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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Novel In Vivo Micro-Computed Tomography Imaging Techniques for Assessing the Progression of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease at JoVE.com

Figur 1 ble laget med BioRender.com. Dette arbeidet ble støttet av Hellenic Foundation for Research and Innovation (# 3222 til AC). Anna Hadjihambi er finansiert av The Roger Williams Institute of Hepatology, Foundation for Liver Research.

Alle prosedyrer ble utført av BIOEMTECHs personell i samsvar med europeiske og nasjonale velferdsforskrifter og ble godkjent av nasjonale myndigheter (lisensnummer EL 25 BIOexp 45 / PN 49553 21/01/20). Alle eksperimenter ble designet og rapportert i henhold til ARRIVE retningslinjer26. Musene ble kjøpt fra Hellenic Pasteur Institute, Athen, Hellas.
MERK: Dyrene ble plassert i individuelt ventilerte bur beriket med skinner og papprør i et rom ved 20-22 °C, med en rel...

Den nåværende anbefalte metoden for NAFLD-diagnose og iscenesettelse hos mennesker er leverbiopsi, som har risikoen for blødningskompleksiteter, samt prøvetakingsunøyaktigheter40. Tvert imot, i dyremodeller, utføres en slik diagnose ved histologi post mortem, selv om protokoller for overlevelsesbar leverbiopsi nå er tilgjengelige og anbefales når studiedesignet tillater41. Bruken av post mortem histologi betyr at et stort antall dyr er pålagt å undersøke utviklin...

