이중 수지 주조 마이크로 컴퓨팅 단층 촬영 또는 덕트(DUCT)는 두 관 시스템의 시각화, 디지털화 및 세분화를 동시에 통해 장기 아키텍처의 3D 분석을 용이하게 합니다. 덕트(DUCT)는 두 개의 방사성파크 수지의 전 생체 주입 을 결합한 다음, 마이크로 컴퓨팅 단층 촬영 스캐닝 및 지형 데이터의 세분화를 결합합니다.
간은 인간과 마우스에 있는 가장 큰 내부 기관이고, 높은 자동 형광은 통 수준에서 기관의 3차원 (3D) 건축을 평가하기위한 중요한 도전을 제시합니다. 간 건축은 혈관과 담즙 나무를 포함하여 수지로 채워질 수 있는 여러 가지 루멘화 된 구조를 특징으로하며, 그렇지 않으면 간세포가 풍부한 파렌치마에서 매우 고정 관념적 패턴을 확립합니다. 이 프로토콜은 마이크로 컴퓨팅 단층 촬영 또는 “덕트”를 캐스팅하는 이중 수지 주조를 수행하기 위한 파이프라인을 설명합니다. 덕트에는 두 개의 다른 방사성 합성 수지와 함께 포털 정맥과 일반적인 담관을 주입하고 조직 고정을 수반합니다. 광학 클리어링 에이전트로 한 엽 또는 간 전체를 제거하여 품질 관리를 통해 적절하게 주입된 시료를 사전 선별할 수 있습니다. 덕트 파이프라인의 두 번째 부분에서, 로브 또는 전체 간은 마이크로 컴퓨팅 단층 촬영(microCT) 스캐닝,(semi-) 자동화된 세분화 및 포털 정맥 및 담즙 네트워크의 3D 렌더링에 사용될 수 있다. MicroCT는 두 수지의 3D 좌표 데이터를 생성하여 두 시스템과 공간 관계의 정량적 분석뿐만 아니라 정성적이었습니다. 덕트산후 및 성인 마우스 간을 적용할 수 있으며 폐내 혈관 네트워크 및 기도와 같은 다른 관형 네트워크로 더 확장될 수 있습니다.
오르간 수지 주조는 17 세기 로 거슬러 올라가는 기술입니다1. 현대 수지 주조의 첫 번째 예 중 하나는 부검에서 인간의 간에서 수행되었다. 간 내 담관은 젤라틴과 혼합 된 조영제로 채워졌으며 X 선 CT 스캔2로 이미징했습니다. 덕트 기술의 목적은 3D로 두 개의 관 수지 캐스트 네트워크를 시각화, 디지털화 및 분석하는 것입니다.
덕트(DUCT)는 단일 시스템 간 수지 주조3,4,5,6,7,8에 대한 광범위한 기존 지식을 기반으로 하며, 두 시스템의 동시 3D 시각화 및 분석으로 확장된다9. 덕트 고급 단일 수지 주조는 서로 다른 콘트라스트의 두 개의 radiopaque 수지와 이러한 수지, 특히 일반적인 담관 및 포털 정맥에 주입하여 이중 수지 주조에 캐스팅. 덕트는 출생 후 15일(P15)부터 재현 가능한 결과를 가진 젊은 산후 마우스에 적용될 수 있다. 현미경 기지를 둔 화상 진찰 기술에 비해, 주요 이점은 덕트가 더 빠르고, 항체가 없고, 간 조직 자동형광이 화상 진찰을 방해하지 않는다는 것입니다. 또한 덕트에서는 루멘화 상태, 내부 직경, 네트워크 연결 및 관류를 설명하는 정량적 데이터를 제공합니다. Lumen 형성 세포의 존재와 사실상 의 형태 발생을 튜브로 분화하는 것은 덕성 세포가 존재하지만 Alagille 증후군10의 경우와 같이 튜브를 형성하지 않는 장기를 분석하는 데 필수적입니다. 덕트의 주요 단점은 점성이 있고 작은 구경 (<5 μm)으로 튜브에 들어가지 않는 수지의 제한된 침투입니다. 덕트는 동맥 및 정맥 순환 시스템, 기도, 외형 담관 또는 림프관과 같은 주입 진입점을 결정한 후 임의의 관 구조를 적용할 수 있다. 그것은 이렇게 폐와 췌장과 같은 그밖 조직의 전체 기관 건축 분석을 촉진할 수 있었습니다.
