Micro-CT技術(shù)在臨床前動物實驗研究中的應(yīng)用案例

小動物活體CT影像技術(shù)（Micro-CT），又稱微型計算機(jī)斷層掃描或顯微CT，是一種利用微焦點X射線或微型X射線管、對離體或活體實驗動物進(jìn)行局部或整體快速掃描，從而能夠在不損傷樣本結(jié)構(gòu)或活體動物的情況下、以低輻射劑量獲得微米量級高分辨率精細(xì)圖像的3D成像技術(shù)。利用Micro-CT還可以對樣品進(jìn)行定量分析，所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括：心血管、肺部疾病、代謝、腫瘤檢測、骨疾病等研究。此外，Micro-CT還可以與三維光學(xué)成像結(jié)合成為多模態(tài)影像系統(tǒng)，便于用戶在單次實驗過程中獲取更多的成像信息。

由于在臨床前動物實驗研究中具有廣泛的應(yīng)用性，我們根據(jù)已有的用戶案例，針對性地選取了Micro-CT技術(shù)在癌癥生物學(xué)、轉(zhuǎn)移性腫瘤評估和神經(jīng)外傷三個方面的應(yīng)用進(jìn)行分享，以期能夠促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的交流和學(xué)習(xí)。

（1）癌癥生物學(xué)

SQSTM1是一種自噬性的貨物蛋白，可結(jié)合并去除不必要的或功能失調(diào)的蛋白質(zhì)，在細(xì)胞調(diào)節(jié)和存活中發(fā)揮重要作用。當(dāng)與EGFR等特定蛋白質(zhì)相互作用時，SQSTM1的正常功能會受到抑制，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。中國醫(yī)科院免疫學(xué)和癌癥藥理學(xué)研究組重點探究了SQSTM1-EGFR蛋白互作及其在NSCLC進(jìn)展中的作用。研究人員對干擾EGFR-SQSTM1相互作用的肽SAH-EJ2是否會抑制NSCLC的進(jìn)展進(jìn)行了評估，首先使用標(biāo)準(zhǔn)生化技術(shù)在體外條件下評估SAH-EJ2對EGFR-SQSTM1的作用，然后利用NSCLC動物模型進(jìn)行成像實驗，以評估在活體條件下的2個月治療期內(nèi)SAH-EJ2的治療效果。

圖1：評估SAH-EJ2對于NSCLC的治療效果

（2）轉(zhuǎn)移性腫瘤評估

新的診斷和治療標(biāo)志物的鑒定對于肺癌的早期檢測和成功治療具有重要意義。HNRNPK是一種RNA和DNA結(jié)合蛋白，在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中起重要作用。它是已知的p53腫瘤抑制蛋白的共激活劑，還可以調(diào)節(jié)DNA損傷修復(fù)。目前已在肺癌中發(fā)現(xiàn)了HNRNPK的過度表達(dá)現(xiàn)象，并且與預(yù)后不良有關(guān)。為研究HNRNPK與肺癌的關(guān)系，中國醫(yī)科院實驗動物研究所的研究人員開發(fā)出了一種HNRNPK表達(dá)下調(diào)的人肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549。利用該種細(xì)胞系，進(jìn)一步開發(fā)出肺癌動物模型，用于研究HNRNPK下調(diào)對腫瘤發(fā)展的影響——在細(xì)胞注射后用多西環(huán)素（doxycycline）處理1周誘導(dǎo)HNRNPK下調(diào)，并利用CT成像在體內(nèi)評估轉(zhuǎn)移性腫瘤的發(fā)展。

圖2：評估HNRNPK下調(diào)對轉(zhuǎn)移性腫瘤發(fā)展的影響

使用InSyTe FLECT/CT系統(tǒng)中的CT模塊，對經(jīng)doxycycline誘導(dǎo)的HNRNPK下調(diào)肺癌細(xì)胞（sh-HNRNPK）和對照組肺癌細(xì)胞（sh-NC）形成的轉(zhuǎn)移性肺腫瘤進(jìn)行可視化觀察。獲得的CT圖像顯示，相較于HNRNPK下調(diào)的實驗組，對照組中存在更多的腫瘤轉(zhuǎn)移——箭頭指向單個轉(zhuǎn)移部位，表明HNRNPK下調(diào)的腫瘤會發(fā)生較少轉(zhuǎn)移，說明HNRNPK對于調(diào)節(jié)腫瘤的轉(zhuǎn)移和進(jìn)展具有作用，可作為潛在的治療靶點進(jìn)行深入研究。

（3）神經(jīng)外傷

對神經(jīng)炎癥的研究通常使用一種被稱為失重創(chuàng)傷性腦損傷模型的方法。已知該模型會誘導(dǎo)顱骨骨折，隨后受傷部位會表達(dá)細(xì)胞因子、基質(zhì)金屬蛋白酶或激活其他基因。失重創(chuàng)傷性模型的多變性將導(dǎo)致這些基因呈現(xiàn)不同的表達(dá)水平，并會改變受傷后骨骼重塑的持續(xù)時間。此外，由于骨骼結(jié)構(gòu)的厚度以及恢復(fù)時創(chuàng)傷性腦損傷的嚴(yán)重程度不同，小鼠的年齡也會對是否會發(fā)生骨折產(chǎn)生影響。拉脫維亞有機(jī)合成研究所的研究團(tuán)隊使用高分辨率的Micro-CT技術(shù)，對撞擊部位的顱骨厚度進(jìn)行量化分析。利用獲得的3D斷層掃描數(shù)據(jù)，可以可視化地觀察顱骨骨折，并利用橫截面視圖來評估受傷部位的骨厚度。

圖3：評估失重創(chuàng)傷性模型建立后的相關(guān)信息

利用InSyTe FLECT/CT系統(tǒng)上的CT模塊，研究人員確定了撞擊區(qū)域的位置，并對撞擊位置的顱骨厚度和骨密度進(jìn)行評估（圖中顯示了受頂骨撞擊部位影響的冠狀截面上的厚度和密度測量點）。對測量值進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以確定撞擊后出現(xiàn)或未出現(xiàn)頭骨骨折的實驗動物個體的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差。這項分析使研究人員能夠證實他們的假設(shè)，即顱骨骨折的創(chuàng)傷性腦損傷會導(dǎo)致更嚴(yán)重的神經(jīng)行為反應(yīng)和腦組織中炎癥基因的顯著表達(dá)。

3. Skull fractures induce neuroinflammation and worsen outcome after closed head injury in mice. Journal of Neurotrauma, Vol. 37, pp 295-304, 2020. DOI: 10.1089/neu.2019.6524 

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