Ikke-alkoholholdig fettleversykdom (NAFLD) er en metabolsk sykdom som rammer omtrent 25% av befolkningen og >80% av sykelig overvektige mennesker1. Anslagsvis en tredjedel av disse individene utvikler seg til ikke-alkoholisk steatohepatitt (NASH), som er preget av leverstatose, betennelse og fibrose2. NASH er et sykdomsstadium med betydelig høyere risiko for utvikling av cirrhose og hepatocellulært karsinom (HCC)3,4. Av denne grunn er NASH for tiden den nest vanligste årsaken til levertransplantasjon, og det forventes også snart å bli den viktigste prediktoren for levertransplantasjon 5,6,7. Til tross for utbredelsen og alvorlighetsgraden er ingen sykdomsspesifikk terapi tilgjengelig for NAFLD, og de eksisterende behandlingene tar bare sikte på å takle sykdomsassosierte patologier som insulinresistens og hyperlipidemi 5,6.
I de senere år har endotelets patofysiologiske rolle og tilpasninger og generelt av det vaskulære nettverket av metabolske vev, som fettvev og lever, fått større betydning i forskning, spesielt under fedme og metabolsk dysregulering 7,8. Endotelet er et cellulært monolag som linjer det vaskulære nettverket internt, som fungerer som en funksjonell og strukturell barriere. Det bidrar også til ulike fysiologiske og patologiske prosesser, som trombose, metabolitttransport, betennelse og angiogenese 9,10. Når det gjelder leveren, er det vaskulære nettverket blant annet preget av tilstedeværelsen av høyt spesialiserte celler, definert som lever sinusformede endotelceller (LSEC). Disse cellene mangler en kjellermembran og har flere fenestrae, noe som muliggjør lettere overføring av substrater mellom blod og leverparenchyma. På grunn av deres karakteristiske anatomiske plassering og egenskaper, har LSECs sannsynligvis en avgjørende rolle i de patofysiologiske prosessene i leveren, inkludert utvikling av leverbetennelse og fibrose under NAFLD / NASH. Faktisk bidrar de patologiske, molekylære og cellulære tilpasningene som LSEC gjennomgår i løpet av NAFLD til sykdomsprogresjonen11. Spesielt er den LSEC-avhengige leverangiogenesen som finner sted under NAFLD signifikant forbundet med utviklingen av betennelse og sykdomsprogresjonen til NASH eller til og med HCC12. Dessuten er fedmerelatert tidlig NAFLD preget av utvikling av insulinresistens i LSEC, som går foran utviklingen av leverbetennelse eller andre avanserte NAFLD-tegn13.
I tillegg har LSEC nylig dukket opp som sentrale regulatorer av hepatisk blodstrøm og vaskulære nettverkstilpasninger under leversykdom av flere etiologier14,15. Faktisk er kronisk leversykdom preget av fremtredende intrahepatisk vasokonstriksjon og økt motstand mot blodstrøm, noe som bidrar til utviklingen av portalhypertensjon16. Når det gjelder NAFLD, bidrar flere LSEC-relaterte mekanismer til dette fenomenet. For eksempel er LSEC-spesifikk insulinresistens, som nevnt ovenfor, assosiert med redusert insulinavhengig vasodilatasjon av levervaskulaturen13. I tillegg blir levervaskulaturen i løpet av sykdommen mer følsom overfor vasokonstriktorer, noe som ytterligere bidrar til nedsatt leverblodstrøm og fører til fremveksten av skjærspenning, noe som begge resulterer i en forstyrrelse av sinusformet mikrosirkulasjon17. Disse fakta tyder på at vaskulaturen er et sentralt mål i leversykdom. Ikke desto mindre er begrensende faktorer som hindrer rettidig diagnose og overvåking av NAFLD / NASH, samt utviklingen av potensielle terapier, manglene i den konsistente karakteriseringen av det hepatiske mikromiljøet og (mikro) vaskulære strukturen, samt scoring av sykdomsstadiet på en spatiotemporal og ikke-invasiv måte.
Mikrocomputertomografi (CT) avbildning er for tiden gullstandarden ikke-invasiv bildebehandlingsmetode for nøyaktig fremstilling av anatomisk informasjon i en levende organisme. Micro-CT og MR representerer to komplementære bildebehandlingsmetoder som kan dekke et stort spekter av patologier og gi eksepsjonell oppløsning og detaljer i de avbildede strukturer og vev. Spesielt Micro-CT er et veldig raskt og nøyaktig verktøy som ofte brukes til å studere patologier som bein sykdommer og tilhørende beinoverflateendringer18, vurdere utviklingen av lungefibrose over tid19, diagnostisere lungekreft og dens iscenesettelse20, eller til og med undersøke tannpatologier21, uten noen spesiell forberedelse (eller ødeleggelse) av prøvene som blir avbildet.
Avbildningsteknologien til mikro-CT er basert på de forskjellige dempingsegenskapene til forskjellige organer når det gjelder samspillet mellom røntgenstråler og materie. Organer med høye røntgendempingsforskjeller er avbildet med høy kontrast på CT-bilder (dvs. lungene ser mørke ut og beinene lyse). Organer med svært like dempende egenskaper (ulikt bløtvev), er utfordrende å skille på CT-bilder22. For å løse denne begrensningen har spesialiserte kontrastmidler basert på jod, gull og vismut blitt grundig undersøkt for in vivo-bruk . Disse midlene endrer dempingsegenskapene til vevet der de akkumuleres, fjernes sakte fra sirkulasjonen og muliggjør jevn og stabil opasifisering av hele det vaskulære systemet eller utvalgte vev23.
I human diagnostikk er CT-avbildning og sammenlignbare teknikker, for eksempel MR-avledet protontetthetsfettfraksjon, allerede i bruk for bestemmelse av leverfettinnhold24,25. I sammenheng med NAFLD er høy bløtvevskontrast avgjørende for nøyaktig å skille patologiske lesjoner eller små kar. Til dette formål benyttes kontrastmidler som gir økt kontrast av levervevets egenskaper. Slike verktøy og materialer tillater studier av flere leverkarakteristika og mulige patologiuttrykk, for eksempel arkitekturen og tettheten av det vaskulære nettverket, lipidavsetning / steatose og funksjonell vevsopptak / lipid (kylomikron) overføring i leveren. I tillegg kan hepatisk relativt blodvolum og portalvenediameter også evalueres. På svært kort skannetid gir alle disse parametrene forskjellig og komplementær informasjon om evaluering og progresjon av NAFLD, som kan brukes til å utvikle en ikke-invasiv og detaljert diagnose.
I denne artikkelen gir vi en trinnvis protokoll for bruk av nye in vivo mikro-CT-bildebehandlingsteknikker som en ikke-invasiv metode for å vurdere progresjonsstadiene til NAFLD. Ved hjelp av denne protokollen kan den langsgående analysen av leverstatatose og funksjonelt vevsopptak, samt evaluering av det relative blodvolumet, portalvenediameteren og tettheten til det vaskulære nettverket, utføres og påføres i musemodeller av leversykdom.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>eXIA160</td>
			<td>Binitio Biomedical, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>https://www.binitio.com/?Page=Products</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High fat diet with 60% of kilocalories from fat</td>
			<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>
			<td>Milteny Biotec, Bergisch Gladbach, Germany</td>
			<td>130-095-698</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VivoQuant</td>
			<td>Invicro</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-CUBE&#160;</td>
			<td>Molecubes, Belgium</td>
			<td></td>
			<td>https://www.molecubes.com/systems/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

