Name: novel in vivo micro-computed tomography imaging techniques for assessing the progression of non-alcoholic fatty liver disease
Uploaded: 2023-03-24T13:25:00
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La figure 1 a été créée avec BioRender.com. Ce travail a été soutenu par la Fondation hellénique pour la recherche et l’innovation (#3222 à A.C.). Anna Hadjihambi est financée par l’Institut Roger Williams d’hépatologie, Fondation pour la recherche sur le foie.

Toutes les procédures ont été effectuées par le personnel de BIOEMTECH conformément aux réglementations européennes et nationales en matière de bien-être et ont été approuvées par les autorités nationales (numéro de licence EL 25, BIOexp 45/PN 49553 du 21/01/20). Toutes les expériences ont été conçues et rapportées dans le respect des lignes directrices ARRIVE26. Les souris ont été achetées à l’Institut Pasteur hellénique d’Athènes, en Grèce.
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La méthode actuellement recommandée pour le diagnostic et la stadification de la NAFLD chez l’homme est la biopsie hépatique, qui présente un risque de complexités hémorragiques, ainsi que des inexactitudes d’échantillonnage40. Au contraire, dans les modèles animaux, un tel diagnostic est effectué par histologie post-mortem, bien que des protocoles pour la biopsie hépatique survivable soient maintenant disponibles et soient recommandés lorsque la conception de l’étude le permet<s...

La stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) est une maladie métabolique qui touche environ 25 % de la population et >80 % des personnes souffrant d’obésité morbide1. On estime qu’un tiers de ces personnes évoluent vers une stéatohépatite non alcoolique (NASH), qui se caractérise par une stéatose hépatique, une inflammation et une fibrose2. La NASH est un stade de la maladie qui présente un risque significativement plus élevé de développement de la cirrhose et du carcinome hépatocellulaire (CHC)3,4. Pour cette raison, la NASH est actuellement la deuxième cause la plus fréquente de transplantation hépatique, et on s’attend également à ce qu’elle devienne bientôt le prédicteur le plus important de la transplantation hépatique 5,6,7. Malgré sa prévalence et sa gravité, il n’existe pas de traitement spécifique de la NAFLD, et les traitements existants ne visent qu’à s’attaquer aux pathologies associées à la maladie telles que la résistance à l’insuline et l’hyperlipidémie 5,6.
Ces dernières années, le rôle physiopathologique et les adaptations de l’endothélium et, en général, du réseau vasculaire des tissus métaboliques, tels que le tissu adipeux et le foie, ont pris de plus en plus d’importance dans la recherche, en particulier au cours de l’obésité et de la dérégulation métabolique 7,8. L’endothélium est une monocouche cellulaire qui tapisse le réseau vasculaire à l’intérieur, agissant comme une barrière fonctionnelle et structurelle. Il contribue également à divers processus physiologiques et pathologiques, tels que la thrombose, le transport des métabolites, l’inflammation et l’angiogenèse 9,10. Dans le cas du foie, le réseau vasculaire est, entre autres, caractérisé par la présence de cellules hautement spécialisées, définies comme des cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques (LSEC). Ces cellules n’ont pas de membrane basale et ont de multiples fenêtres, ce qui facilite le transfert des substrats entre le sang et le parenchyme hépatique. En raison de leur emplacement anatomique et de leurs caractéristiques distinctives, les LSEC jouent probablement un rôle crucial dans les processus physiopathologiques du foie, y compris le développement de l’inflammation et de la fibrose hépatiques au cours de la NAFLD/NASH. En effet, les adaptations pathologiques, moléculaires et cellulaires que subissent les LSEC au cours de la NAFLD contribuent à la progression de la maladie11. Plus précisément, l’angiogenèse hépatique dépendante de la LSEC qui a lieu au cours de la NAFLD est significativement associée au développement de l’inflammation et à la progression de la maladie vers la NASH ou même le CHC12. En outre, la NAFLD précoce liée à l’obésité est caractérisée par le développement d’une résistance à l’insuline dans les LSEC, qui précède le développement d’une inflammation hépatique ou d’autres signes avancés de NAFLD13.
De plus, les LSEC sont récemment apparus comme des régulateurs centraux du flux sanguin hépatique et des adaptations du réseau vasculaire au cours d’une maladie hépatique de plusieurs étiologies14,15. En effet, la maladie hépatique chronique se caractérise par une vasoconstriction intra-hépatique importante et une résistance accrue au flux sanguin, qui contribuent au développement de l’hypertension portale16. Dans le cas de la stéatose hépatique non alcoolique, plusieurs mécanismes liés à la LSEC contribuent à ce phénomène. Par exemple, la résistance à l’insuline spécifique au LSEC, comme mentionné ci-dessus, est associée à une réduction de la vasodilatation insulino-dépendante du système vasculaire hépatique13. En outre, au cours de la maladie, le système vasculaire du foie devient plus sensible aux vasoconstricteurs, ce qui contribue davantage à l’altération du flux sanguin hépatique et à l’apparition d’une contrainte de cisaillement, qui entraînent toutes deux une perturbation de la microcirculation sinusoïdale17. Ces faits suggèrent que le système vasculaire est une cible clé dans les maladies du foie. Néanmoins, les facteurs limitatifs qui entravent le diagnostic et le suivi en temps opportun de la NAFLD/NASH, ainsi que le développement de thérapies potentielles, sont les insuffisances dans la caractérisation cohérente du microenvironnement hépatique et de la structure (micro)vasculaire, ainsi que dans la notation du stade de la maladie de manière spatio-temporelle et non invasive.
La microtomodensitométrie (TDM) est actuellement la méthode d’imagerie non invasive de référence pour représenter avec précision les informations anatomiques d’un organisme vivant. La micro-tomodensitométrie et l’IRM représentent deux méthodes d’imagerie complémentaires qui peuvent couvrir un large éventail de pathologies et fournir une résolution et un niveau de détail exceptionnels dans les structures et les tissus imagés. La micro-tomodensitométrie, en particulier, est un outil très rapide et précis qui est souvent utilisé pour étudier des pathologies telles que les maladies osseuses et les modifications de la surface osseuse associées18, évaluer l’évolution de la fibrose pulmonaire dans le temps19, diagnostiquer le cancer du poumon et sa stadification20, ou encore examiner les pathologies dentaires21, sans aucune préparation particulière (ou destruction) des échantillons à imager.
La technologie d’imagerie de la micro-tomodensitométrie est basée sur les différentes propriétés d’atténuation de divers organes en termes d’interaction des rayons X avec la matière. Les organes présentant de fortes différences d’atténuation des rayons X sont représentés avec un contraste élevé dans les images de tomodensitométrie (c’est-à-dire que les poumons semblent sombres et les os clairs). Les organes présentant des propriétés d’atténuation très similaires (tissus mous différents) sont difficiles à distinguer sur les images de tomodensitométrie22. Pour remédier à cette limitation, des agents de contraste spécialisés à base d’iode, d’or et de bismuth ont fait l’objet d’études approfondies en vue d’une utilisation in vivo . Ces agents modifient les propriétés d’atténuation des tissus dans lesquels ils s’accumulent, sont éliminés lentement de la circulation et permettent l’opacification uniforme et stable de l’ensemble du système vasculaire ou de tissus choisis23.
Dans le domaine du diagnostic humain, l’imagerie par tomodensitométrie et des techniques comparables, telles que la fraction de graisse de densité protonique dérivée de l’IRM, sont déjà utilisées pour la détermination de la teneur en graisse hépatique24,25. Dans le contexte de la stéatose hépatique non alcoolique, un contraste élevé des tissus mous est essentiel pour distinguer avec précision les lésions pathologiques ou les petits vaisseaux. À cette fin, des agents de contraste offrant un contraste accru des caractéristiques du tissu hépatique sont utilisés. Ces outils et matériaux permettent d’étudier de multiples caractéristiques hépatiques et des expressions pathologiques possibles, telles que l’architecture et la densité du réseau vasculaire, le dépôt/la stéatose lipidique et l’absorption tissulaire fonctionnelle/le transfert de lipides (chylomicron) dans le foie. De plus, le volume sanguin relatif hépatique et le diamètre de la veine porte peuvent également être évalués. En un temps d’analyse très court, tous ces paramètres fournissent des informations différentes et complémentaires sur l’évaluation et la progression de la NAFLD, qui peuvent être utilisées pour développer un diagnostic non invasif et détaillé.
Dans cet article, nous fournissons un protocole étape par étape pour l’utilisation de nouvelles techniques d’imagerie micro-CT in vivo comme méthode non invasive pour évaluer les stades de progression de la NAFLD. À l’aide de ce protocole, l’analyse longitudinale de la stéatose hépatique et de l’absorption des tissus fonctionnels, ainsi que l’évaluation du volume sanguin relatif, du diamètre de la veine porte et de la densité du réseau vasculaire, peuvent être effectuées et appliquées dans des modèles murins de maladie hépatique.

