הפוך לנתיחה ונתונים DiceCT לחשוף אחרת מוסתרים באבולוציה של הפנים הפרימטים
7 בינואר 2019
הבעות פנים הם מצב של תקשורת חזותית המיוצר על ידי השרירים מימטי. כאן, אנו מציגים פרוטוקולים עבור טכניקות הרומן של דיסקציה הפוכה ו- DiceCT כדי להמחיש באופן מלא להעריך מימטי השרירים. טכניקות משולבות אלה ניתן לבחון היבטים מורפולוגיים פיזיולוגיים של מערכת השרירים מימטי כדי לקבוע היבטים פונקציונליים.
שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בביולוגיה האבולוציונית, כגון האבולוציה של תקשורת חברתית. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שהיא מספקת ראיות ישירות עבור צורה ונוכחות של שרירים מימטיים. זה מבטל את הניחושים בתהליך הניתוח, והוא משמר שכבות שרירים.
בשילוב עם DiceCT, ניתוח הפוך הוא תקן הזהב החדש לחקירת שרירים מימטיים. כדי להתחיל, בצע את פרוטוקול הטקסט הנלווה עבור קיבעון והכנה של דגימה. לאחר מכן, העבר את הדגימה למכסה המנוע של האדים.
לאחר מכן, לשטוף את הדגימה במשך כמה שעות במים זורמים. לאחר שהדגימה נשטיפת, טופסים אותה יבשה במגבות נייר, ומעבירים אותה לתחנת עבודה. עם המוח וגולגולת יתר הוסר, לעשות חתך אחד ליד אזור glabella של הגולגולת, ועוד לאורך ההיבט caudal של הגולגולת, שם עצם הגולגולת שלם.
תן תן תן תן לחץ חוץ על הפתגם העורפי בקצה הגולגולת. זה מסמן את האזור שבו הגולגולת פוגשת את עמוד השדרה. לאחר מכן השתמש אזמל ולעשות חתך קו האמצע, החל protuberance העורפי החיצוני.
חותכים את הדגימה על פני האזור הקודקודי והחזיתי של הגולגולת. המשך ולעבור מעל אזור המסלול בין העיניים, במורד אזור האף, כל הדרך דרך אזור האף החיצוני בין nares. לאחר מכן, לעשות חתך על הלסת התחתונה והמרכזית החותכים, ולהזיז את האזמל באופן סיבתי לכיוון עצם הבריח.
בשלב זה, לבחור צד אחד של מסכת הפנים, ולשחרר אותו מן הגולגולת, משאיר את הצד השני במקום. החל באזור העורפי, השתמש באזמל כדי לחתוך את מסכת הפנים, כולל שרירים מימטיים, הרחק העצם העורפית של הגולגולת, מושך את המסכה rostrally וצולח. חותכים את שריר העורף מן הגולגולת, משאיר כמות קטנה של השריר מאחור על הגולגולת, כך ההחזקה שלה עדיין ניתן לדמיין, לאחר מסכת הפנים הוסר.
על ידי השארת חלק מהשריר מאחור על הגולגולת הגרמי והעגלתי, ניתן לשמר ולהקליט קבצים מצורפים במועד מאוחר יותר. לאחר האוזן החיצונית נפגעת, לאתר את השרירים auricular. חותכים דרך השרירים האלה, כך שחלק קטן של כל שריר נשאר עם הגולגולת.
לאחר מכן, לחתוך דרך הסחוס האלסטי חיבור האוזן החיצונית לגולגולת. ממשיכים למשוך את המסכה, ומשחררים כל שריר מימטי מהגולגולת, משאירים חלק קטן מכל שריר מאחור על הגולגולת. ברגע שיש מסכת פנים שלמה מצד אחד של הגולגולת, לאפשר לו לשבת בחוץ עם השרירים חשופים לאוויר, במשך שעה עד שלוש שעות, בהתאם לגודל של הדגימה.
