אנו מציגים פרוטוקול באמצעות הדמיית טומוגרפיה מיקרו-מחושבת ברזולוציה גבוהה כדי לקבוע אם נגרם נזק לתענות חלל על מבנים עיניים. הפרוטוקול מראה את המדידה הזעירה-CT של מבנים עיניים של מכרסם vivo לשעבר. אנו מדגימים את היכולת להעריך שינויים מורפולוגיים עיניים בעקבות טיסות חלל באמצעות טכניקה תלת-מינדית לא הרסנית כדי להעריך נזק עיני.
על פי הדיווחים, חשיפה ממושכת לסביבת הטיסה בחלל מייצרת שינויים מורולוגיים ואופטלמוסיים פונקציונליים באסטרונאוטים במהלך משימת תחנת החלל הבינלאומית (ISS) ואחריה. עם זאת, המנגנונים הבסיסיים של שינויים אלה הנגרמים על-ידי חלל אינם ידועים כעת. מטרת המחקר הנוכחי הייתה לקבוע את ההשפעה של סביבת spaceflight על מבנים עיניים על ידי הערכת עובי רשתית העכבר, אפיתל פיגמנט רשתית (RPE), כורואיד ואת שכבת sclera באמצעות הדמיית מיקרו CT. עכברים זכרים בני עשרה שבועות C57BL/6 שוחזרו על סיפון ה-ISS למשימה בת 35 יום ולאחר מכן חזרו לכדור הארץ בחיים לניתוח רקמות. לשם השוואה, עכברי בקרת קרקע (GC) על פני כדור הארץ נשמרו בתנאים סביבתיים זהים וחומרה. דגימות רקמת עינית נאספו לניתוח מיקרו-CT בתוך 38 (±4) שעות לאחר הנחיתה. התמונות של חתך רוחב של הרשתית, RPE, choroid, ואת שכבת sclera של העין הקבועה נרשם בתצוגה סיסית וקשת באמצעות שיטת רכישת הדמיה מיקרו CT. ניתוח המיקרו-CT הראה כי אזורי הרוחב של הרשתית, RPE ועובי שכבת כורואיד שונו בדגימות טיסה בחלל בהשוואה ל-GC, כאשר דגימות טיסה בחלל מראות חתך רוחב ושכבות דקים יותר באופן משמעותי בהשוואה לפקדים. ממצאי מחקר זה מצביעים על כך שהערכת מיקרו-CT היא שיטה רגישה ואמינה לאפיון שינויים במבנה ה עיני. תוצאות אלה צפויות לשפר את ההבנה של ההשפעה של לחץ סביבתי על מבנים עיניים גלובליים.
בסביבת microgravity של spaceflight, לחץ תוך גולגולתי מוגבר (ICP) הנגרמת על ידי שינוי נוזלים אולי תרם לתסמונת נוירו-עינית הקשורה לחללית (SANS)1,2,,3,,4,,5. ואכן, יותר מ-40% מהאסטרונאוטים חוו את SANS במהלך משימת תחנת החלל הבינלאומית (ISS)6 ואחריה, כולל נושא הטיסה לחלל של מחקרהתאומים של נאס”א 7. הפתופיזיולוגיה הנוכחית של SANS כוללת שינויים פיזיולוגיים כגון בצקת דיסק אופטי, שיטוח כדור הארץ, קפלי כורואידים ורשתית, שינויי שגיאה שבירה היפראופית, ואוטמי שכבת סיבי עצב (כלומר, כתמי צמר גפן)ומתועדים היטב 5,8. עם זאת, המנגנונים הבסיסיים של השינויים והגורמים התורמים לפיתוח הנזק אינם ברורים. על מנת לקבל הבנה טובה יותר של SANS, מודלים של בעלי חיים זמינים לאפיון השינויים הקשורים לחללית במבנה ובתפקוד של רשתית.
בחקירה קודמת על אותן חיות, דיווחנו על ההשפעה של 35 ימים של חללית על רשתית העכבר. התוצאות מסיקות כי spaceflight גורם נזק משמעותי ברשתית וסקולטור רשתית, וכמה חלבונים / מסלולים הקשורים למוות תאים, דלקת ומתח חילוף חומרים שונו באופן משמעותי לאחר spaceflight9.
כיום, ישנן מגוון רחב של טכניקות הדמיה לא פולשניות הוקמו כדי לפקח על התפתחות המחלה והתקדמות, כמו גם תגובות פיזיולוגיות לחצים סביבתיים שונים, אשר נמצאים גם בשימוש נרחב במודלים מכרסמים קטנים. אחת הטכניקות הללו היא micro-CT, אשר מעריך מבנים אנטומיים ותהליכים פתולוגיים, ונעשה בו שימוש מוצלח על אורגניזמים קטנים כמו עכברים10.
Micro-CT יכול להשיג רזולוציה microsized, וזה יכול לספק ניגודיות גבוהה לניתוח נפח של רקמות רכות עם תוספת של סוכןהניגודיות המתאים 10,,11,12,,13,,14. טכנולוגיית Micro-CT היא יתרון בהשוואה לשיטות מסורתיות כגון אנטומיה ברוטו, מיקרוסקופיה קלה, ובדיקת היסטולוגיה, כפי שהוא ממזער נזק פיזי לפרופיל הגיאומטרי של הדגימות ואינו משנה את הקשר המרחבי בין מבנים. בנוסף, ניתן לשחזר מודלים תלת מימדיים (תלת-ממדיים) של מבנים מתמונות מיקרו-CT12,14. עד כה, למרות ראיות המציגות ליקוי ראייה בעקבות חשיפה לסביבת החלל, מעט נתונים במודלים של בעלי חיים זמינים להבנה טובה יותר של השינויים הקשורים לחללית במבנה ובתפקוד של רשתית. במחקר הנוכחי, עכברים הוטסו במשימה של 35 יום על סיפון ISS כדי לקבוע את ההשפעה של סביבת הטיסה בחלל על מבני רקמות עינית על ידי כימות המיקרו-מבנה של הרשתית, RPE, ואת שכבות כורואיד באמצעות מיקרו-CT.
