MicroCTを使用して造影血管イメージング
2011年1月27日
microCTによる造影小動物の血管イメージングは、シリアルのための迅速かつコスト効率と高スループットのテクニックですその場で試験。
顕微鏡的コンピュータ断層撮影（micro CT）を用いたコントラスト強調血管イメージング法の目的は、生体マウスにおける血管ネットワーク解析のための高品質なデータセットを生成する最適手法を提供することです。これは、造影剤をin vivoで静脈注射することで達成されます。その後、麻酔を導入し、micro CTスキャン中のモーションアーティファクトを低減するために動物をマルチモーダルチャンバー内にしっかりと固定し、micro CTイメージングの準備を行います。
スキャン後、マイクロCTデータを再構成し、可視化ソフトウェアに読み込みます。手順の最終ステップでは、血管の視認性を高め、血管、骨、軟組織を区別するためにそれぞれ異なる色を割り当てるため、2次元転送関数のパラメータを調整します。最終的に、CT造影剤による造影イメージングと2次元転送関数レンダリングを通じて、生体動物における血管ネットワークを示す結果を得ることができます。
こんにちは。テキサス大学ヘルスサイエンスセンター・サンアントニオ校、グリーヒー小児がん研究センター、小動物イメージングコアのスー・レシ（Sue Resh）とPJAパティ（PJA Patti）です。同じくテキサス大学ヘルスサイエンスセンター・サンアントニオ校、グリーヒー小児がん研究センターのチャールズ・ケラー（Charles Keller）です。本日は、造影剤として放射線不透過性の血中プール造影剤を用い、生存動物における血管を可視化する手順について解説します。
当研究室では、トランスジェニックマウスに生じた複雑な自然発症腫瘍の中・大血管を研究するために、この手順を用いています。それでは始めましょう。まず、低死腔の28.5G 0.5ccインスリン用注射器を用いて、造影剤Xia one 60 xl（ヨウ素濃度20 mg/mL）を、体重20 gあたり0.2 mL量分採取します。
造影剤を生存マウスの尾静脈遠位端から注入します。注入から10分後、動物をマイクロCT撮影の準備に回します。
まず、100%酸素に2%イソフルーランを混合し、2.5 liters per minuteで供給するアクリルボックス内で動物を麻酔します。数分後、足趾つまみ試験を行い、麻酔深度を確認します。次に、動きによるアーティファクトを最小限に抑えるため、給気および排気設備を備えた市販のカスタムマルチモーダルチャンバーにマウスを配置して固定します。
スキャン中の動物の麻酔を継続させるため、2% isof fluorineと100% oxygenの空気供給を維持します。マウスの準備が整ったら、生体動物スキャンが可能なマイクロCT装置でスキャンを行います。マウスが入ったマルチモーダルチャンバーを排気チューブに接続してください。
GE Explorer locus volumetric CTスキャナーを使用することで、動物を93 µmの解像度でスキャンできます。この volumetric スキャナーは、Feld Camp コーンビーム再構成用に 3,500 × 1750 のCCD検出器を使用しており、プラットフォーム独立パラメータを電流 450 µA、電圧 80 kV、露光時間 100 ms の一定値に設定します。血管などの軟組織と骨の間でより優れたコントラストを得るには、標準パラメータを変更し、1ビューあたり5〜8フレーム、360度全回転で360〜720ビューに設定します。CTスキャン後の総スキャン時間は約15〜20分となります。
メーカー独自のEVSビームソフトウェアを使用して画像を再構成します。マウスが麻酔から完全に回復するまで観察を続けてください。再構成後、マイクロCTデータを用いて、高度な等値面（アイソサーフェス）の1次元または2次元転送関数を適用することが可能です。
SEG 3D画像処理ソフトウェアを用いて、3次元データセットの2次元投影画像をレンダリングします。この際、血管と骨の識別能をさらに向上させるため、2次元転送関数を使用します。画像レンダリング中、CT値と勾配強度に基づく転送関数に従って、レイサンプルに色と不透明度を割り当てます。CT値のヒストグラムによるガイダンスに基づき転送関数を手動で調整し、示されている関心領域や対象物を強調します。
以下は、Xia one 60 xlを注入した野生型マウスのマイクロCTスキャンにおいて、2次元転送関数を用いてレンダリングした代表的な結果です。以上で、生体マウスにおける血管ネットワーク解析のための高品質なデータセットの作成方法について説明しました。この手法は、トランスジェニックマウスまたはゼノグラフトマウスを用いた前臨床研究における、抗血管新生の定性的および定量的な評価に十分に活用できると考えられます。
この手順を行う際は、造影剤を尾静脈に確実に注入すること、および呼吸によって生じるモーションアーチファクトを最小限に抑えるように動物を配置することが重要です。以上となります。ご視聴ありがとうございました。実験の成功をお祈りしております。
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概要
本記事では、microCTを用いた造影小動物血管イメージングの手法について解説します。この手法により、生存マウスにおける血管ネットワークの高精度な解析が可能になります。本手法は迅速かつ費用対効果が高く、腫瘍の進展や治療反応の高スループットな検討に適しています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 腫瘍学
