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Ein Längs-Untersuchung von Knochenschwund in der Oberschenkel-und Schienbein von erwachsenen Mäusen wurde nach Verletzungen des Rückenmarks mit sequentieller low-dose X-ray-Scans durchgeführt. Tibia Knochenverlust wurde während der Studie festgestellt, während Knochenverlust in den Oberschenkelknochen wurde erst 40 Tage nach der Verletzung festgestellt.
Rückenmarksverletzung (SCI) wird oft von Osteoporose in der sublesional Regionen des Beckens und der unteren Extremitäten begleitet, was zu einer höheren Frequenz von Knochenbrüchen 1. Da diese Frakturen oft in Regionen, die normale sensorische Funktion verloren haben, auftreten, ist der Patient ein größeres Risiko einer Fraktur-abhängigen Erkrankungen, einschließlich des Todes. SCI-Dämpfung in beiden Knochenmineraldichte (BMD, g / cm 2) und Knochenmineralgehalt (BMC, g) ist die mechanische Nichtnutzung 2, aberranten neuronalen Signalübertragung 3 und hormonelle Änderungen 4 zugeschrieben. Die Verwendung von Tiermodellen der SCI-induzierten Osteoporose kann wertvolle Informationen über die Mechanismen der Entstehung von Osteoporose folgenden SCI sowie eine Testumgebung für die Generierung von neuen Therapien 5-7 (überprüft und in 8). Mausmodelle von SCI sind von großem Interesse, da sie einen reduktionistischen Ansatz zu Mechanismus-ba erlaubensed Beurteilung durch den Einsatz von null und transgenen Mäusen. Während solche Modelle wichtige Daten überlassen haben, gibt es noch einen Bedarf für die minimal-invasive, sichere, reproduzierbare und quantifizierbare Methoden zur Ermittlung des Umfangs der Knochenverlust nach SCI, vor allem im Laufe der Zeit und innerhalb der gleichen Kohorte von Versuchstieren, die Diagnose zu verbessern , Behandlungsmethoden und / oder Prävention von SCI-induzierte Osteoporose.
Eine ideale Methode zur Messung der Knochendichte bei Nagetieren erlauben würde mehrere, sequentielle (im Laufe der Zeit) Forderungen an Low-Level von Röntgenstrahlung. Diese Studie beschreibt die Verwendung von einem neuen Ganzen-Tier-Scanner, der IVIS Lumina XR (Caliper Instruments), die zur Niedrig-Energie-(1-3 milligray (mGy)) mit hoher Auflösung, hoher Vergrößerung Röntgenbilder liefern kann der Maus Hinterbein Knochen im Laufe der Zeit folgende SCI. Signifikante Knochendichte Verlust war in den Schienbeinen von Mäusen um 10 Tage nach der spinalen Durchtrennung gesehen, wenn sie unverletzt, gleichaltrigen Kontrolle verglichen (naiv) Mäuse (13% zu verringern, p <0,0005). Der Verlust der Knochendichte in den distalen Oberschenkelknochen war auch nachweisbar Tag 10 post-SCI, während ein Verlust von Dichte im proximalen Femur wurde erst 40 Tage nach der Verletzung (7% sinken, p <0,05) nachweisbar. SCI-abhängige Verlust der Maus Femur Dichte wurde post mortem durch den Einsatz von Dual-Energy X-ray (DXA), die aktuelle "Goldstandard" für die Knochendichte-Messungen bestätigt. Wir erkennen eine 12% Verlust von BMC in den Oberschenkel von Mäusen 40 Tage nach SCI mit dem IVIS Lumina XR. Dieser Vergleich mit einem zuvor berichtet BMC Verlust von 13,5% von Picard und Kollegen, die DXA-Analyse auf Maus Oberschenkel post-mortem 30 Tage post-SCI 9 verwendet. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die IVIS Lumina XR ein neuartiges, high-resolution/high-magnification Verfahren zur Durchführung von Langzeit-, Längs-Messungen der hinteren Gliedmaßen Knochendichte in der Maus nach SCI bietet.
1. Maus Rückenmark durchtrennt Modell
2. Longitudinal Beurteilung der Knochendichte mit dem IVIS Lumina XR auf der gleichen Kohorte von spinal-durchtrennt Mäusen
3. Bildanalyse von IVIS X-ray-Scans
4. Post-mortem-Analyse der Knochendichte:
5. DXA-Analyse mit einem Hologic QDR 4000 Knochen Densitometer
6. Repräsentative Ergebnisse:
Die relative Knochendichte Verlust von einer Maus Tibia und Femur nach Verletzungen des Rückenmarks, wenn auf naive Mäuse im Vergleich nachweisbar ist mit der obigen Methode. Es gibt einen nachweisbaren signifikanten Abnahme der Knochendichte nachnur 10 Tage (12%, p <0,0005), mit bis zu 15% Knochendichte Verlust auf 40 Tage (p <0,0005, Abbildung 4). Knochendichte Verlust in den Oberschenkelknochen wurde bei 40 Tagen nach der Verletzung (7% sinken, p <0,05, Abb. 5) beobachtet. Diese Ergebnisse liefern Beweise für die Verwendung von nicht-invasiven Röntgen-Bildgebung für die Längs-Beobachtung der Knochendichte zu ändern, nachdem Rückenmarksverletzungen.