Ikke-alkoholholdig fettleversykdom (NAFLD) er et voksende globalt helseproblem, og virkningen av NAFLD forsterkes av den nåværende mangelen på effektive behandlinger. Vesentlige begrensende faktorer som hindrer rettidig og nøyaktig diagnose (inkludert gradering) og overvåking av NAFLD, samt utvikling av potensielle terapier, er de nåværende manglene i karakteriseringen av den hepatiske mikromiljøstrukturen og scoringen av sykdomsstadiet på en spatiotemporal og ikke-invasiv måte. Ved hjelp av en diettindusert NAFLD-musemodell undersøkte vi bruken av in vivo mikrocomputertomografi (CT) bildebehandlingsteknikker som en ikke-invasiv metode for å vurdere progresjonsstadiene av NAFLD, og fokuserte hovedsakelig på det hepatiske vaskulære nettverket på grunn av dets betydelige involvering i NAFLD-relatert leverdysregulering. Denne avbildningsmetoden tillater longitudinell analyse av leversteatose og funksjonelt vevsopptak, samt evaluering av det relative blodvolumet, portalvenediameteren og tettheten til det vaskulære nettverket. Å forstå tilpasningene til det hepatiske vaskulære nettverket under NAFLD-progresjon og korrelere dette med andre måter å karakterisere sykdomsprogresjonen på (steatose, betennelse, fibrose) ved hjelp av den foreslåtte metoden, kan bane vei mot etablering av nye, mer effektive og reproduserbare tilnærminger for NAFLD-forskning hos mus. Denne protokollen forventes også å oppgradere verdien av prekliniske dyremodeller for å undersøke utviklingen av nye terapier mot sykdomsprogresjon.

I denne representative studien indikerte mikro-CT-avbildning uten kontrastmiddel en høyere prosentandel leverfett hos mus med NAFLD sammenlignet med kontroller (tabell 2), noe som bekreftet patologien. Ved bruk av ExiTron-kontrastmiddelet og den hepatiske vaskulære nettverksarkitekturen og tetthetsanalysen beskrevet ovenfor, ble den totale volumtettheten i det hepatiske vaskulære nettverket funnet å være høyere hos mus med NAFLD sammenlignet med friske kontroller (figur 6</stro...

Watch this Scientific Journal Video about Novel In Vivo Micro-Computed Tomography Imaging Techniques for Assessing the Progression of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease at JoVE.com

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

Ved hjelp av en diettindusert ikke-alkoholholdig fettleversykdom (NAFLD) musemodell, beskriver vi bruken av nye in vivo mikrocomputertomografiavbildningsteknikker som en ikke-invasiv metode for å vurdere progresjonsstadiene av NAFLD, og fokuserer hovedsakelig på det hepatiske vaskulære nettverket på grunn av dets betydelige involvering i NAFLD-relatert leverdysregulering.

Nye in vivo mikrocomputertomografi bildebehandlingsteknikker for å vurdere utviklingen av ikke-alkoholholdig fettleversykdom

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 ...