MicroCT 분할 이미지는 ImageJ와 같은 상업적으로 이용 가능한 이미징 소프트웨어 또는 사용자 지정 작성된 파이프라인(예: MATLAB)을 사용하여 처리할 수 있습니다. 수지 주입 간은 네트워크 확장 및 연결또는 단일 시스템의 부피, 길이, 분기, 고문및 두 시스템 간의 거리 또는 지점 의존성(시스템 2 분기에 근접하여 시스템 1 분기)과 같은 두 시스템 간의 상호 작용을 위해 질적으로 분석될 수 있다. 수지 주입, microCT 스캐닝 및 CT 데이터 세분화를 포함하는 덕트 파이프라인은 두 관 시스템의 건축 메커니즘에 대한 상세한 정량적 분석과 결합되어 동물 모델의 전체 간 분석에 대한 표준을 제공할 수 있습니다.
몇 가지 중요한 단계는 샘플 준비에서 CT 장치의 매개 변수에 이르기까지 덕트의 성공을 결정합니다. 최상의 결과를 얻으려면 잘 대조되고 잘 주입되고 거품이 없는 수지로 자동화된 임계값을 사용하여 3D 데이터, 이미지 및 영화를 얻을 수 있습니다. 이 프로토콜을 교육하고 따라 사용하면 주사의 90 %가 성공하여 재현 가능한 데이터를 초래합니다. 신선한 노란색 수지를 사용하여 두 주입 된 시스템 사이의 최상의 대비를 달성하는 것이 중요합니다. 노란색 수지는 매우 강한 방사선을 가지고 있으며, 파란색 수지는 탐지 할 수없는 방사선을 가지고 있습니다. 최고 결과는 새로운 노란색 수지 병을 연 후 처음 3 개월 이내에 달성된다. 시간이 지남에 따라 수지 침전및 더 이상 저장(>6개월) 후에는 CT 스캔에서 노란색 및 녹색 수지를 더 이상 구별할 수 없습니다. 콘트라스트가 좋지 않은 이미지는 두 시스템의 광범위하고 시간이 많이 소요되는 수동 추적 및 세분화가 필요합니다. 다음으로, 잘 뻗어 있는 튜브는 성인용 마우스의 일반적인 담관과 태아후 마우스의 일반적인 담관 및 포털 정맥에 맞추기 위하여 필수적입니다. 주입의 진입점은 주의하여 만들어야 합니다. 일반적인 담관이 반경으로 열리면 주변 조직에서 분리되어 튜브의 성공적인 진입을 방지할 수 있습니다. 이 단계는 일반적인 담관이 후퇴하고 관도의 삽입을 매우 어렵게 만드는 경우 “곱슬”산후 마우스에 특히 섬세하다. 일반적인 담관 항목 및 주입 몇 가지 연습을 필요로 할 수 있습니다. 수지와 주입 내내 튜브를 준비하는 동안 거품이 CT 이미지에 부정적인 공간을 만들고 시간이 많이 걸리는 수동 보정이 필요하므로 거품 형성을 피하십시오. 주사 시술 도중과 후에 젖은 면봉으로 표면을 부드럽게 통해 간을 마사지하는 것이 중요합니다. 튜브의 주입 및 제거가 완료 된 후 실크 봉합사 매듭을 신속하고 신중하게 조여야하므로 수지가 완전히 중합되기 전에 간에서 흘러 나오지 않습니다. 성공적인 microCT 이미징의 경우 샘플은 아가로즈를 사용하여 적절하게 고정되고 CT 데이터의 이동 아티팩트를 제거하기 위해 열적으로 조정되어야 합니다. 획득 설정도 중요한 중요성을 지니고 있으며, 미세 한 구조를 해결하기 위해 적절한 공간 해상도에 도달하기 위해 최적화되어야 합니다.