תוצאות המחקר הראו כי היו שינויים מבניים בעין העכבר של הטיסה בחלל באמצעות טכניקת מיקרו-CT בהשוואה לקבוצות GC, במיוחד של הרשתית, RPE, ואת שכבות כורואיד של העין, כפי שמעיד על ידי עובים ירד. Micro-CT מספק טכניקה יעילה ולא הרסנית לאפיון השינויים ללא צורך במניפולציה. השימוש בכתמים PMA שיפר את איכות תמונות מיקרו-CT כדי להשיג בהצלחה תמונות רמוגרפיות תלת-ממדיות ברורות לאחר השחזור, ויתור על כל צורך לשנות פיזית את מבנה הדגימה. יתרון נוסף של תמונות אלה הוא שהם מציגים את כל אזור העניין באופן דיגיטלי, ובכך להגדיל את הנגישות, כמו גם לשחזר את הממצאים. באמצעות תמונות מיקרו-CT המיוצר במהלך מחקר זה, הדגימה ממוקדת הראה בידול של מבנים מרובים כמו הרשתית, RPE, choroid, ו שכבת sclera לקביעת העובי של כל שכבה.
שלב קריטי בתוך הפרוטוקול הוא מניפולציה של הדגימות בשל גודלן ומרקםן. הטיפול בדגימה חייב להיעשות בזהירות מבלי להפעיל לחץ על הדגימה במהלך ההכנה. למיקרו-CT יש כמה מגבלות: רזולוציה והיעדר ערכים מתוקנים עבור הפרמטרים. במהלך הסריקה, סורקי מיקרו-CT שונים עשויים להיות אלגוריתמים שונים לעיבוד תמונה; עם זאת, ניתן להמשיך לכיול גווני אפור כדי להתגבר על כל בעיה. לאחר הסריקה, שחזור התמונות צריך להתבסס על הרקמה והניתוח שיבוצע. זה יכול להיות קריטי מאז איכות התמונה תלויה במערכת הטומוגרפית, ההגדרות, גודל הדגימה, כמו גם שיטותההכנה 16,17.
בשל היישום המוצלח שלה בחקר מספר סוגים של רקמות נורמליות ופתולוגיות, יכולות הדמיה מיקרו-CT יש להשתמש במחקר עתידי כדי לאסוף נתונים volumetric לניתוחים אחרים. לפיכך, בהתבסס על מטרת המחקר הנוכחי, היה מקובל להשתמש במדידות דו-ממדיות, אך פילוח מבנה התלת-ממד הגולמי יכול גם להועיל כדי לספק קווי מתאר מדויקים של הדגימה כולה. אפילו עם כל היתרונות של טכניקה לא הרסנית, מיקרו-CT לא יחליף שיטות אחרות כגון אימונוהיסטוכימיה, אבל ישלים ויאפשר ניתוחים היסטולוגיים הבאים אם תרצה.
מצב ממושך של הטיסה בחלל מייצר סדרה של שינויים מבניים ופונקציונליים באסטרונאוטים במהלך ואחרי משימת החלל המוגדרת כ-SANS. הממצאים כוללים משמרות היפראופיות, שיטוח כדור הארץ, קפלי כורואיד/רשתית וכתמי צמר גפן19. בניגוד טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית של אסטרונאוטים (OCT) מציאת של עיבוי שכבת סיבי עצב ברשתית, דילול של רשתית ושכבה כורואידית תועד במחקר זה מיקרו-CT בעלי חיים. תוצאות אלה היו בלתי צפויות. אי-התאמה זו עשויה להיווות כתוצאה מגורמים מבלבלים. לעכברים יש תנוד נוזלי צ’פלאד מוגבל בהשוואה לבני אדם. חוסר זה של שינוי נוזלים אולי עורר תגובות שונות לשינויים כבידתיים. שנית, עכברים נותחו בתוך 38 שעות לאחר ההתזה, ותגובה חריפה לעיבוד מחדש עשויה גם לתרום לשינויים מורפולוגיים ברשתית ובכ’ורואיד. אישור אפשרות זו דורש מדידות נוספות במהלך הטיסה בחלל ולטוח הארוך לאחר המשימה.
תוצאות המחקר מצביעות על כך שתנאי טיסת החלל, במיוחד שינויים כבידתיים, עשויים לגרום לתגובה חריפה וקצרת טווח בעין. דרושה חקירה נוספת כדי לקבוע את ההשלכות של השינויים החריפים על תפקוד רשתית ועל מנגנון השינויים המבניים המושרה על-ידי חלל.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי מענק נאס”א ביולוגיה בחלל # NNX15AB41G ו LLU המחלקה למדעים בסיסיים. סונגשין צ’וי, דניס לווסון ורבקה קלוץ תרמו באופן משמעותי להצלחת מחקר התעופה בחלל שלנו ואנחנו מעריכים מאוד את תמיכתם. המחברים גם רוצים להודות לכל קבוצת תוכנית שיתוף הביו-פשצימן של נאס”א על עזרתם הגדולה.
המחברים גם רוצים להודות למרכז לחקר השיניים עבור שירות מיקרו-CT.
10 wt. % phosphomolybdic | Sigma | 12026-57-2 | |
Ethanol absolute by Baker Analyzed | VWR | 80252500 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Merck | L1825 | |
X-ray micro-CT system SkyScan 1272 scanner | Bruker |