זה יהיה לדכא את רקמת החיבור על מסכת הפנים, ולהגדיל את ניגודיות הצבע בין שריר רקמת חיבור. עם הניגוד בין שריר לרקמת חיבור משופרת כעת, השתמש במספר שלוש אזמל, מדפים ומספריים מיקרו כדי להסיר רקמת חיבור מספקת, על מנת לדמיין את השרירים. השכבה השטחית של השרירים הומיטיים בתפיסה הפוכה זו, מרימים ומפרידים בעדינות את שכבת השרירים העמוקה מהשכבה השטחית, ומסירים את רקמות החיבור המקיפות את השרירים השטחיים.
בסיום, להחזיר את מסכת הפנים וכתוצאה מכך בחזרה לפורמלין. ההליך עשוי להיות מושהה כאן, לפני שעבר לנתח נוסף, או לפני שתמשיך להכתים. בכל שלב מתערב, לאפשר זמן ייבוש מספיק של מסכת הפנים, כך רקמת החיבור ניתן להבחין בקלות מתוך רקמת השריר.
על מנת שהשרידים הומיטיים יתוארו באמצעות סריקת CT, הכתימו את המסכות באמצעות תווי יוד על ידי הנחת המסכה בתספור הכתמים של לוגול, כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. תהליך הכתמים אורך בדרך כלל כשבועיים, ב-1.75% מהפתרון של לוגול. עם זאת, תזמון זה משתנה, בהתאם למספר גורמים.
מומלץ לבצע סריקה לסירוגין עם כוונון כתמים מלווה. לסריקת CT, הכינו תחילה את מסכת הפנים באמצעות קיסמים מעץ כדי להרכיב את מסכת הפנים על חומר בצפיפות נמוכה, כגון קצף פרחוני. זה יבטל את כל הקמטים במסכה, ולהגביל את תנועתו כפי שהוא מתייבש מעט במהלך הסריקה.
לאחר מכן, מניחים את הדגימה במיכל בצפיפות נמוכה, ומאבטחים אותה למקומה. לאחר הבטחה, מקם את הדגימה בסורק, סגור את הדלת והדליק את צילומי הרנטגן. לאחר מכן, הגדר את הפרמטרים של סריקת CT לסריקת טומוגרפיה ממוחשבת ברנטגן ברזולוציה גבוהה.
באמצעות ריווח בין פרוסות ומרחק בין פיקסלים של כ 0.05 מילימטרים עבור סריקות אלה, כמו fascicles קטן יהיה מוסתר ברזולוציה נמוכה יותר. אם fascicles אינם מסוגלים להיות חזותיים באופן מלא, בשל overstaining, למקם מסכת פנים לתוך פתרון דה כתם כגון 10%פורמלין, או 5%נתרן thiosulfate כדי להסיר חלק מהכתם. לאחר התאמת הכתמים, לסרוק את מסכת הפנים שוב, ולהמשיך לבצע את ההתאמות הדרושות, עד שכל fascicles מסוגלים להיות חזותיים באופן מלא.
באמצעות ניתוח הפוך כדי ליצור מסכת פנים, ייצוג מלא יותר של שריר מימטי לפעמים ניתן לראות, מאשר במתודולוגיית ניתוח מסורתית. שיטה זו פועלת במגוון גדלי גוף, החל מהגוף הזעיר והקטן של המרמוסט, דרך פרימטים בעלי גוף גדול כמו השימפנזה. בפרימטים בעלי גוף קטן בעלי שרירי פנים גרייסיל, חלק מהשרירים בפנים עשויים להיות בלתי ניתנים להבחנה מרקמה החיבור שמסביב, ועשויים ללכת לאיבוד במהלך הניתוח.
כתם יוד, כגון לוגול, עשוי לשפר את הניגוד ולעזור לפתור הן שרירים מימטיים בודדים, כמו גם fascicles שרירים בודדים, ובפעם הראשונה, להשיג כמויות שרירים שלמות של שרירי gracil אלה. כפי שמוצג כאן, חלק מהשרירים הקטנים מאוד, הקשורים לאוזן החיצונית, נראים בבירור בסריקות הקוביות. זה לא נדיר עבור השרירים האלה להחמיץ כמה הליכי ניתוח הפוכים, אולי בשל גודלם הקטן.