Vi anser denne protokollen som viktig fordi den demonstrerer en ikke-invasiv, enkel og enkel metode for å vurdere over tid nøkkelindikatorer for diagnostisering av leversykdom. Denne bildebehandlingsmetoden tillater analyse over tid av leverstatuser, evaluering av det relative blodvolumet, portalvenediameteren, intensiteten i det vaskulære nettverket, alle viktige parametere for leverpatologi. Å forstå tilpasningene til det hepatiske vaskulære nettverket under NAFLD-progresjon og korrelere dette med spesifikke markører som steatose, betennelse og fibrose kan bidra til å etablere nye effektive terapiordninger.Denne teknikken hjelper til med å identifisere slike markører og oppgraderer også verdien av mus i prekliniske studier med fokus på utvikling av nye terapier mot sykdomsprogresjon. For å begynne, plasser det bedøvede dyret i CT-skannerens vugge. Påfør oftalmisk salve, fest nesekeglen og sett skanneparametrene på CT-skanneren.Forbered hale venekateteret og legg musen på en seng for å varme halen i varmt vann. Sett kateteret inn i halevenen og administrer det første kontrastmiddelet via en injeksjon, utført sakte og manuelt med en varighet på ett til tre minutter. Deretter får du hele kroppen og leveren skanner på forskjellige tidspunkter.Følg samme prosedyre for administrering av det andre kontrastmiddelet, 10 dager etter siste avlesning med det første kontrastmiddelet. Etter å ha lastet inn DICOM-filen til pre-kontrastskanningen, juster kontrasten for å se leveren, milten og hvitt fettvev tydelig. Under 3D ROI-verktøyet velger du add ROI for å generere flere ROIer for å utføre prøvetaking i områdene der leveren, milten og fettvevet ser klart ut uten tilsynelatende blodkar og fett.Under malingsmodus velger du Sphere. Merk av i boksen 2D bare og velg en diameter på åtte piksler fra rullegardinmenyen for å male avkastning over data. Fra erode dilate-funksjonen velger du minus en eroder.Utfør prøvetaking ved å segmentere 2D-avkastningen på interesseområdene ved hjelp av Sphere-verktøyet på tverrplanet. Gå til navigasjon og velg vis tabell for å vise kvantifiseringstabellen som inneholder de beregnede feltenhetsverdiene for hunder for hver avkastning. Deretter kobler du verdiene til denne ligningen.Beregn prosentandelen leverfett. Last inn eXIA-skanningens DICOM-fil, og juster kontrasten for å se leveren, milten og venstre ventrikkel tydelig. Under verktøyet 3D ROI velger du add ROI to segment multiple ROIS for leveren.Velg Bare 2D under malingsmodus, og velg Sphere for å legge til en diameter på åtte bildepunkter for å male avkastning over data. Fra erode dilate-funksjonen velger du minus en eroder. Angi et navn og en farge for hver avkastning, og velg vis tabell for å vise kvantifiseringstabellen som inneholder de beregnede HU-verdiene for hver avkastning.Etter å ha gjentatt disse trinnene for å oppnå PV-organ t0, sett inn verdiene i ligningen som vises på skjermen for å trekke ut prosentvis kontrast som tilsvarer den funksjonelle vevsopptakslipidoverføringen. Last inn ExiTron scan DICOM-filen, og juster kontrasten for å se leverens vaskulære nettverk tydelig. Velg legg til avkastning for å generere en 3D-avkastning for leveren.Definer leveravkastningen ved å markere ønsket område. Velg deretter bakgrunnsavkastningen fra ROI-velgeren. Klikk på Perform Cut-ikonet for å fjerne bakgrunnen uten å endre leveravkastningen.Aktiver visningsprogrammet for maksimal intensitetsprojeksjon. Deretter, under segmenteringsalgoritmer merket med tryllestavikonet, velger du tilkoblet terskel for å resegmentere leveravkastningen. Sett tersklene ved å angi minimums- og maksimumsverdiene og oppnå det vaskulære nettverket.Igjen, fjern bakgrunnen levervev for å få en klar representasjon av det vaskulære nettverket. Etter å ha lastet inn ExiTron scan DICOM-filen, juster kontrasten for å se leveren, milten og venstre ventrikkel tydelig. Velg legg til avkastning og segmentavkastning for leveren og et stort blodkar.Definer segmenteringslagene for å generere 2D-avkastning for hvert vev. Gjenta trinnene for DICOM-filen før kontrast for å oppnå gjennomsnittlig lysstyrke i leveren før injeksjon av kontrastmiddel. For portalvenediameteren, finn de tverrgående planene på tre til fire skiver over krysset mellom de overordnede mesenteriske og miltårene, og gå deretter til navigasjon etterfulgt av avstandshygiene, velg linje for å måle den nøyaktige avstanden mellom to punkter.De gjennomsnittlige kontrastverdiene presenteres av disse grupperte dataene. Den funksjonelle vevsopptaksanalysen indikerte en høyere akkumulering og langsommere clearance av eXIA-kontrastmiddelet hos mus med ikke-alkoholisk fettleversykdom sammenlignet med friske kontroller. Disse representative resultatene indikerer forskjellene i prosentandelen leverfett, hepatisk vaskulær nettverksvolum, portalvenediameter og hepatisk relativt blodvolum mellom mus med ikke-alkoholholdig fettleversykdom og friske kontroller.Micro-CT-avbildning uten kontrastmiddel indikerte en høyere prosentandel leverfett hos mus med ikke-alkoholholdig fettleversykdom sammenlignet med kontrollpersoner. Tilsvarende ble det funnet et høyere hepatisk vaskulært nettverksvolum, hepatisk relativt blodvolum og en større portalvenediameter hos mus med ikke-alkoholholdig fettleversykdom sammenlignet med friske kontroller. Det viktigste å huske når du prøver denne teknikken er å hele tiden være nøyaktig på den valgte anatomiske regionen.Å velge feil anatomisk sted kan føre til ikke nøyaktige resultater. Ved å følge denne metoden og protokollen, kan en nøyaktig evaluering av leversykdom staging utføres. Dermed kan det fungere som en spesifisert plattform for evaluering av ny legemiddeleffektivitet.Denne teknikken baner vei for nye, enklere og mer nøyaktige måter å evaluere leverpatologier og initiere relevante legemiddelutviklingsanalyser.

