Name: measuring retinal vessel diameter from mouse fluorescent angiography images
Uploaded: 2023-05-19T13:20:00
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この研究は、Icelandic Research Fund(217796-052)(A.G.L.)およびHelga Jónsdóttir and Sigurlidi Kristjánsson Memorial Fund(A.G.L and T.E.)からのポスドクフェローシップ助成金によって支援されました。著者らは、マウスを提供してくださったEiríkur Steingrímsson教授に感謝します。

すべての実験は、アイスランド食品獣医局(MASTライセンス番号2108002)によって承認されました。すべての動物実験は、Association for Research in Vision and Ophthalmology(ARVO)の「眼科および視覚研究における動物の使用に関する声明」に従って実施されました。本研究では、雌雄のC57BL/6Jマウスと Mitfmi-vga9/+ マウスを用いた。C57BL/6Jマウス(n=7)を対照として使用した。野生型は商業的に入手さ...

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	<li>Cheung, C. Y., Ikram, M. K., Chen, C., Wong, T. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+retina+to+study+dementia+and+stroke.">Imaging retina to study dementia and stroke.</a> Progress in Retinal and Eye Research. 57, 89-107 (2017).</li><li>Selvam, S., Kumar, T., Fruttiger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+vasculature+development+in+health+and+disease.">Retinal vasculature development in health and disease.</a> Progress in Retinal and Eye Research. 63, 1-19 (2018).</li><li>Ma, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+retinal+vessel+attenuation+in+eyes+with+retinitis+pigmentosa.">Quantitative analysis of retinal vessel attenuation in eyes with retinitis pigmentosa.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 53 (7), 4306-4314 (2012).</li><li>Eysteinsson, T., Hardarson, S. H., Bragason, D., Stefansson, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+vessel+oxygen+saturation+and+vessel+diameter+in+retinitis+pigmentosa.">Retinal vessel oxygen saturation and vessel diameter in retinitis pigmentosa.</a> Acta Ophthalmologica. 92 (5), 449-453 (2014).</li><li>Al-Latayfeh, M., Silva, P. S., Sun, J. K., Aiello, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antiangiogenic+therapy+for+ischemic+retinopathies.">Antiangiogenic therapy for ischemic retinopathies.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (6), 006411 (2012).</li><li>Wang, S., Villegas-Perez, M. P., Vidal-Sanz, M., Lund, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progressive+optic+axon+dystrophy+and+vacuslar+changes+in+rd+mice.">Progressive optic axon dystrophy and vacuslar changes in rd mice.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 41 (2), 537-545 (2000).</li><li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoreceptor+cells+influence+retinal+vascular+degeneration+in+mouse+models+of+retinal+degeneration+and+diabetes.">Photoreceptor cells influence retinal vascular degeneration in mouse models of retinal degeneration and diabetes.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 57 (10), 4272-4281 (2016).</li><li>Steingrimsson, E., Copeland, N. G., Jenkins, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melanocytes+and+the+microphthalmia+transcription+factor+network.">Melanocytes and the microphthalmia transcription factor network.</a> Annual Review of Genetics. 38, 365-411 (2004).</li><li>Arnheiter, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+discovery+of+the+microphthalmia+locus+and+its+gene.">The discovery of the microphthalmia locus and its gene.</a> Mitf. Pigment Cell &amp; Melanoma Research. 23 (6), 729-735 (2010).</li><li>Garcia-Llorca, A., Aspelund, S. G., Ogmundsdottir, M. H., Steingrimsson, E., Eysteinsson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+microphthalmia-associated+transcription+factor+(Mitf)+gene+and+its+role+in+regulating+eye+function.">The microphthalmia-associated transcription factor (Mitf) gene and its role in regulating eye function.</a> Scientific Reports. 9 (1), 15386 (2019).</li><li>Bharti, K., Liu, W., Csermely, T., Bertuzzi, S., Arnheiter, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alternative+promoter+use+in+eye+development:+the+complex+role+and+regulation+of+the+transcription+factor+MITF.">Alternative promoter use in eye development: the complex role and regulation of the transcription factor MITF.</a> Development. 135 (6), 1169-1178 (2008).</li><li>Lu, S. Y., Li, M., Lin, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitf+induction+by+RANKL+is+critical+for+osteoclastogenesis.">Mitf induction by RANKL is critical for osteoclastogenesis.</a> Molecular Biology of the Cell. 21 (10), 1763-1771 (2010).</li><li>Pillaiyar, T., Manickam, M., Jung, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+development+of+signaling+pathways+inhibitors+of+melanogenesis.">Recent development of signaling pathways inhibitors of melanogenesis.</a> Cellular Signalling. 40, 99-115 (2017).</li><li>Danielsson, S. B., Garcia-Llorca, A., Reynisson, H., Eysteinsson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+microphthalmia-associated+transcription+factor+(Mitf)+mutations+affect+the+structure+of+the+retinal+vasculature.">Mouse microphthalmia-associated transcription factor (Mitf) mutations affect the structure of the retinal vasculature.</a> Acta Ophthalmologica. 100 (8), 911-918 (2022).</li><li>Burns, S. A., Elsner, A. E., Gast, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+the+retinal+vasculature.">Imaging the retinal vasculature.</a> Annual Review of Vision Science. 7, 129-153 (2021).</li><li>Wei, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+vessel+diameter+quantification+and+vessel+tracing+for+OCT+angiography.">Automated vessel diameter quantification and vessel tracing for OCT angiography.</a> Journal of Biophotonics. 13 (12), e202000248 (2020).</li><li>Salas, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+akinetic+swept+source+optical+coherence+tomography+angiography+at+1060+nm+supporting+a+wide+field+of+view+and+adaptive+optics+imaging+modes+of+the+posterior+eye.">Compact akinetic swept source optical coherence tomography angiography at 1060 nm supporting a wide field of view and adaptive optics imaging modes of the posterior eye.</a> Biomedical Optics Express. 9 (4), 1871-1892 (2018).</li><li>Albanna, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+evaluation+of+neurovascular+coupling+in+the+murine+retina+by+dynamic+retinal+vessel+analysis.">Non-invasive evaluation of neurovascular coupling in the murine retina by dynamic retinal vessel analysis.</a> PLoS One. 13 (10), e0204689 (2018).</li><li>Moult, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluating+anesthetic+protocols+for+functional+blood+flow+imaging+in+the+rat+eye.">Evaluating anesthetic protocols for functional blood flow imaging in the rat eye.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (1), 16005 (2017).</li></ol>

