斑馬魚顯微CT實(shí)驗(yàn)介紹

 

斑馬魚作為傳統(tǒng)的脊椎動物模型已經(jīng)廣泛應(yīng)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(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果很多都適用于人類。斑馬魚與其他實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(qiáng)，更容易獲得大量個體，便于展開大樣本量研究的優(yōu)點(diǎn)。因此，斑馬魚作為模式生物，已經(jīng)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

 

顯微CT（micro computed tomography，微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)），又稱微型CT、小動物CT，是一種非破壞性的3D成像技術(shù)，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(jié)構(gòu)。它與普通臨床的CT最大的差別在于分辨率極高，可以達(dá)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(xué)、藥學(xué)、生物、考古、材料、電子、地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域的研究。目前國外有不少科研人員采用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行骨科領(lǐng)域的研究。通過這項(xiàng)技術(shù)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(jié)構(gòu)變化。

 

本次實(shí)驗(yàn)是嘗試使用顯微CT觀察斑馬魚的骨骼結(jié)構(gòu)。目前使用斑馬魚進(jìn)行骨科研究的已經(jīng)很普遍，因?yàn)榘唏R魚便于在胚胎時期進(jìn)行基因的敲除和敲入，這就有利于我們研究某基因?qū)�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(jié)構(gòu)進(jìn)行骨參數(shù)分析，是骨科研究中的先進(jìn)研究技術(shù)。如果可以通過顯微CT對基因突變后的斑馬魚進(jìn)行觀察，將會為骨科研究領(lǐng)域翻開新的一頁!

 

本次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)材料選擇90d的斑馬魚，固定后進(jìn)行掃描。

 

首先將斑馬魚用模具固定，進(jìn)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(jìn)行局部重建，局部重建之后再進(jìn)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(jìn)行切割的縱片圖，圖二是沿著Z軸進(jìn)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(jié)構(gòu)，這張圖片更能清晰而完整地展示斑馬魚的骨骼結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)，能夠單純針對骨骼進(jìn)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(guān)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(jìn)行對比，以獲得量化指標(biāo)。

 

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(jià)值，其作為先進(jìn)的研究方法必將為骨科研究帶來極大地便利。