著者: (1) Fatemeh Azari, Department of Mechanical Engineering and Materials Science, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (FAA104@pitt.edu) (2) Anne M. Robertson, Department of Mechanical Engineering and Materials Science, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 and Department of Bioengineering, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (rbertson@pitt.edu) (3) Lori A. Birder, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 and Department of Pharmacology and Chemical Biology, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 (lbirder@pitt.edu) Authors: (1) Fatemeh Azari, Department of Mechanical Engineering and Materials Science, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (FAA104@pitt.edu) (2) Anne M. Robertson, Department of Mechanical Engineering and Materials Science, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 and Department of Bioengineering, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (rbertson@pitt.edu) (3) Lori A. Birder, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 and Department of Pharmacology and Chemical Biology, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 (lbirder@pitt.edu) 左のテーブル 概要と1 導入 方法論 Results and Conclusions and References(結果・結論・参考) 概要 現在の機械モデルの膀胱は、主に統一した厚さで球状として膀胱を理想化する。この現在の研究は、この理想化を研究することを目指し、マイクロCTを使用して、空の状態と満たされた状態の両方で10〜20ミクロメートルの解像度でネズミの葉の3D再構築モデルを生成する。このアプローチは、形状、ボリューム、および異なる圧力下の厚さの変動を識別します。これらの結果は、充填/空のプロセスは理想化された球の膨張/縮小から遠いことを示しています。しかし、地理的理想化は、満たされた膀胱の地理学が重要である場合、例えば成長と再構築の研究では合理的かもしれません。 1 導入 尿管の機能性は、そのジオメトリー、壁厚さ、およびバイオメカニカル特性によって決定され、すべてが老化と病気による悪化に敏感であるBOOによって例えられています。BOOの人口のためのBOOの重要性は、BOOの中心的な貢献者である良性前立腺 hyperplasia(BPH)の世界的に増加する普及によって強調されています。BPHは、2000年の5100万例から2019年の9400万例から705%の顕著な増加を示し、50〜60歳の男性にとって特に重要な医療問題です。BPHは尿管機能障害のスペクトルを誘発します(4〜5)、膀胱壁(BW)の高慢性、膀胱動態の変化、トラベコレーション、デヴィルティク 伝統的に、BOO患者のためのイメージングの選択形態は超音波であったが、それは組織の成長と再構築から生じる壁の変化への包括的な洞察を提供しなかった。 1991年以来、埋め込みと空白サイクルの間にBWの地理学的性質の間断続的な探査が行われている。しかし、この調査の分野は、統合された学際的な方法論と必要な洗練された装置の不足によって妨げられています(4.5、6)。既存の学術文献は、BWの性質を明らかにするための2つの主な実験的アプローチを示しています:臓器レベルで行われた分析と組織ストリップレベルで行われた分析(7.8、9)。組織レベルでの調査、例えば単軸および二軸テスト、層特性 さらに、膀胱機械の特徴化に対する従来のアプローチは、歴史的に過度に単純化された膀胱のモデルを採用し、それを均一に厚い球状の容器として概念化しているが、これらの理想化はいくつかの設定で適切であるかもしれないが、それらは、埋め込みプロセス中に変化し、不均一な壁の厚さを含む臓器の複雑な地理学を説明することに失敗している。膀胱のより複雑なモデルは、膀胱の複雑なバイオメカニカルな行動を正確に再現するために必要である。このギャップに対応するために、私たちの研究はマイクロCTを使用して、 ex-vivo埋め込みモデル内の膀胱壁の地理的特性を正確に量化しました。 