本論文は、マウスFA画像から網膜血管径と網膜血管系を解析する方法を初めて紹介したものです。網膜血管系の画像をキャプチャするために眼底イメージングのみが利用されたため、この方法にはいくつかの欠点があり、そのうちの1つは、この研究で調べたマウスの網膜血管系の表層の変化のみを推測できることです。より深い層の違いはまだ不明です。 
血管の自動ト?...

おそらく、体内で最も研究されている血管床は網膜血管系です。ますます進歩する技術の洗練により、網膜血管系は生きている患者で簡単に撮影され、多くの研究分野で使用されています1。さらに、発生中のマウス網膜血管系は、血管成長の基礎生物学の研究に非常に効果的なモデルシステムであることが証明されています。網膜血管系の主な目的は、神経組織2を透過する層状毛細血管網を通して、網膜の内側部分に代謝サポートを提供することである。それにもかかわらず、網膜の状態、ひいては機能障害や萎縮は、網膜血管系の分岐部と動脈の直径の両方に重大な影響を与える可能性があり、網膜細胞と血管系3,4との間の相互作用を示しています。未熟児網膜症(ROP)、糖尿病性網膜症(DR)、加齢黄斑変性症(AMD)、緑内障、角膜血管新生など、多くの眼疾患が異常な眼血管新生を引き起こすことが知られています5。網膜血管系の場合、網膜変性のマウスモデルは、ヒトの血管疾患に見られるものに匹敵する変化を示すことがよくあります6,7。基本的なヘリックス-ループ-ヘリックス-ジッパー転写因子のMycスーパージーンファミリーには、網膜色素上皮(RPE)8,9,10で発現する小眼球症関連転写因子(Mitf)遺伝子が含まれる。
目、耳、免疫系、中枢神経系、腎臓、骨、皮膚など、数多くの臓器がMitf 9,11,12,13によって調節されていることが実証されています。 私たちは、Mitf遺伝子にさまざまな変異を持つマウスでは、RPEの構造と機能が影響を受け、網膜変性症のいくつかのケースを引き起こし、最終的には視力喪失をもたらすことを発見しました10。最近、Mitf変異体マウスと野生型マウスとでは、血管数と血管径が有意に異なることが示されている14。研究者や医師は、網膜イメージングの進展により、in vivoで網膜血管系を正確に定量できるようになりました。1800年代以降、研究者や医師は網膜血管系を視覚化する利点を利用しており、フルオレセイン血管造影法(FA)は網膜血流と血液網膜関門の劣化の両方を示している15。
この記事では、MATLAB ソフトウェアでカスタム記述されたコードを使用して、マウスの FA 画像から網膜血管の直径を解析する方法を示します。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1% Tropicamide (Mydriacyl)</td>
			<td>Alcon Inc Laboratories</td>
			<td></td>
			<td>Mydriatic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2% Methocel</td>
			<td>OmniVision Eye Care</td>
			<td></td>
			<td>Hydroxypropryl methylcellulose gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL/6J</td>
			<td>Jackson Laboratory</td>
			<td>000664</td>
			<td>Wild type mice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chanazine 2% (xylazine)</td>
			<td>Chanelle Animal Health UK</td>
			<td>BN I21322/I</td>
			<td>Anesthesia IP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel for Microsoft 365</td>
			<td>Microsoft Inc</td>
			<td></td>
			<td>Software package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>28803-100G</td>
			<td>Fluorescent angiography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab 8.0</td>
			<td>The MathWorks, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Software package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micron IV rodent fundus camera</td>
			<td>Phoenix-Micron</td>
			<td>40-2200</td>
			<td>Fundus photography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylephrine 10% w/v</td>
			<td>Bausch &#38; Lomb</td>
			<td></td>
			<td>Mydriatic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline - 100 tablets</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>18912-014</td>
			<td>Dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sigmaplot 13</td>
			<td>Jandel Scientific Software</td>
			<td></td>
			<td>Software package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S-Ketamine, 25 mg/mL</td>
			<td>Pfizer Inc.</td>
			<td>PAA104470</td>
			<td>Anesthesia IP</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring retinal vessel diameter from mouse fluorescent angiography images