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	<tbody>
		<tr>
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			<td>Binitio Biomedical, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>https://www.binitio.com/?Page=Products</td>
		</tr>
		<tr>
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			<td>Research Diets, New Brunswick, NJ, USA</td>
			<td>D12492</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-fructose corn syrup&#160;</td>
			<td>Best flavors, CA</td>
			<td>hfcs-1gallon</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lacrinorm ophthalmic ointment&#160;</td>
			<td>Bausch &#38; Lomb</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal diet with 10% of kilocalories from fat&#160;</td>
			<td>Research Diets, New Brunswick, NJ, USA</td>
			<td>D12450</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viscover ExiTron nano 12000&#160;</td>
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			<td>130-095-698</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
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			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-CUBE&#160;</td>
			<td>Molecubes, Belgium</td>
			<td></td>
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		</tr>
	</tbody>
</table>

novel in vivo micro-computed tomography imaging techniques for assessing the progression of non-alcoholic fatty liver disease

La stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) est un problème de santé mondial croissant, et l’impact de la NAFLD est aggravé par le manque actuel de traitements efficaces. Les insuffisances actuelles dans la caractérisation de la structure du microenvironnement hépatique et dans l’évaluation du stade de la maladie de manière spatio-temporelle et non invasive sont des facteurs limitatifs considérables qui entravent le diagnostic rapide et précis (y compris le classement) et la surveillance de la stéatose hépatique, ainsi que la mise au point de thérapies potentielles. À l’aide d’un modèle murin de NAFLD induit par l’alimentation, nous avons étudié l’utilisation de techniques d’imagerie par micro-tomodensitométrie (TDM) in vivo comme méthode non invasive pour évaluer les stades de progression de la NAFLD, en nous concentrant principalement sur le réseau vasculaire hépatique en raison de son implication significative dans la dérégulation hépatique liée à la NAFLD. Cette méthodologie d’imagerie permet l’analyse longitudinale de la stéatose hépatique et de l’absorption des tissus fonctionnels, ainsi que l’évaluation du volume sanguin relatif, du diamètre de la veine porte et de la densité du réseau vasculaire. Comprendre les adaptations du réseau vasculaire hépatique au cours de la progression de la stéatose hépatique non alcoolique et les corréler avec d’autres moyens de caractériser la progression de la maladie (stéatose, inflammation, fibrose) à l’aide de la méthode proposée peut ouvrir la voie à la mise en place de nouvelles approches plus efficaces et reproductibles pour la recherche sur la stéatose hépatique non alcoolique chez la souris. Ce protocole devrait également améliorer la valeur des modèles animaux précliniques pour étudier le développement de nouvelles thérapies contre la progression de la maladie.

Dans cette étude représentative, l’imagerie micro-TDM sans agent de contraste a indiqué un pourcentage plus élevé de graisse hépatique chez les souris atteintes de NAFLD par rapport aux témoins (tableau 2), confirmant la pathologie. À l’aide de l’agent de contraste ExiTron et de l’analyse de l’architecture et de la densité du réseau vasculaire hépatique décrites ci-dessus, la densité volumique totale du réseau vasculaire hépatique s’est avérée plus élevée chez les souris at...