Research

JoVE Journal

Biology

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

Mesoscopic Fluorescence Tomography for In-vivo Imaging of Developing Drosophila

Mesoscopic Fluorescence Tomography for In-vivo Imaging of Developing Drosophila

Visualizing  developing organ formation as well as progession and treatment of disease often  heavily relies on the ability to optically interrogate ...

Techniques for Imaging Ca2+ Signaling in Human Sperm

Techniques for Imaging Ca2+ Signaling in Human Sperm

Fluorescence microscopy of cells loaded with fluorescent, Ca2+-sensitive dyes is used for measurement of spatial and temporal aspects of Ca2+ signaling in ...

In vivo Liver Endocytosis Followed by Purification of Liver Cells by Liver Perfusion

In vivo Liver Endocytosis Followed by Purification of Liver Cells by Liver Perfusion

In vivo Lever endocytose Etterfulgt av Rensing av leverceller av leveren Perfusjons

The liver is the metabolic center of the mammalian body and serves as a filter for the blood.  The basic architecture of the liver is illustrated in ...

Do-It-Yourself Device for Recovery of Cryopreserved Samples Accidentally Dropped into Cryogenic Storage Tanks

Gjør-det-selv Enhet for gjenoppretting av Cryopreserved Prøver uhell falt inn Kryogeniske lagertanker

Liquid nitrogen is colorless, odorless, extremely cold (-196 &deg;C) liquid kept under pressure. It is commonly used as a cryogenic fluid for long term ...

In Vivo Modeling of the Morbid Human Genome using Danio rerio

In Vivo Modeling of the Morbid Human Genome using Danio rerio

In Vivo Modeling av Morbid Human Genome hjelp Danio rerio

Here,  we present methods for the development of assays to query potentially clinically  significant nonsynonymous changes using in  vivo complementation ...

Protocols for Testing the Toxicity of Novel Insecticidal Chemistries to Mosquitoes

Protokoller for Testing toksisitet av romanen Insecticidal kjemikalier til mygg

New classes of insecticides with novel modes of action are needed to control insecticide resistant populations of mosquitoes that transmit diseases such ...

Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography

Micron skala Phenotyping teknikker av mais vaskulær pakker basert på X-ray Microcomputed tomografi

It is necessary to accurately quantify the anatomical structures of maize materials based on high-throughput image analysis techniques. Here, we provide a ...

Assessment of Global Ocular Structure Following Spaceflight Using a Micro-Computed Tomography (Micro-CT) Imaging Method

Assessment of Global Ocular Structure Following Spaceflight Using a Micro-Computed Tomography Micro-CT Imaging Method

Vurdering av global okulær struktur etter romferd ved hjelp av en mikro-computertomografi (Micro-CT) bildemetode

Reports show that prolonged exposure to a spaceflight environment produces morphologic and functional ophthalmic changes in astronauts during and after an ...

Human Liver Microphysiological System for Assessing Drug-Induced Liver Toxicity In Vitro

Human Liver Microphysiological System for Assessing Drug-Induced Liver Toxicity In Vitro

Humant levermikrofysiologisk system for vurdering av legemiddelindusert levertoksisitet in vitro

DILI is a major cause of attrition in drug development with over 1000 FDA-approved drugs known to potentially cause DILI in humans. Unfortunately, DILI is ...

Assessment of Bone Fracture Healing Using Micro-Computed Tomography

Vurdering av benbruddheling ved hjelp av mikrocomputertomografi

Micro-computed tomography (&#181;CT) is the most common imaging modality to characterize the three-dimensional (3D) morphology of bone and newly formed ...