- イメージング技術
背景
- 血管ネットワークの研究にはMicroCTイメージングが不可欠です。
- 造影剤を使用することで、血管の視認性が向上します。
- 腫瘍血管系を理解することは、治療介入において極めて重要です。
- in vivoイメージング技術により、侵襲的な処置の必要性が軽減されます。
研究目的
- 腫瘍血管系のin situ検査法を開発すること。
- 腫瘍の増殖を支える血管ネットワークを解析すること。
- 前臨床治療に対する腫瘍の反応をモニタリングすること。
使用した手法
- 放射線不透過性造影剤の静脈内注射。
- 麻酔導入および動物の確実な固定。
- 血管データを取得するためのマイクロCTイメージング。
- 可視化のためのマイクロCTデータの再構成。
主な結果
- 血管ネットワークの高精度なデータセットを生成した。
- パラメータの調整により、血管の視認性を向上させた。
- 血管、骨、および軟組織を区別するために、それぞれ異なる色を割り当てた。
- 結果から、生体動物の血管系の効果的なイメージングが可能であることが示された。
結論
- 造影マイクロCTは、血管解析において有用なツールです。
- この技術は、腫瘍生物学の研究や治療評価を支援します。
- 今後の応用により、生物医学研究の他の領域へ拡大する可能性があります。
よくある質問
業界における重要性
造影マイクロCT血管イメージングは、生存したげっ歯類モデルにおける血管ネットワークの高解像度かつ定量的な可視化を可能にし、抗血管新生療法の前臨床評価を直接的に支援します。この手法は、軟部組織と血管の識別という課題を解決し、腫瘍学における創薬のターゲットバリデーションやメカニズムのリスク低減に不可欠なデータを提供します。これを初期探索およびトランスレーショナルワークフローに統合することで、予測の信頼性が向上し、ポートフォリオ推進の意思決定に寄与します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 疾患に関連するげっ歯類モデルにおいて、血管標的およびパスウェイの解析を可能にします。
- 腫瘍環境における中型および大型血管の構造を可視化することで、生物学的なリスク低減をサポートします。
- 定量的および定性的な血管評価を通じて、機能的な標的バリデーションを提供します。
- 抗血管新生薬の作用機序研究における予測の信頼性を高めます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 下流の化合物スクリーニングに向けた、バリデーション済みのin vivoイメージングシステムを準備します。
- 一貫したアッセイ出力のために、標準化され再現性のあるイメージングパラメータを提供します。
- 候補治療薬に反応して起こる血管の変化を定量的に測定することを可能にします。
- 血管調節剤の、スケール可能なプラットフォームベースの評価をサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 腫瘍学モデルにおけるトランスレーショナルバイオマーカー戦略とイメージング出力を整合させます。
- 探索段階の血管評価から前臨床有効性試験までの一貫性を確保します。
- 抗血管新生候補物質の進展に向けた、リスク調整済みのデータを提供します。
- イメージング所見と治療結果を相関させることで、予測的なリスク低減を強化します。
パイプラインおよびワークフローの統合
この血管イメージング法は、初期探索からリード化合物の特定、そして前臨床検証に至る一連の流れに適合し、特に腫瘍学や血管生物学のプログラムにおいて有用です。
- 探索生物学： 生体内で血管ネットワークを直接可視化できるようにすることで、仮説検証とパスウェイの解明を支援します。
- スクリーニング： 化合物の評価およびアッセイの標準化のために、再現性のある定量的なイメージング出力を提供します。
- 解析： 体積および転送関数に基づいた測定値を生成し、実験群間での血管状態を比較します。
- トランスレーショナルリサーチ： イメージングデータを疾患関連のエンドポイントと整合させることで、探索段階と前臨床段階を橋渡しします。
- エンタープライズ再利用： 多様な血管および腫瘍生物学研究に利用可能な、再利用可能なイメージング能力を確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：血管標的のバリデーションにおける予測信頼性を向上させ、メカニズムの曖昧さを低減します。
- 運用上の価値：研究間の比較可能性を確保するため、標準化され、再現可能で、拡張性のあるイメージングワークフローを提供します。
- 戦略的価値：強固な前臨床データを提供することで、go/no-go判断に根拠を与え、資本効率を向上させます。
- ポートフォリオへの影響：抗血管新生および血管調節候補物質のリスク調整済み優先順位付けと開発促進を可能にします。
実施上の検討事項
- 小動物の取り扱い、麻酔、および造影剤の静脈内投与に関する専門知識が必要です。
- 高解像度microCT装置および高度な画像処理ソフトウェアへのアクセスが必須です。
- 画像パラメータおよびデータ解析プロトコルのチーム間での標準化が必要です。
- 使用するげっ歯類モデルや腫瘍の種類に応じて、イメージングプロトコルの調整が必要な場合があります。
- 最適なデータ品質を得るためには、モーションアーチファクトおよび注入品質という実用的な制限を管理しなければなりません。
