マウスモデルを用いた急性電離放射線による皮膚毒性の定量的評価のための光学分光拡散
2016年5月27日
私たちは、放射線に対する皮膚の反応の定量的な光学バイオマーカーを提供する拡散光学分光法(DOS)アプローチを提示します。放射線誘発性紅斑の前臨床マウスモデルから代表的なデータを得るために必要なDOS機器設計、光学パラメータ抽出アルゴリズム、および動物取り扱い手順について説明します。
この拡散光分光法の全体的な目標は、急性放射線誘発性紅斑を記述するための定量的バイオマーカーを開発することです。この方法は、放射線治療の分野で、重度の放射線皮膚毒性のリスクがある患者を特定するための予測バイオマーカーとして使用できます。したがって、この技術の主な利点は、放射線皮膚毒性を定量化するための客観的かつ体系的な指標を提供することです。
私は拡散光分光法の実演を行い、Loo Labの研究者であるElinaがマウスを扱います。電子機器の電源を入れ、システムが起動するのを待ちます。次に、部屋のすべての蛍光灯をオフにし、白熱灯を測定装置から離れた場所に配置して、ある程度の照明を提供します。
次に、マウスの皮膚から測定を行うための機器を設定します。信号パラメータを次のように設定します。収集時間を 25 ミリ秒に設定し、信号平均を 25 に設定し、ボックスカー フィルター幅を 1 に設定します。
これらのパラメータは、アクイジション時間とS/N比のバランスを適度に保っています。次に、カスタムプログラムされた取得ソフトウェアを使用して、LEDをオフにした状態でバックグラウンドの読み取り値を自動的に取得します。次に、2つのソース検出器の分離距離で拡散反射率で読み取り値を取得します。
1回は260ミクロンで、もう1回は520ミクロンで測定します。合計での取得時間は約2秒です。マウスに麻酔をかけた後、滅菌したDOSプローブエリアに移動します。
それを横向きに置き、鼻をノーズコーンに固定して、麻酔を維持するために2%イソフルランガスを供給します。次に、プローブを70%エタノールで滅菌しますが、皮膚を滅菌しようとはしないでください。滅菌したプローブを側面の皮膚にそっと保持します。
局所的な血管系がプローブの圧力によって分散してはならないため、強く押しすぎないでください。プローブを保持したまま、照射する2cm四方の領域の反射率データを取得します。サイコロのように5つのドット形式でデータを収集します。
このパターンとプローブ圧力は、その後のすべての測定で一定に保ちます。測定を行った後、マウスをリカバリーケージに入れます。マウスが回復するまで、次のマウスで手順を繰り返します。
この手順は、利用可能な照射器に合わせて調整されます。必要に応じて微調整して、皮膚の小さな部分に照射します。マウスに麻酔をかけた後、マウスの側面の皮膚をそっとつまみ、伸ばした皮膚をテープで留めてフラップを形成します。
次に、マウスをプレキシガラスのステージに置き、カスタマイズされたリードジグで本体を覆います。リードボックスは、両面からアクセス可能で、皮膚に照射する窓があるものを使用してください。次に、ジグウィンドウからスキンのフラップを引っ張り、フラップをステージにテープで固定します。
マウスが治具によって固定されていない場合は、麻酔薬を注射します。次に、治具とマウスを照射器に入れたステージをセットします。必要な照射量を計算します。
例えば、11cm離れたところに160ピークのキロボルテージX線源を配置すると、6.3ミリアンペアで2.5分間の皮膚に適切に照射することができます。次に、計算された用量を配信します。動物に投与した後、回復ケージに戻します。.