עיבוד נפח תלת מימדי זה מאפשר סף נפח בסיסי ומיפוי צבעים, כדי לדמיין את השרירים בקלות רבה יותר, מאשר עם חקירה נגדית בלבד. כאן אתה יכול לראות כי fascicles שריר בודדים גלויים בבירור חתך רוחב, מה שהופך את הניתוח הדיגיטלי ריאלי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור, כי אתה צריך לנוע לאט, בזהירות, עם דיון, כמו שיטה זו היא הרסנית בטבע.
בעקבות הליך זה, שיטות אחרות, כגון עיבוד היסטולוגי, עשוי לשמש כדי לענות על שאלות נוספות, כגון קוטר סיבים, או הקלדת סיבי מיוסין. לאחר התפתחותה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הביולוגיה האבולוציונית, לחקור את האבולוציה של הבעת פנים ותקשורת חזותית ביונקים לא אנושיים ובבני אדם. אל תשכח, כי עבודה עם פורמלין, ואזמל טעון יכול להיות מסוכן מאוד.
אמצעי זהירות, כגון שטיפת הדגימה שלך, ולדעת איפה האזמל שלך הוא בכל עת, יש לנקוט בעת ביצוע הליך זה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקולים חדשניים לנתיחה הפוכה בשילוב עם טכניקות דימוי DiceCT להדמיה והערכה של שרירי חיקוי. שיטות אלו משרתות שאלות במחקר ביולוגיה אבולוציונית, ומקדמות את ההבנה של תקשורת חברתית על ידי מתן תובנות מורפולוגיות ופיזיולוגיות מפורטות על מערכת שרירי החיקוי.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המחקר
- ביולוגיה אבולוציונית
- תקשורת חברתית
- חקירת מערכת השרירים המימטית
רקע
- חשיבותן של הבעות פנים בתקשורת חזותית
- מגבלותיהן של שיטות נתיחה מסורתיות
- הצורך בויזואליזציה ברורה יותר של מבני השרירים
שיטות שנעשה בהן שימוש
- טכניקת נתיחה הפוכה
- מערכות שרירים מימטיות ממיני פרימטים שונים
- דימות DiceCT לוויזואליזציה משופרת של השרירים
תוצאות עיקריות
- ביסוס תקן חדש לחקר שרירי הבעה (mimetic muscles)
- ראיות ישירות לצורה ולנוכחות של מבנים שריריים
- שימור נקודות חיבור של שרירים לצורך ניתוח נוסף
מסקנות
- המחקר מתקף את היעילות של נתיחה הפוכה ו-DiceCT במחקר שרירים
- לממצאים יש השלכות רחבות יותר להבנת תקשורת חברתית בפרימטים
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הבנת הבסיס המבני של שרירים מימטיים תומכת בתיקוף מטרות במדעי העצב ובפרמקולוגיה התנהגותית על ידי קישור מנגנוני הבעות פנים לנתיבים של תקשורת חברתית. התקדמות מתודולוגית זו מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטית במודלים פרה-קליניים שבהם פנוטיפים פנים משמשים כסמנים ביולוגיים תרגומיים למצבים נוירופסיכיאטריים. השילוב של נתיחה הפוכה ו-DiceCT מספק נתונים כמותיים וניתנים לשחזור על ארכיטקטורת השרירים, ובכך מגביר את הביטחון החזוי במחקרי מעורבות מטרה המערבים מודלים של פרימטים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה ישירה של צורתו ונוכחותו של השריר המימטי על מנת להבהיר את התשתיות הביולוגיות של נתיבי הבעות הפנים.
- ערך תפעולי: מבטל את הצורך בניחושים בעת הכנת הרקמה, ובכך מפחית את השונות בהערכות מורפולוגיות בין מיני פרימטים שונים.
- ערך ניבוי: משמר את נקודות ההיחברון של השרירים לצורך ניתוחים תפקודיים בהמשך, ובכך תומך בבדיקת השערות לגבי מטרות נוירו-מוסקוולריות המעורבות בהתנהגות חברתית.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מאפשר ויזואליזציה של פסיקי שריר בודדים, ובכך מאפשר סריקה מורפומטרית כמותית של מערכת השרירים על פני וריאנטים אבולוציוניים.
- ערך תפעולי: מספק שיטת דימוי לא הרסנית (DiceCT) לניטור אורכי של מבנה השריר בדגימות מקובעות.