網膜症における網膜血管系の発達を研究することは重要であり、異常な血管の成長は最終的に視力喪失につながる可能性があります。小眼球症関連転写因子(Mitf)遺伝子の変異は、色素沈着低下、小眼球症、網膜変性、場合によっては失明を示します。非侵襲的手段によるマウス網膜の in vivo イメージングは、眼の研究に不可欠です。しかし、マウス眼底のイメージングはサイズが小さいため難しく、専用のツールやメンテナンス、トレーニングが必要になることがあります。本研究では、MATLABで書かれた自動プログラムを用いてマウスの網膜血管径を解析できる独自のソフトウェアを開発しました。眼底写真は、フルオレセイン塩溶液の腹腔内注射後、市販の眼底カメラシステムで取得されました。画像はコントラストを高めるために変更され、MATLABプログラムでは、視神経乳頭から事前に定義された距離で平均血管径を自動的に抽出することが許可されました。血管の変化は、野生型マウスおよび Mitf 遺伝子に種々の変異を有するマウスにおいて、網膜血管径を解析することにより調べた。ここで開発されたカスタムメイドのMATLABプログラムは、実用的で使いやすく、研究者はマウスの網膜血管系の平均直径と平均全径、および血管数を便利かつ確実に解析できます。

図1は、網膜血管系の解析に用いたプロセスを示しており、これを試験したすべてのマウスのマウスFFA画像に適用しています。光ディスクの 2 倍の半径を使用して、光ディスクの中心から時計回りに円を描くピクセルの強度を測定します。ピクセルは、ユーザー指定のしきい値より上と下のポイントをそれぞれ横切ると、開始点または終了点でマークされます。これを30?...

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Measuring Retinal Vessel Diameter from Mouse Fluorescent Angiography Images

マウス網膜血管系は、血管パターン形成のメカニズムを理解する上で特に興味深いものです。このプロトコルは、視神経乳頭から一定の距離にある蛍光血管造影眼底画像からマウス網膜血管の直径を自動的に測定します。

マウス蛍光血管造影画像からの網膜血管径の測定

It is important to study the development of retinal vasculature in retinopathies in which abnormal vessel growth can ultimately lead to vision loss. ...

