マイクロコンピュータ断層撮影法による宇宙飛行後の全球眼構造の評価
Summary
高解像度のマイクロコンピュータ断層撮影を用いて、宇宙飛行が眼構造に損傷を与えたかどうかを判断するプロトコルを提示する。プロトコルは、 エキビボ げっ歯類の眼構造のマイクロCT由来測定を示す。我々は、非破壊三次元技術を用いて、宇宙飛行後の眼の形態変化を評価して眼の損傷を評価する能力を実証する。
Abstract
報告によると、宇宙飛行環境への長時間の暴露は、国際宇宙ステーション(ISS)ミッション中および国際宇宙ステーション(ISS)ミッション後に宇宙飛行士の形態学的および機能的な眼科学の変化を生み出すことを示している。しかし、これらの宇宙飛行による変化の根本的なメカニズムは現在知られていない。本研究の目的は、マウス網膜の厚さ、網膜色素上皮(RPE)、脈絡膜及びスクレラ層のマイクロCTイメージングを用いて、眼構造に対する宇宙飛行環境の影響を判定することであった。10週齢のC57BL/6雄のマウスは、35日間のミッションのためにISSに収容され、その後、組織分析のために生きて地球に戻りました。比較のために、地球上の地上管制(GC)マウスは、同じ環境条件とハードウェアで維持された。眼組織サンプルは、スプラッシュダウン後38(±4)時間以内にマイクロCT分析のために採取した。この固定眼のレチナの断面、RPE、脈絡膜、および膜膜層の画像を、マイクロCT撮像取得法を用いて軸方向および矢状のビューに記録した。マイクロCT分析では、GCと比較して、宇宙飛行サンプルで、レティナ、RPE、および脈絡膜層の厚さの断面領域が変化し、スペースフライトサンプルはコントロールと比較して有意に薄い断面および層を示すことを示した。この研究結果から、マイクロCT評価は、眼構造の変化を特徴付ける感受性と信頼性の高い方法であることを示している。これらの結果は、地球の眼構造に対する環境ストレスの影響についての理解を深めることが期待されます。
Introduction
宇宙飛行の微小重力環境では、流体シフトによる頭蓋内圧(ICP)の上昇が、宇宙飛行関連神経眼症候群(SANS)1、2、3、4、5に寄与している可能性がある。1,2,3,4,5実際、宇宙飛行士の40%以上が、NASAツインズ研究7の宇宙飛行対象を含む国際宇宙ステーション(ISS)ミッション6の間および後にSANSを経験しています。SANSの現在の病態生理学には、視神経腫、地球平坦化、脈絡膜および網膜の折り目、過敏性屈折不変、および神経線維層梗塞(すなわち、綿毛の斑点)などの生理学的変化が含まれ、5,88を十分に文書化されている。しかし、被害の発生に寄与する変化や要因の根本的なメカニズムは不明である。SANSをよりよく理解するために、動物モデルは、宇宙飛行に関連する陰部の構造と機能の変化を特徴付けるために利用可能です。
同じ動物に関する以前の調査では、マウスの残り線に35日間の宇宙飛行の影響を報告しました。この結果は、宇宙飛行が眼管炎および眼血管系に重大な損傷を引き起こすということを解明し、細胞死、炎症および代謝ストレスに関連するいくつかのタンパク質/経路が宇宙飛行9の後に有意に変化した。
現在、疾患の発症や進行を監視するために確立された様々な非侵襲的なイメージング技術と、小さなげっ歯類モデルにも広く使用されている様々な環境ストレッサーに対する生理学的応答があります。これらの技術の一つは、解剖学的構造および病理学的プロセスを評価するマイクロCTであり、マウス10と同じくらい小さい生物にうまく使用されている。
マイクロCTは、マイクロサイズの解像度を達成することができ、適切な造影剤,10、11、12、13、14を10,11添加して軟組織の容積分析に高コントラストを提供することができる。,12,1314マイクロCT技術は、検体の幾何学的なプロファイルへの物理的損傷を最小限に抑え、構造間の空間的関係を変化させないため、グロス解剖学、光顕微鏡、組織学検査などの従来の方法に比べて有利である。また、構造の3次元(3D)モデルは、マイクロCT画像12、14,14から再構築することができる。現在までに、宇宙環境への暴露後の視力障害を示す証拠にもかかわらず、動物モデルのデータはほとんどなく、宇宙飛行に関連するレチンの構造と機能の変化をよりよく理解することができます。現在の研究では、マウスをISSに乗せて35日間のミッションで飛行し、マイクロCTを使用してレチナ、RPE、および脈絡膜層の微細構造を定量化することによって、宇宙飛行環境が眼組織構造に及ぼす影響を決定した。