- מוכנות הבדיקה: משפר את הניגודיות בין השריר לרקמה המחברת באמצעות צביעה ביוד, מה שמשפר את יחס אות לרעש עבור נתיחה דיגיטלית ואנליזה נפחית.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- התאמה של סמנים ביולוגיים תרגומיים: תומך בהשוואה בין-מינית של שרירי חיקוי בפרימטים, ובכך מסייע בהשלכת ממצאים ממודלים שאינם אנושיים לנתיבי תקשורת חברתית אנושיים.
- רלוונטיות של מודל פרה-קליני: מאפשר הערכה של ארכיטקטורת השרירים במערכות הרלוונטיות למחלה, שבהן הבעות פנים משתנות עשויות להעיד על פנוטיפים נוירו-פסיכולוגיים.
- הפחתת סיכונים מכניסטית: מספק תיקוף מבני של מטרות נוירו-מוסקולריות לפני בדיקות תפקודיות, ובכך מפחית תוצאות חיוביות שגויות ברצפי תיקוף של מטרות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה נשארת כחלק מזרימות העבודה של ביולוגיה גילויית על ידי אספקת נתונים מבניים המנחים את בחירת המטרה, ממשיכה לפיתוח בדיקות באמצעות דימות סטנדרטי, ותומכת במחקר תרגומי על ידי אפשור השוואה מורפולוגית בין מינים בשלב התיקוף הפרה-קליני.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בבדיקת היפותזות של מסלולים עצביים-שריריים העומדים בבסיס הבעות פנים, על ידי אספקת ראיות ישירות למורפולוגיה של שרירי ההבעה.
- סריקה: מאפשרת ויזואליזציה סטנדרטית הניתנת לשחזור של פסי שריר, ובכך תומכת בהשוואה כמותית בין דגימות ותנאים שונים.
- אנליזה: מייצרת פלטים נפחיים ומורפומטריים מסריקות DiceCT, המאפשרים השוואה סטטיסטית של ארכיטקטורת השרירים בין וריאנטים אבולוציוניים.
- מחקר תרגומי: מקלה על הרצף משלב הגילוי לעבודה פרה-קלינית, על ידי אספקת מדד מבני שמור (נפח שריר/תבנית פסי שריר) הישים על פני מיני פרימטים שונים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת תהליך עבודה (pipeline) הניתן לשימוש חוזר של דימוי ונתיחה לצורך פנוטיפיקה של מערכת השרירים והשלד בתוכניות של מדעי העצב ההתנהגותיים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בתיקוף המטרה על ידי הפחתת עמימות אנטומית במחקרי שריר מימטיים.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של פרוטוקולי הכנת רקמות והדמיה, ובכך משפר את השחזוריות הבין-מעבדתית בניתוח מערכות שרירים של פרימטים.
- ערך אסטרטגי: תומך בהחלטות go/no-go בבחירת מטרה על ידי אספקת תיקוף מבני של מטרות נוירו-מוסקולריות לפני סריקה פונקציונלית.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של מטרות מותאם סיכון, המבוסס על מאפיינים מבניים שמורים במודלים טרנסלציונליים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטכניקות נתיחה, טיפול בחומרי ניגוד והפעלה של micro-CT להכנה אופטימלית של הרקמות ולדימותן.
- תלוי בגישה לסורקי CT ברזולוציה גבוהה ולתמיסות צביעה והסרת צבע (למשל, Lugol's iodine, פורמלין, sodium thiosulfate) לצורך ויזואליזציה ברמת הפסיקול (fascicle).
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית בין יחידות ההיסטולוגיה, הדימות ומדעי ההתנהגות כדי להבטיח הכנה עקבית של הדגימות ופירוש אחיד של הנתונים.
- כולל שיקולי התאמה בין מינים שונים בשל הבדלים בגודל הפנים, בעדינות השרירים ובדחיסות הרקמה החיבורית, המשפיעים על יעילות הנתיחה והצביעה.
- מוגבל בשל האופי ההרסני של נתיחה הפוכה, המונעת דגימה לרוחב זמן (longitudinal sampling) מאותה דגימה ומחייבת הקצאה קפדנית של הדגימות.