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Novel In Vivo Micro-Computed Tomography Imaging Techniques for Assessing the Progression of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease

À l’aide d’un modèle murin de stéatose hépatique non alcoolique induite par l’alimentation, nous décrivons l’utilisation de nouvelles techniques d’imagerie par micro-tomodensitométrie in vivo comme méthode non invasive pour évaluer les stades de progression de la NAFLD, en nous concentrant principalement sur le réseau vasculaire hépatique hépatique en raison de son implication significative dans la dérégulation hépatique liée à la NAFLD.

Nouvelles techniques d’imagerie par micro-tomodensitométrie in vivo pour évaluer la progression de la stéatose hépatique non alcoolique

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a growing global health issue, and the impact of NAFLD is compounded by the current lack of effective ...

Nous considérons ce protocole comme important car il démontre une méthode non invasive, simple et facile pour évaluer au fil du temps les indicateurs clés pour le diagnostic des maladies du foie. Cette méthodologie d’imagerie permet d’analyser dans le temps les états hépatiques, d’évaluer le volume sanguin relatif, le diamètre de la veine porte, l’intensité du réseau vasculaire, autant de paramètres importants de la pathologie hépatique. Comprendre les adaptations du réseau vasculaire hépatique au cours de la progression de la NAFLD et les corréler avec des marqueurs spécifiques tels que la stéatose, l’inflammation et la fibrose peut aider à établir de nouveaux schémas thérapeutiques efficaces.Cette technique aide à l’identification de ces marqueurs et améliore également la valeur des souris dans les études précliniques axées sur le développement de nouvelles thérapies contre la progression de la maladie. Pour commencer, placez l’animal anesthésié dans le berceau du tomodensitomètre. Appliquez une pommade ophtalmique, fixez le cône nasal et réglez les paramètres de balayage sur le tomodensitomètre.Préparez le cathéter de la veine caudale et placez la souris sur un lit pour réchauffer la queue dans de l’eau tiède. Insérez le cathéter dans la veine caudale et administrez le premier produit de contraste par injection, effectuée lentement et manuellement d’une durée d’une à trois minutes. Ensuite, faites des scintigraphies du corps entier et du foie à différents moments.Suivre la même procédure pour l’administration du deuxième produit de contraste, 10 jours après la lecture finale avec le premier agent de contraste. Après avoir chargé le fichier DICOM de l’analyse de pré-contraste, ajustez le contraste pour voir clairement le foie, la rate et le tissu adipeux blanc. Sous l’outil ROI 3D, sélectionnez Ajouter un ROI pour générer plusieurs ROI afin d’effectuer un échantillonnage dans les zones où le foie, la rate et le tissu adipeux semblent clairs, sans vaisseaux sanguins ni graisse apparents.Sous le mode peinture, choisissez Sphère. Cochez la case 2D uniquement et sélectionnez un diamètre de huit pixels dans le menu déroulant pour peindre le retour sur investissement sur les données. Dans la fonction d’érosion de la dilatation, choisissez moins une érosion.Effectuez l’échantillonnage en segmentant les ROI 2D sur les zones d’intérêt à l’aide de l’outil Sphère sur le plan transversal. Accédez à la navigation et sélectionnez Afficher la table pour afficher la table de quantification contenant les valeurs d’unité de champ de chiens calculées pour chaque retour sur investissement. Ensuite, insérez les valeurs dans cette équation.Calculez le pourcentage de graisse hépatique. Chargez le fichier DICOM de balayage eXIA et ajustez le contraste pour voir clairement le foie, la rate et le ventricule gauche. Sous l’outil ROI 3D, sélectionnez Ajouter un retour sur investissement pour segmenter plusieurs ROIS pour le foie.Sous Mode peinture, sélectionnez 2D uniquement, puis choisissez Sphère pour ajouter un diamètre de huit pixels à la peinture du retour sur investissement sur les données. Dans la fonction