거부할 수 있습니다. 골다공증은 젊은 쥐 ovariectomy (OVX) 통해과 LCD의 4 개월에에서 유도 된다. OVX 쥐, LCD와 결합의 젊은 나이 있었습니다, 돌이킬 수 없는 뼈 손실을 선도 하 여 폐 경 후 골다공증을 흉내 낸 낮은 피크 뼈 질량에 도달. 이 사실은, LCD 중 리 모델링을 모델링 하는 뼈에서 쥐 전환 나이의 3 달 주변에 상 추³³, 위에 골다공증을 유지의 가능성을 증가에 의해 분할 설명 될 수 있다 시간입니다. 젊은 동물을 사용 하 여 게이 모델 보다 비용 효과적인, 그들은 적은 비용으로. 그럼에도 불구 하 고, 그것은 본질적으로 하지 노화 동물의 생물 학적 변화에 대 한 회계에 의해 제한 됩니다.

Protocol

모든 동물 실험 승인 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC) 삼목 시 나이 의료 센터 (프로토콜 # 3609)의 프로토콜에서 수행 했다. 마 취는 모든 이미징 및 수술 절차에 대 한 관리 되었다. 모든 동물 승인된 IACUC 프로토콜에 따라 보관 되어 있었다. 참고:이 프로토콜의 실험 설계는 그림 1에 표시 됩니다. 그들의 난소를 수술로 제거 하 고 그들을 먹 여 0.01% …

Representative Results

이 프로토콜을 사용 하 여, 하나 이미지 수와 n의 재생성을 계량 다른 시간 지점에서 8 모델된 골다공증성 척추 결함을 =. 등록 절차에 의해 얻은 해부학 경기 모든 시간 지점에서 동일한 목소리 야의 분석에 대 한 수 있습니다. 이 원래 결함의 여백은 더 이상 인식할 수 있는 경우에 정확한 경도 3D histomorphometric 분석 결과. 우리는 뼈 재생 (그림 7)의 경?…

Discussion

골다공증은 척추 압축 골절은 척추와 척추 체의 붕괴에서 그 결과에 로드가 증가 의해 발생의 가장 널리 퍼진 원인. 그러나, 그것은 실질적으로 진정한 비슷한 척추 붕괴를 복제 하는 설치류에서 상해를 생성할 수입니다. 대신, 연구원은 OVCFs^{16,17,18,19,20,,}<sup c…

Materials

Isoflurane	MWI Animal Health, Pasadena, CA	501017
BetadineSolution	MWI Animal Health, Pasadena, CA	4677
Chlorhexidine Gluconate2%scrub	MWI Animal Health, Pasadena, CA	510083
Isopropyl Alcohol 70%-quart	MWI Animal Health, Pasadena, CA	501044
Carprofen	MWI Animal Health, Pasadena, CA	26357
Buprenorphine0.3mg/mL	MWI Animal Health, Pasadena, CA	56163
Ovariectomized Athymic nude rats	Harlan Laboratories, Indianapolis, IN	Hsd:RH-Foxn1 rnu
Low calcium food	Newco Distributors, Inc., CA	1814948 (5AV8 AIN-93M w/low calcium)
Phosphate Buffered Saline	Life Technologies Corporation	14190250
Dermabond	J AND J ETHICON	DHVM12
Anesthesia machine	Patterson Scientific	TEC 3EX
Slide Top Induction Chambers	Patterson Scientific	78917833
ProStation Heated Workstation	Patterson Scientific	78914731
Surgical drape	HALYARD HEALTH INC	89101
Magnetic fixator retraction system	Fine Science Tools, Inc., CA	18200-50
Dissecting Scissors, 10cm, Curved, SS	World Precision Instruments, FL	14394
Iris Scissors, 11.5cm, 45°Angle, Serrated, Sharp/Sharp	World Precision Instruments, FL	503225
Forceps, no. 5	World Precision Instruments, FL	555048FT
Micro Mosquito Hemostatic Forceps	World Precision Instruments, FL	503360
Sterile cotton gauze	Medtronic, MINNEAPOLIS, MN	9024
Absorption Spears – Mounted/Sterile	Fine Science Tools, CA	18105-01
Syringe, 1 ml	TERUMO TERUMO MED	SS-01T
Needle, 25gauge	BD MED SYS INJECTION SYS	305127
Laminar flow hood	Baker	SterilGARD e3-Class II Type A2 Biosafety Cabinet
Thermal Cautery Unit	World Precision Instruments, FL	501292
Micro-Drill OmniDrill115/230V	World Precision Instruments, FL	503598
Trephines for Micro Drill, 2mm diameter	Fine Science Tools, CA	18004-20
3-0 Vicryl undyed 27” SH taper	J AND J ETHICON	1663G
4-0 Ethilon black 18” PC3 conventional cutting	J AND J ETHICON	1954G
Conebeam in vivo microCT (vivaCT 40)	Scanco Medical	vivaCT 40
SCANCO Medical microCT systems software suite	Scanco Medical	vivaCT 40
Analyze software	Biomedical Imaging, Mayo Clinic, Rochester, MN	Analyze 12	Image analysis software
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