斑馬魚顯微CT實驗介紹

 

斑馬魚作為傳統(tǒng)的脊椎動物模型已經(jīng)廣泛應用于人類疾病和胚胎發(fā)育過程的研究，斑馬魚全基因已經(jīng)完全清楚，與人類基因組有85%同源性，這意味著在斑馬魚身上進行的實驗，其結果很多都適用于人類。斑馬魚與其他實驗常用動物相比，具有較高的繁殖率和生長速率，并且其胚胎發(fā)育過程是在體外進行的，科研人員通過顯微鏡直接觀察斑馬魚受精卵到囊胚期再發(fā)育成為小魚的全過程。這一特點對于胚胎發(fā)育方面的研究和基因工程方面的研究具有重要意義，易于進行基因敲除和敲入。另外，相比于常用的小鼠、大鼠等模式動物，斑馬魚的飼養(yǎng)成本較低，繁殖能力強，更容易獲得大量個體，便于展開大樣本量研究的優(yōu)點。因此，斑馬魚作為模式生物，已經(jīng)在生命科學研究領域得到了廣泛應用。

 

顯微CT（micro computed tomography，微計算機斷層掃描技術），又稱微型CT、小動物CT，是一種非破壞性的3D成像技術，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內(nèi)部顯微結構。它與普通臨床的CT最大的差別在于分辨率極高，可以達到微米（μm）級別，因此具有良好的“顯微”作用。小動物CT可用于醫(yī)學、藥學、生物、考古、材料、電子、地質(zhì)學等領域的研究。目前國外有不少科研人員采用此項技術進行骨科領域的研究。通過這項技術能夠獲得骨骼的多個常用而有重要意義的參數(shù)數(shù)據(jù)，而通過掃描圖像能夠直觀地觀察到骨的變化情況，包括骨小梁的形態(tài)結構變化。

 

本次實驗是嘗試使用顯微CT觀察斑馬魚的骨骼結構。目前使用斑馬魚進行骨科研究的已經(jīng)很普遍，因為斑馬魚便于在胚胎時期進行基因的敲除和敲入，這就有利于我們研究某基因對動物骨骼的影響。而顯微CT具有較高的分辨率，并且能對骨骼結構進行骨參數(shù)分析，是骨科研究中的先進研究技術。如果可以通過顯微CT對基因突變后的斑馬魚進行觀察，將會為骨科研究領域翻開新的一頁!

 

本次實驗采用的儀器是中科愷盛的ZKKS-MCT-Sharp-V顯微CT，掃描參數(shù)是電壓50Kvp，功率50W，4幀疊加，視野4 cm×4 cm。實驗材料選擇90d的斑馬魚，固定后進行掃描。

 

首先將斑馬魚用模具固定，進行掃描，掃描之后整體重建，之后根據(jù)感興趣的區(qū)域再進行局部重建，局部重建之后再進行骨分析。

 

圖一 斑馬魚顯微CT掃描二維縱切片圖

 

圖二 斑馬魚顯微CT掃描二維切片圖

 

圖三 斑馬魚顯微CT掃描三維縱切片圖

 

圖四 斑馬魚骨參數(shù)分析骨骼三維圖

 

圖一和圖二是掃描之后經(jīng)過局部重建得到的二維切片圖，圖一是沿著Y軸進行切割的縱片圖，圖二是沿著Z軸進行切割的切片圖。從圖中可以看到，顯微CT可以將頭骨、脊椎骨、肋骨和魚鰭骨等清晰地掃描出來。圖三則為局部重建后的三維圖像，可以看到半透明的肌肉包裹著的骨骼結構，這張圖片更能清晰而完整地展示斑馬魚的骨骼結構。以上三張圖片都表明利用顯微CT可以直觀地對斑馬魚的骨骼結構進行形態(tài)觀察。而圖四則是經(jīng)過骨分析之后的圖片，這張圖片中將肌肉等組織除去了，只剩下骨骼結構，能夠單純針對骨骼進行研究，一目了然。

 

除了以上這些直觀的圖像之外，通過骨分析還能夠獲得一系列骨參數(shù)，例如在研究骨質(zhì)硬化和骨質(zhì)疏松中常會關注的參數(shù)BMC、TMC、BMD、TMD、Tb.N、Tb.Sp、Tb.Th、Tb.Pf等。這些數(shù)據(jù)有利于進行對比，以獲得量化指標。

 

綜上，本次嘗試證明了顯微CT在斑馬魚的骨骼研究中具有重要的價值，其作為先進的研究方法必將為骨科研究帶來極大地便利。