Um einen Vergleich der Wirksamkeit dieser Methode auf, was derzeit verfügbar; analysierten wir die ausgeschnittenen Oberschenkelknochen von diesen Mäusen 40 Tage nach der Verletzung mit DXA Bildgebung. Eine Darstellung der Datenausgabe kann in Abbildung 6 zu sehen. Wir fanden, dass es einen signifikanten Verlust an Knochendichte in der SCI-Mäuse im Vergleich zu naiv (12% sinken, p <0,05, Abb. 7). Knochendichte nicht wesentlich geändert, aber einen ähnlichen Trend (Abbildung 8). Diese Ergebnisse sind vergleichbar mit denen in der Literatur gefunden; Picard et al beobachteten eine Rückgang von 13,5% (p <0,001) in BMC, aber keine signifikanten decrLeichtigkeit in BMD (Picard 2008).
Abbildung 1. Experimental Timeline.
Abbildung 2 Vertreter Ausrichtung des linken Hinterbein-Schenkel:. A) Foto und b) x-ray.
Abbildung 3. ROI Dimensionen und Orientierung innerhalb der Regionen des proximalen Femur und Tibia.
Abbildung 4. Knochendichte Verlust nach SCI in der proximalen Tibia 10, 20, 30 und 40 Tage nach der Verletzung (n = 5) im Vergleich zu gleichaltrigen Naiven (n = 5). Fehlerbalken stellen SEM, ** p <0,005, *** p <0,0005.
Abbildung 5. Knochendichte Verlust nach SCI im proximalen Femur 10, 20, 30 und 40 Tage nach der Verletzung (n = 5) im Vergleich zu gleichaltrigen Naiven (n = 5). Fehlerbalken stellen SEM; * p <0,05.
Abbildung 6. Knochendichte Verlust nach SCI im distalen Femur 10, 20, 30 und 40 Tage nach der Verletzung (n = 5) im Vergleich zu gleichaltrigen naiven Kontrollen (n = 5). Fehlerbalken stellen SEM; * p <0,01 bis 0,05; ** p <0,001-0,01; *** p <0,0001 bis 0,001; **** p <0,0001.
Abbildung 7. Representative Bild von DXA-Daten zeigen, BMC und BMD-Ausgang.
Abbildung 8. DXA Analyse der Knochendichte (Gramm) in den Oberschenkelknochen von SCI-Mäusen 40 Tage nach der Verletzung (n = 5) vs gleichaltrigen Naiven (n = 5).Fehlerbalken stellen SEM; * p <0,05.
Abbildung 9. DXA-Analyse der Knochendichte (mg / cm 2) in den Oberschenkelknochen von SCI-Mäusen 40 Tage nach der Verletzung (n = 5) vs gleichaltrigen Naiven (n = 5). Fehlerbalken stellen SEM; kein signifikanter Unterschied.
Diese Studie stellt eine neuartige, nicht-invasive Methode zur Beurteilung der Dichte Veränderungen innerhalb der einzelnen Knochen (Schienbein und Oberschenkelknochen) in Längsrichtung, in einer einzigen Gruppe von Mäusen, mit dem Caliper IVIS Lumina XR Imaging-System. SCI produziert eine Abnahme der Knochendichte in beiden Oberschenkel-und Schienbein, wenn innerhalb einer einzigen Kohorte von spinal-durchtrennt Mäusen über einen 40 Tage-Test Zeitraum im Vergleich zu gleichaltrigen, unverletzt, Kontroll-Mäusen untersucht. Unsere Ergebnisse in den Oberschenkelknochen wurden bestätigt, post-mortem durch die Verwendung von DXA, was darauf hindeutet, dass die Anwendung des Instruments Caliper IVIS Lumina XR kann als ein sensibles Messinstrument dienen der langfristigen und progressive Wirkung der SCI auf Knochenverlust zu bewerten .
Eine mögliche Nutzen für Forscher mit Hilfe dieses Systems ist die Fähigkeit, sich in Längsrichtung folgen der Entwicklung von pathologischen Veränderungen in der hinteren Extremität Knochen von Tieren nach SCI. Die Fähigkeit, eine einzige Kohorte über lange Zeiträume zu bewerten bietet strong Vorteile für die Ermittler in Bezug auf: 1) Kosten im Zusammenhang mit Tier kaufen und Langzeitpflege verbunden. Statt einer Studie erfordern eine große Anzahl von Tieren, die zu bestimmten Zeitpunkten geopfert werden, um zeitabhängige Veränderungen beurteilen müssen, können diese pathologischen Ergebnissen innerhalb der gleichen Kohorte über die gleiche Zeitspanne, 2) Variabilität befolgt werden: Neben Vergleich mit Kontrollgruppen, können die Ergebnisse innerhalb der einzelnen Kohorten von verletzten Personen generiert beurteilt und verglichen werden zwischen den Zeitpunkten für die gleiche Tiere über den Umfang der Studie; wieder, was sowohl intra-Variabilität der Tiere sowie die Notwendigkeit für größere Kohorten von Versuchspersonen.