주입 절차에 대한 기술적 수정은 젊은 마우스에서 주사를 달성하기 위해 이루어질 수 있습니다. 현재, 젊은 마우스 간수 주조는 충분히 얇은 튜브의 가용성에 의해 제한, PE10은 가장 작은 상업적으로 사용할 수있는 튜브인. 타니미즈 외는 유리 모세혈관11을 사용하여 배아일 17일(E17) 일반적인 담관에 탄소 잉크를 성공적으로 주입하였다. 따라서 유리 모세관을 통해 수지를 전달할 수 있는지 여부에 대한 향후 테스트가 흥미로할 것입니다. 덕트는 폐의 기도 및 폐 동맥 혈관과 같은 다른 관 형 시스템을 주입하기 위해 더 적응되었다9. 이중 수지 주사는 또한 다른 상업적으로 이용 가능한 수지와 함께 사용하도록 수정될 수 있었습니다, 또는 이 프로토콜은 탄소 잉크를 가진 주사에 사용될 수 있었습니다.
덕트 파이프라인의 주요 제한 요인 중 하나는 수지 점도입니다. 덕트는 직경 5 μm 이상의 관 구조의 수지 주조에만 사용할 수 있습니다. 이 데이터 세트에서 수지는 5 μm9의 가장 작은 직경으로 튜브를 관통할 수 있습니다. 이 크기 제한은 미세 한 덕트와 작은 모세 혈관의 분석을 배제합니다. 덕트 파이프라인을 더 작은 구경 선박으로 발전시키기 위해 상업적으로 이용 가능한 다른 수지 또는 새로운 저점도 방사성파크 제제의 개발이 루멘 침투를 향상시킬 수 있습니다.
Hankeova et al.9에서, 덕트는 두 개의 다른 일반적으로 사용되는 기술, 이중 탄소 잉크 주사조직 청산 및 표준 사진, 그리고 iDISCO+와 알파-부드러운 근육 세포 액틴 및 사이토케라틴7담관7을 가진 혈관의 염색으로, 3D imaging9에 그 뒤를 이었다. 덕트는 이중 분석(높은 간 자동 불발성으로 인해 iDISCO+에 도전적이었던), 3D 이미징 및 정량화(탄소 잉크 주입이 불가능함) 및 루멘화(덕트)의 측면에서 다른 두 가지 방법을 능가했습니다( 덕트는 내부 루멘 아키텍처 및 시스템 관류에 대한 데이터를 제공합니다). 위에서 언급했듯이, 덕트의 주요 한계는 탄소 잉크 주입과 iDISCO+가 모두 더 잘 수행되는 파라미터인 주입 및 분석(5 μm 제한)의 최소 루멘 크기입니다. 덕트(DUCT)는 단일 시스템 수지 주조3,5,6에 우수하여 각 주입 된 시스템의 분석을 별도로 허용하고 이중 3D 조사를 용이하게하여 두 시스템 간의 건축 관계를 연구합니다.
덕트(DUCT)는 2개의 튜브 네트워크를 3D로 스터디하기 위해 적용할 수 있습니다. 원리의 증거로, 덕트는 간 담즙 및 포털 정맥 시스템과 폐9의 폐 동맥 혈관 및 기도를 시각화하는 데 사용되었다. 심폐소회관은 포탈 정맥에 인접해 있으며, 포탈 정맥은 담즙 나무의 성장과 분화를 조절하는 구조적 템플릿 및 신호 센터를 제공한다12. Hankeova 외.9에서, 덕트는 인간 소아성병 알라길 증후군을 위한 마우스 모형에 있는 담즙 재생을 탐구했습니다. 덕트(DUCT)는 이전에보고되지 않은 건축 메커니즘을 공개하여 담즙 시스템이 야생 형과 같은 볼륨9을 달성하는 데 사용되었습니다. 알라길 증후군 마우스는 두 가지 다른 전략을 활용: (1) 간의 hilar 및 중앙 지역에서, 담즙 시스템은 그것의 분기를 증가, 그리고 (2) 간 주변에서, 드 노보 생성 담관은 매우 고문했다. 이 두 가지 요인은 비정상적인 아키텍처에도 불구하고 거의 정상담체 시스템 볼륨을 산출하기 위해 결합되었습니다. 또한, 덕트에서는 두 포털 정맥 9 사이의 연결 교량을 형성하는 포털 정맥 분기 및 담관과 무관하게 발생한 비정상적인 담관 분기를 검출했습니다. 이러한 표현형은 단일 수지 주조에서 검출하는 것은 불가능할 것이며 담관 증식으로 2D 조직학적 섹션에서 잘못 해석될 수 있습니다. 따라서 덕트(DUCT)는 전체 기관 또는 로브 수준에서 두 개의 관 형 네트워크의 3D 아키텍처를 설명하는 데이터를 제공하여 질적이고 심층적인 정량적 분석의 가능성을 제공합니다. 덕트는 다른 동물 모형에 있는 산후 간 발달 및 간 재생 분석을 위한 새로운 표준일 수 있었습니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 카리 하퍼트와 스테이시 하퍼트의 전문 지식과 담관 수분 및 실험실 환대에 관한 도움을 주셔서 감사합니다. 우리는 또한 일반적인 담관 통 수분에 대한 그들의 도움에 대한 나드자 슐츠와 샬럿 L. 맷슨에게 감사드립니다.
