Микрокомпьютерная томография и морфометрический анализ головного мозга новорожденных мышей

Микрокомпьютерная томография (микро-КТ) является ценным инструментом для различных областей исследований. В биологии он особенно подходит для исследования костей из-за поглощения рентгеновских лучей в минерализованных тканях. Благодаря этой особенности различные вопросы, касающиеся развития костей¹, метаболизма² и эволюции ^3,4, а также других тем, были решены с помощью микро-КТ. В 2008 году de Crespigny et ^al.5 показали, что микро-КТ-изображения мозга взрослых мышей и кроликов могут быть получены с использованием йода в качестве контрастного вещества. Эта работа открыла новое применение для этого метода визуализации, поскольку йод позволил получать изображения из мягких тканей, которые в противном случае были бы нечувствительны к рентгеновским лучам. Таким образом, общей целью совмещения микро-КТ и йодсодержащего контрастного вещества является получение изображений с высоким разрешением, на которых можно различить и идентифицировать мягкие ткани на мезо- или макроанатомическом уровне.

Этот метод обладает значительным потенциалом для исследований, требующих детальной фенотипической характеристики ex vivo небольших образцов, таких как эмбрионы мышей, которые широко используются в экспериментальных схемах⁶. Йодный контраст в сочетании с микрокомпьютерной томографией был использован для получения объемных количественных оценок органов⁷ и ориентирных трехмерных (3D) структур ^8,9. В последние годы для описания фенотипических особенностей головного мозга грызунов¹⁰ применяется микрокомпьютерная томография окрашенных образцов, и были предложены различные усовершенствования методики. Было обнаружено, что для мозга взрослого человека протокол 48-часового погружения в йод с предшествующей стадией перфузии гидрогелем позволяет получать изображения высокого качества¹¹. Gignac et ^al.12 расширили пределы этого метода, показав, что мозг крыс, окрашенный йодом, может быть обработан для выполнения рутинных гистологических методов. Аналогичным образом, эти процедуры демонстрируют многообещающие результаты для мозга эмбрионов и грызунов до отъема 8,13,14,15.

Несмотря на то, что нейробиология в основном применяет методы, основанные на микроскопе, для оценки различных структурных и функциональных аспектов развития мозга, такие исследования больше подходят для характеристики конкретных клеточных популяций или пространственно ограниченных структур. И наоборот, микро-КТ позволяет описывать целые структуры и получать 3D-модели, которые сохраняют соответствующую пространственную информацию, что является дополнением к микроскопическим методам. Магнитно-резонансная томография (МРТ) также является стандартным методом, применяемым для изучения структурных особенностей мелких животных 16,17,18. Тем не менее, микро-КТ с использованием контрастного вещества имеет два основных преимущества для фиксированных образцов ex vivo: микро-КТ-сканеры в значительной степени дешевле и просты в эксплуатации, а также обеспечивают более высокое пространственное разрешение, чем МРТ¹².

Целью данной работы является описание процедуры получения изображений мозга новорожденных мышей с высоким разрешением с помощью микрокомпьютерной томографии после окрашивания раствором Люголя, контрастным веществом на основе йода. Представлен комплексный протокол, который начинается с предварительных этапов, таких как забор образцов и фиксация тканей, и проходит через окрашивание, получение микро-КТ изображений и стандартную обработку. Обработка изображений включает в себя сегментацию 3D-объема всей головы, а также мозга и выбор конкретных анатомических плоскостей для оцифровки координат точек, которые затем могут быть использованы в морфометрическом анализе. Несмотря на то, что основное внимание здесь уделяется мозгу новорожденных мышей, аналогичные стратегии могут быть применены и к другим мягким тканям. Таким образом, представленный здесь протокол является достаточно гибким, чтобы его можно было применять, с незначительными изменениями, к другим типам образцов.