Während die Caliper IVIS Lumina XR hat uns wichtige Längs Informationen über die Entwicklung der SCI-induzierte Osteoporose, gibt es Einschränkungen, die berücksichtigt werden sollten: 1), während dieser Plattform hat uns erlaubt, hochauflösende X-ray dat erzeugena in das Hinterbein Knochen von Mäusen nach SCI, kann seinen Nutzen für kleine Nagetiere wie Mäuse beschränkt. Die maximale Höhe unterliegen innerhalb der Lumina XR erlaubt ist 2,8 cm. Alles, was über diese Höhe nicht erfolgreich abgebildet werden mit dem X-ray Komponente der Lumina XR. In unseren Händen hat dies unsere Fähigkeit, Ratten in der 200-250 Gramm Gewicht Studie ausgeschlossen. Zwar mag es möglich, Bild Ratten unter diesen Gewichtsbereich oder andere Nagetiere wie Hamster oder Rennmäuse, wird diese zusätzliche Prüfung durch das PI. 2) Gemeinsame Orientierung. Es ist wichtig, dass die Investigator sorgfältig arrangieren die Gliedmaßen in einer leicht reproduzierbaren Ausrichtung, erfolgreichen Vergleich zwischen Imaging-Sitzungen ermöglichen. Standardisierung von Gliedmaßen Platzierung wird es der Investigator die Generierung und Anwendung standardisierter ROI ist, die gespeichert und kann angewendet werden auf beide Fächer und Zeit.
Insgesamt glauben wir, dass die IVIS Lumina XR eine hervorragende Plattform, mit der zu-Modell bietetdie Entwicklung von SCI-abhängigen Osteoporose bei Mäusen. Die Fähigkeit, Knochenschwund längs Studie innerhalb der gleichen Maus Kohorte wird es uns ermöglichen: 1) ein besseres Verständnis der zeitlichen Natur von Knochenschwund und Demineralisation nach SCI, 2) festzustellen, ob diese Veränderungen im Laufe der Zeit, 3 stabilisieren) zu erkunden, mit der Verfügbarkeit von sowohl transgenen und null Mauslinien, die Fähigkeit, die molekularen Mechanismen dieser pathologischen Veränderungen in einer reduktionistischen Weise, und 4) sehr wahrscheinlich der wichtigste Vorteil Studie beginnen, um neue Interventionen, die entweder verhindern, dass die Entwicklung von Osteoporose im Frühstadium testen von Verletzungen oder, umgekehrt solche Änderungen einmal Osteoporose bereits entwickelt hat. Schließlich ist die Lumina XR, neben der Bereitstellung ausgezeichneter X-ray Imaging Potenzial, können auch verwendet werden, um sowohl Biolumineszenz und Fluoreszenz-Signale in lebenden Tieren zu untersuchen. Man könnte sich leicht vorstellen, Einbeziehung der anderen Modalitäten innerhalb dieses Systems angeboten, bei einer mul Blickzahl von Faktoren, die Knochen Dynamik mechanistisch zu bestimmen folgenden SCI oder einer anderen Krankheit Prozess, führt zu Osteoporose.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Wir möchten sowohl Mission Connect und der Gillson-Longenbaugh Stiftung für die Bereitstellung der Mittel für dieses Projekt bedanken. Wir möchten auch Dr. Catherine Ambrose für ihre kritische Beratung bedanken und die Verwendung von ihr DXA Geräte. Schließlich möchten wir Dr. Kaori Ono, Department für Integrative Biologie und Pharmakologie, für ihre Anregungen danken DXA Oberschenkelknochens Analyse.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare |
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Beuthanasia | Butler Schein Tiere Gesundheit | 001848 | |
Ketathesia (Ketamin Hydrochlorid) | Butler Schein Tiere Gesundheit | 023061 | |
Xylazin | Butler Schein Tiere Gesundheit | 037849 | |
Bupivacain | Butler Schein Tiere Gesundheit | 021801 | |
Gelfoam; 7MM | Fisher Scientific | NC0085178 | Zur Förderung der Hämostase während Chirurgie |
IVIS Lumina XR | Caliper Life Sciences | 135400 | |
ZFOV, 2,5 cm Bereich der Blick Objektiv | Caliper Life Sciences | 127285 | Absolut notwendig zuerzeugen hohe Vergrößerung X-ray Bilder von Knochen Struktur |
QDR Knochen Densitometer | Hologic | Modell verwendet nicht mehr in der Produktion |
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