우리는 그들의 지원에 대한 다음과 같은 부여 기관에 감사드립니다 :
ERA 연구소에서 일하기: 카롤린스카 연구소 (2-560/2015-280), 스톡홀름 란스 랜스팅 (CIMED (2-538/2014-29)), 라그나르 쇠데르 베르그스 스티펠스 (스웨덴 재단의 시작 교부금), 간 연구를위한 유럽 협회 (다니엘 알라길상), 스웨덴 심장 폐 재단 (20170723), 베텐스코프로데트 (2019-01350).
JK 랩의 작업: 우리는 MEYS CR (LM2018110)에 의해 지원 되는 체코 나노 랩 연구 인프라를 인정합니다. J.K. 보조금 FSI-S-20-6353의 지원 덕분에.
1.5 mL SafeSeal micro tubes | Sarstedt | 72.706 | |
23 G butterfly needle with tubing | BD bioscience | 367283 | |
25 G needle | BD bioscience | 305122 | |
30 G needle | BD bioscience | 305106 | |
Agarose | Top-Bio | P045 | |
Benzyl alcohol | Sigma Aldrich | 108006 | |
Benzyl benzoate | Sigma Aldrich | B6630 | |
Corning 50 mL tubes | Sigma Aldrich | CLS430829-500EA | polypropylene |
Cotton swabs | Medicarier | 60406 | |
Dissection Microscope | Leica Camera AG | Leica M60 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline | ThermoFisher Scientific | 14190144 | |
Ethanol 70% | VWR | 83801.41 | |
Falcon tube 15 mL | Verkon | 331.850.084.006 | |
Forceps curved | Fine Science Tools | 11051-10 | Fine Graefe 10 cm curved |
Forceps straight | Fine Science Tools | 11050-10 | Fine Graefe 10 cm straight |
Formaldehyde solution | Sigma Aldrich | F8775 | |
GE Phoenix v|tome|x L 240 | Waygate Technologoies | micro computed tomography scanner | |
Hanks' Balanced Salt Solution | ThermoFisher Scientific | 14025092 | |
Heparin | Leo Pharma | B01AB01 | 5000 IE/mL |
Isolfurane | Baxter | FDG9623 | |
Methanol | ThermoFisher Scientific | 11413413 | |
MICROFIL | Flowtech | MV-122 | synthetic resin yellow |
MICROFIL | Flowtech | MV-120 | synthetic resin blue |
MICROFIL | Flowtech | MV-diluent | clear resin diluent |
Pasteur pipette | Verkon | 130.690.424.503 | |
Peristaltic pump | AgnThos | 010.6131.M20 | |
phoenix datos|x 2.0 software | Baker Hughes | CT data reconstruction software | |
Rocker | VWR | 444-0142 | |
Silk suture | AgnThos | 14757 | Black silk, 4-0, sterile, 100 m |
Skin scissor | Fine Science Tools | 14058-09 | Iris straight tip 9 cm |
Spring scissor | Fine Science Tools | 15000-03 | Vannas micro, straight tip 2 mm |
Syringe 1 mL Luer | BD bioscience | 303172 | |
Tubing PE10 | BD bioscience | 427401 | |
Tubing PE50 | BD bioscience | 427411 | |
VG Studio MAX 3.3 software | Volume Graphics GmbH | CT data processing and analysis software |