Protocol
Representative Results
Discussion
この研究の結果は、GC群、特に眼のレチナ、RPE、および眼の脈絡膜層と比較した場合、その厚さの減少によって証明されるように、マイクロCT技術を用いた宇宙飛行マウスアイの構造変化があったことを示した。マイクロCTは、操作を必要とせずに変更を特徴付けるための効率的で非破壊的な技術を提供します。PMA染色の使用は、再構成後に明確な3D断層画像を得るためにマイクロCT画像の品質を高め、物理的に標本の構造を変更する必要がある。これらの画像の追加の利点は、関心のある領域全体をデジタルで表示し、それによってアクセシビリティと発見の再現性を高めることです。この研究の間に作られたマイクロCT画像を通して、標的検体は各層の厚さの決定のために、レチナ、RPE、脈絡膜、および皮膜層のような複数の構造の分化を示した。
プロトコル内の重要なステップは、サイズとテクスチャに起因するサンプルの操作です。試料の取り扱いは、調製時に試料に圧力をかけることなく慎重に行う必要があります。マイクロCTには、解像度とパラメータの標準化された値の欠如といういくつかの制限があります。スキャン中、マイクロCTスキャナは多様な画像処理アルゴリズムを持つ場合があります。しかし、グレースケールの校正は、問題を克服するために追求されるかもしれません。スキャン後、画像の再構築は、組織と実行される分析に基づく必要があります。画像の品質は、断層図法、設定、試料サイズ、および調製方法16、17に依存するので、17それは重要であり得る。
いくつかのタイプの正常および病理学的組織の研究における応用に成功するため、マイクロCTイメージング機能は、他の分析のための容積データをコンパイルするために将来の研究で使用されるべきである。したがって、本研究の目的に基づいて、二次元測定を使用することは許容されたが、総3D構造のセグメンテーションは、検体全体の正確な輪郭を提供することも有益であり得る。非破壊的な技術のすべての利点を持っていても、マイクロCTは免疫検査などの他の方法を置き換えるものではなく、必要に応じてその後の構造学分析を補完し、可能にします。
長期の宇宙飛行状態は、SANSとして定義された宇宙ミッション中および後に宇宙飛行士に一連の構造的および機能的な眼の変化を生み出す。調査結果には、高眼圧シフト、地球平坦化、脈絡膜/レチナルフォールド、コットンウールスポット19が含まれる。宇宙飛行士の光コテレンス断層撮影(OCT)の点では、神経線維層の肥厚の発見とは対照的に、この動物のマイクロ-CT研究では、レチナおよび脈絡膜層の薄化が明らかになった。これらの結果は予想外でした。この不一致は、交じわの要因が原因である可能性があります。マウスはヒトに比べてセファラード液シフトが限られている。この流体シフトの欠如は、重力の変化に対する異なる応答を呼び起こした可能性があります。第二に、マウスは、スプラッシュダウン後38時間以内に解剖され、再適応のための急性応答はまた、レチナおよび脈絡膜の形態学的変化に寄与する可能性がある。この可能性の確認は、宇宙飛行中およびミッション後の長期にわたるさらなる測定を必要とする。
この研究の結果は、宇宙飛行条件、特に重力の変化が、眼の急性および短期的な応答を誘発する可能性があることを示している。眼の眼の急性変化が、眼の機能と宇宙飛行による構造変化のメカニズムに及ぼす影響を調べるには、さらなる調査が必要である。
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、NASA宇宙生物学助成金#NNX15AB41GおよびLLU基礎科学科によって支えられた。チェ・ソンシン、デニス・リーブソン、レベッカ・クロッツは、宇宙飛行研究の成功に大きく貢献し、彼らの支援に大いに感謝しています。著者らはまた、NASAバイオ標本共有プログラムグループ全体の大きな支援に感謝したいと考えています。
また、マイクロCTサービス歯科研究センターにも感謝したいと考えています。
Materials
| 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 |
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