d’érosion de la dilatation, choisissez moins une érosion. Spécifiez un nom et une couleur pour chaque retour sur investissement et sélectionnez afficher la table pour afficher le tableau de quantification contenant les valeurs de HU calculées pour chaque retour sur investissement.Après avoir répété ces étapes pour obtenir l’organe PV t0, insérez les valeurs dans l’équation affichée à l’écran pour extraire le pourcentage de contraste correspondant au transfert lipidique d’absorption tissulaire fonctionnelle. Chargez le fichier DICOM de balayage ExiTron et ajustez le contraste pour voir clairement le réseau vasculaire du foie. Sélectionnez Ajouter un retour sur investissement pour générer un retour sur investissement 3D pour le foie.Définissez le retour sur investissement du foie en marquant la zone souhaitée. Choisissez ensuite le retour sur investissement en arrière-plan dans le sélecteur de retour sur investissement. Cliquez sur l’icône Effectuer la coupe, pour supprimer l’arrière-plan sans modifier le retour sur investissement du foie.Activez la visionneuse de projection d’intensité maximale. Ensuite, sous algorithmes de segmentation indiqués par l’icône de la baguette magique, sélectionnez le seuil connecté pour resegmenter le retour sur investissement du foie. Définissez les seuils en saisissant les valeurs minimales et maximales et obtenez le réseau vasculaire.Encore une fois, retirez le tissu hépatique de fond pour obtenir une représentation claire du réseau vasculaire. Après avoir chargé le fichier DICOM de balayage ExiTron, ajustez le contraste pour voir clairement le foie, la rate et le ventricule gauche. Sélectionnez Ajouter un retour sur investissement et segmenter les ROI pour le foie et un gros vaisseau sanguin.Définissez les couches de segmentation pour générer des retours sur investissement 2D pour chaque tissu. Répétez les étapes du fichier DICOM de pré-contraste pour obtenir la luminosité moyenne du foie avant l’injection de l’agent de contraste. Pour le diamètre de la veine porte, repérez les plans transversaux de trois à quatre coupes au-dessus de la jonction des veines mésentériques et spléniques supérieures, puis allez à la navigation suivie de l’assainissement à distance, sélectionnez la ligne pour mesurer la distance exacte entre deux points.Les valeurs moyennes de contraste sont présentées par ces données groupées. Le test d’absorption tissulaire fonctionnelle a indiqué une accumulation plus élevée et une clairance plus lente de l’agent de contraste eXIA chez les souris atteintes de stéatose hépatique non alcoolique par rapport aux témoins sains. Ces résultats représentatifs indiquent les différences dans le pourcentage de graisse hépatique, le volume du réseau vasculaire hépatique, le diamètre de la veine porte et le volume sanguin relatif hépatique entre les souris atteintes de stéatose hépatique non alcoolique et les témoins sains.L’imagerie par micro-tomodensitométrie sans agent de contraste a indiqué un pourcentage plus élevé de graisse hépatique chez les souris atteintes de stéatose hépatique non alcoolique par rapport aux témoins. De même, un volume plus élevé du réseau vasculaire hépatique, un volume sanguin relatif hépatique et un diamètre de veine porte plus grand ont été observés chez les souris atteintes de stéatose hépatique non alcoolique par rapport aux témoins sains. La chose la plus importante à retenir lorsque vous essayez cette technique est d’être constamment précis sur la région anatomique sélectionnée.Le choix d’un mauvais point anatomique peut entraîner des résultats inexacts. En suivant cette méthodologie et ce protocole, une évaluation précise de la stadification de la maladie hépatique peut être effectuée. Ainsi, il peut servir de plate-forme spécifique pour évaluer l’efficacité des nouveaux médicaments.Cette technique ouvre la voie à de nouvelles façons plus simples et plus précises d’évaluer les pathologies hépatiques et d’initier des essais de développement de médicaments pertinents.

Research

JoVE Journal

Biology

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