麻酔から回復したら、マウスを通常の共有ハウジングケージに戻します。マウスに放射線を照射し、記載した通りに測定した。照射に先立ち、ベースラインスペクトルを、皮膚の無脊椎マウスモデルで260ミクロンのソース分離で取得しました。
太い緑の線は、細い青い線の数学的フィットを示しています。40グレイ照射の6日後に行われた測定と比較すると、550ナノメートルから600ナノメートルの間でスペクトル形状の違いが観察されました。これは、おそらく酸素化ヘモグロビンの増加によるものと思われます。絶対反射率のわずかな上昇も観察され、組織散乱力の増加と相関している可能性があります。
適合したデータは、照射後の時間の関数として追跡できる定量的な光学バイオマーカーを返します。例えば、組織酸素飽和度の測定値は、照射後に徐々に増加しました。この定量的データは、皮膚毒性の視覚的グレードと相関しており、これもまた照射後に徐々に増加しました。
このビデオを見れば、放射線皮膚毒性の定量的スコアリングに拡散光分光法をどのように使用するかを十分に理解できるはずです。一度習得すると、このテクニックは適切に実行されれば、2〜3分で実行できます。この手順を試みるときは、血管系が分散しないように、DOSプローブを静かに押し下げることが重要です。
この技術は、放射線療法の分野で、放射線に対する正常組織の反応を記述する際の生理学的パラメータをリンクする方法として使用できます。
概要
本研究では、放射線に対する皮膚反応、特に急性放射線誘発紅斑を定量化するための拡散光スペクトロスコピー（DOS）法を提示します。本手法は、放射線治療を受ける患者における皮膚毒性を予測できる客観的なバイオマーカーを提供することを目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 放射線療法
- 光学分光法
背景
- 急性放射線誘発性紅斑は、放射線治療における一般的な副作用です。
- 現在の皮膚毒性の評価方法は、主観的なものであることが多いです。
- 拡散光スペクトロスコピーは、皮膚反応を測定するための非侵襲的なアプローチを提供します。
- この技術により、重篤な皮膚反応のリスクがある患者を特定することが可能になります。
研究目的
- 放射線誘発性皮膚毒性の定量的バイオマーカーを開発すること。
- 前臨床マウスモデルにおいてDOS技術を実証すること。
- 放射線に対する皮膚反応を測定するための系統的な方法を確立すること。
使用した方法
- 拡散光スペクトロスコピーのための計装設計。
- 正確なデータ収集のための動物取り扱い手順。
- 指定された距離での皮膚反射率の測定。
- 照射後の光学的バイオマーカーの分析。
主な結果
- 定量的な光学バイオマーカーの経時的な追跡に成功した。
- 照射後に組織酸素飽和度の上昇が観察された。
- スペクトル形状の変化は、皮膚毒性の視覚的評価と相関していた。
- 本手法は、数分以内に効率的に実施することが可能である。
結論
- 拡散光スペクトロスコピーは、放射線による皮膚毒性を評価するための客観的な手法を提供します。
- この手法は、放射線治療における患者管理を向上させることができます。
- これらの知見を臨床現場で検証するためには、さらなる研究が必要です。
よくある質問
産業界における重要性
急性放射線誘発性皮膚毒性の定量的な評価は、依然としてトランスレーショナル放射線治療研究における重要な課題であり、正常組織反応の予測信頼性と客観的な評価を制限しています。拡散光スペクトロスコピー（DOS）は、機能的な光学バイオマーカーを生成するための再現性が高くハイスループットなアプローチを提供し、介入戦略におけるメカニズム的なリスク低減とターゲットの検証を支援します。DOS由来の指標を前臨床および臨床ワークフローに統合することで、ポートフォリオの意思決定および放射線防御剤のリスク調整済み開発を促進します。
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
- 仮説検証のため、放射線誘発性皮膚毒性の客観的な定量化を可能にします。
- 組織反応に関与する候補パスウェイおよびターゲットの機能的検証をサポートします。
- 生理学的パラメータを放射線障害に結びつけることで、メカニズム的なリスク低減を促進します。
- 介入化合物の選択および優先順位付けにおける予測の信頼性を向上させます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイ開発のための標準化された定量的な光学バイオマーカーを提供します。
- 実験コホート間における皮膚反応の再現性のある測定を可能にします。
- 前臨床モデルにおける候補放射線防護剤の高スループットスクリーニングをサポートします。
- 研究間およびプラットフォーム間での比較に適した定量的なアウトプットを提供します。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 前臨床バイオマーカーの読み取り値を、皮膚毒性の臨床的に関連のあるエンドポイントと整合させます。
- 組織反応の縦断的な追跡を可能にし、トランスレーショナルな連続性をサポートします。
- 放射線防護または緩和的介入の有効性評価における曖昧さを軽減します。
- 定量的かつ客観的なデータに基づいた、リスク調整後の進展決定をサポートします。
パイプラインおよびワークフローの統合
DOSに基づく定量的な皮膚毒性評価は、初期のメカニズム研究と放射線防護戦略のトランスレーショナルな検証を繋ぐものであり、創薬から前臨床研究に至る一連の流れに組み込まれています。
- 発見生物学： 放射線応答における仮説検証および経路解明のための客観的な指標を提供します。
- スクリーニング： 化合物評価のために、再現性のある定量的なアッセイ出力を可能にします。
- 分析： 光学的バイオマーカーの測定および組織応答の統計的比較を実現します。
- トランスレーショナルリサーチ： 前臨床の光学的バイオマーカーを、臨床的な皮膚毒性エンドポイントと整合させます。
- 企業での再利用： 継続的な放射線生物学研究および治療評価のための、拡張可能で標準化されたプラットフォームを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 放射線毒性研究における予測の信頼性を高め、メカニズム上の曖昧さを軽減する。
- 運用の価値： 前臨床モデルにおける皮膚反応の定量的評価を標準化し、迅速化する。
- 戦略的価値： 強固なゴー/ノーゴー決定を支援し、放射線防護候補物質の資本効率の高い開発を促進する。
- ポートフォリオへの影響： リスク調整後の優先順位付けと、介入有効性のプログラム間比較を可能にする。
実施上の検討事項
- 光学分光法および定量データ解析の専門知識が必要です。
- 再現性を確保するため、専用の装置と制御された照明条件が必要です。
- 測定プロトコルとデータ解釈について、チーム間での標準化が求められます。
- 他の組織モデルや臨床現場に適用する場合、プロトコルの最適化が必要になる可能性があります。
- 局所血管の変位によるアーチファクトを避けるため、プローブの慎重な取り扱いが不可欠です。