このプロトコルは、遺伝子変異または網膜疾患による麻酔マウスの網膜血管の直径を自動的に測定するための簡単で信頼性の高い方法を提供します。この手法の主な利点は、ここでカスタム作成されたMATLABプログラムが実用的で、使いやすく、便利で信頼性が高いことです。網膜血管の直径の変化は、RPやその他の網膜血管の状態などの変性疾患で一般的に発生します。マウスモデルは、治療効果と網膜血管への影響に関する洞察を提供します。この方法は、眼の血管障害の進行に続く定量化可能な臨床マーカーとして、また潜在的な治療法のモニタリングに潜在的に有用である可能性があります。まず、フルオレセイン作業溶液を含む注射器を調製し、麻酔をかけた動物に腹腔内に投与し、角膜表面に2%メチルセルロースゲルを一滴塗布します。次に、動物をイメージングシステムの位置決めステージに置きます。網膜イメージング眼底カメラのレンズをマウスの角膜に直接優しく触れるように配置し、視神経乳頭が視野の中央に配置されるように位置合わせを少し調整します。次に、眼底カメラの緑色の蛍光チャネルに切り替え、網膜血管に焦点を合わせて画像を撮影します。フルオレセイン注入後の所望の時点で画像を撮影し、理想的な時点を決定し、フルオレセイン眼底画像を可視化します。まず、MATLABプログラムを開きます。次に、眼底直径をダウンロードして保存します。FFA 画像を画像分析フォルダーにドラッグ アンド ドロップします。MATLAB プログラムで、コード ファイルを 2 回クリックしてアクティブにします。[実行] オプションを選択します。画像を選択するポップアップメニューが表示されます。画像を選択すると、分析パラメータのポップアップメニューが画面に表示されます。ポップアップメニューで解析パラメータを設定し、OKを押します。光ディスクの中心を選択し、次に光ディスクの端を選択します。解析はバックグラウンドで行われ、解析結果が画面に表示されます。この表には、各容器の平均値、標準偏差、および標準誤差の値が含まれています。テーブルを保存します。次に、平均厚さを設定した図を保存します。保存したファイルのある解析フォルダを開き、保存した図を開きます。保存したテーブルを開き、値をコピーして Excel ファイルに貼り付けます。フルオレセイン注入後、コントロールマウスとMITFMI-VGA9/変異マウスの画像を取得し、視神経乳頭の中心から血管の終点までの距離を時計回りに最短距離を測定しました。平均血管径は、野生型マウスおよび変異型マウスの血管数の関数として求められました。覚えておくべき最も重要なことは、眼底カメラの位置と眼底画像内の視神経乳頭の中央揃えです。この技術に加えて、新薬を探索し、眼のさまざまな血管状態を診断し、網膜血管系の機能をよりよく理解するために、分子技術を実行することができます。

Research

JoVE Journal

Medicine

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Indocyanine Green&#160;Angiography (or ICGA) is a technique performed by ophthalmologists to diagnose abnormalities of the choroidal and retinal ...

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Ferric Chloride-induced Thrombosis Mouse Model on Carotid Artery and Mesentery Vessel

塩化第二鉄誘発性頚動脈および腸間膜血管に血栓症のマウスモデル

Severe thrombosis and its ischemic consequences such as myocardial infarction, pulmonary embolism and stroke are major worldwide health issues. The ferric ...

Fluorescent Dye Labeling of Erythrocytes and Leukocytes for Studying the Flow Dynamics in Mouse Retinal Circulation

マウス網膜循環における血流動態を調べるための赤血球および白血球の蛍光色素標識

The retinal and choroidal blood flow dynamics may provide insight into the pathophysiology and sequelae of various ocular diseases, such as glaucoma, ...

Preparation Steps for Measurement of Reactivity in Mouse Retinal Arterioles Ex Vivo

Preparation Steps for Measurement of Reactivity in Mouse Retinal Arterioles Ex Vivo

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Vessel-sparing Excision and Primary Anastomosis

血管温存切除と吻合

Urethroplasty is considered to be the standard treatment for urethral strictures since it provides excellent long-term success rates. For isolated short ...

Two-vessel Occlusion Mouse Model of Cerebral Ischemia-reperfusion

2 血管閉塞マウス脳虚血・再灌流モデル

In this study, a middle cerebral artery (MCA) occlusion mouse model is employed to study cerebral ischemia-reperfusion. A reproducible and reliable mouse ...

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ヒト多能性幹細胞からの3Dレチナル組織の導出のためのレチナルオガノイド誘導システム

Retinal degenerative diseases are the main causes of irreversible blindness without effective treatment. Pluripotent stem cells that have the potential to ...

Evaluation of Capillary and Other Vessel Contribution to Macular Perfusion Density Measured with Optical Coherence Tomography Angiography

光干渉断層撮影血管造影法で測定した黄斑灌流密度に対する毛細血管および他の血管寄与の評価

Parafoveal circulation of the superficial retinal capillary plexus is usually measured with vessel density, which determines the length of capillaries ...

Standardized Rat Coronary Ring Preparation and Real-Time Recording of Dynamic Tension Changes Along Vessel Diameter

標準化されたラット冠状動脈リング調製と血管直径に沿った動的張力変化のリアルタイム記録

As a key event of cardiovascular system diseases, coronary artery disease (CAD) has been widely regarded as the main culprit of atherosclerosis, ...

Retinal Explant of the Adult Mouse Retina as an Ex Vivo Model for Studying Retinal Neurovascular Diseases

Retinal Explant of the Adult Mouse Retina as an Ex Vivo Model for Studying Retinal Neurovascular Diseases

網膜神経血管疾患研究のための ex vivo モデルとしての成体マウス網膜網膜の外植片

One of the challenges in retina research is studying the cross-talk between different retinal cells such as retinal neurons, glial cells, and vascular ...