2 方法論 2.1 尿管臓器の前活性充填 ターゲットの細胞、尿管、および尿管は3つの3〜4ヶ月の女性スプラグ・ダウリーラットから外科的に除去され、直ちにHEPESバッファされた生理学的塩溶液(HB-PBS)に配置され、134 mM NaCl、6 mM KCl、1 mM MgCl2、2 mM MgCl2、10 mM HEPES、および7 mMのグルコスは、HEPESのpH7に調整され、溶液にカルシウムチャンネルブロッカーを加え、滑らかな筋肉細胞(SMC)の自発的な圧縮を防ぐために。尿管は、膀胱壁に隣接して、膀胱壁に1 mM MgCl2、2 mM MgC 2.2 マイクロCT実験設計と形態学的分析 各膀胱の3D再構築モデルを取得するための中心的なステップは、i)高解像度のSkyscan 1272スキャナ(Bruker Micro-CT, Kontich, Belgium)を使用してモンテーション、調節、スキャン、ii)Nreconソフトウェア(Bruker MicroCT, Kontich, Belgium)を使用して2D画像のマイクロCT Zのステックの3D再構築、iii)Simpleware ScanIPソフトウェア(Synopsys, Sunnyvale, California)、iv)を使用して3Dモデルの形状分析、Meshmixerソフトウェア(Autodesk, San Francisco, California)で内部(ルーメン)および外部(ルーメン)ジメトリの3D再構成、およびMaterialize 3-maticソフトウェア(Materialize Micro-CT スキャンは、80 kV ソース電圧と 125 μA ソース電流を使用して実施されました。画像は、0.8 μm ピクセルサイズで 0.6 度の回転段階、フィルタなしの 2048 x 2048 フレームサイズ、および 400 ms の曝露時間を使用して撮影されました。 NRecon ソフトウェアを使用してこれらの画像の再構築は、レベル 1 で円のアーティファクトを処理し、50% でピクセルサイズを訂正しました。 スキャンタイムは、脱水を避けるために 10 分未満に保たれました。 セグメント化プロセスは、マスクを作成するためにグレースケール値を値下げ、再構築された 2D 画像を 3D モデルに変換することによって 3 結果と結論 ブレードA、B、およびC、図2としてラベル化された3匹のネズミのブレードブレードのサンプルに対して、ブレードジオメトリーの定量的な評価が得られた。 空の状態では、壁の厚さは非常に非均一でした。すべての3つのケースでは、空の状態のためのBWは、中間膀胱およびトリゴン領域に比べて、カプセルで顕著に厚かった。特に、すべての3つのの平均最大カプセル厚さは2.84 mm ±0.28 mmでしたが、中間およびトリゴン領域の平均厚さは0.65 ±0.14でした。対照的に、距離(図2.b、d、f)では、すべてのの平均厚さは0.10mm ±0.02mmの比較的均一な薄い壁を持っています。 多くの壁モデル、私たち自身を含む3、球形構成と均一な壁厚さで膀胱を理想化した [3,6,10],分析ソリューションを生成するために有利なアプローチです。現在の研究では、これは、満たされた膀胱のジオメトリーが重要である研究で合理的なアプローチかもしれないことを示唆しています。例えば、最近の研究では、BOO葉の成長と再構成では、満たされた(球形)膀胱は、両方のコラーゲン繊維と滑らかな筋肉細胞のホメオステティックの伸びを定義するための参照構成として使用されました [3]. しかし、完全な膀胱の形状でさえ、壁の形状と厚さの偏差を示す可能性があります病理的状態でのこの理想化または老化 概要として、この研究は、高解像度マイクロCTなどの高度なイメージングモダルを用いる必要性を強調し、膀胱の形態を明らかにし、充填および排泄プロセスを通じて壁厚さの地域特有の変化を特定する。このような高解像度のデータは、膀胱の機能性の進化を研究するために必要な膀胱の計算機械モデルに不可欠です。 参照 [1] Awedew, A. F., et al. 2000年から2019年までの204カ国と地域における良性前立腺過剰症のグローバル、地域および国家的負担:The Lancet Healthy Longevity, 3(11), e754-e776, 2022年の「Global Burden of Disease Study 2019」のための体系的な分析。 [2] Fusco, F., et al. Progressive bladder remodeling due to bladder outlet obstruction: a systematic review of morphological and molecular evidence in humans. BMC urology, 18, 1-11, 2018. [3] Cheng, F., et al. A constrained mixture-micturition-growth (CMMG) model of the urinary bladder: Application to partial bladder outlet obstruction (BOO). Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 134, 105337, 2022. [4] Damaser, M. S. et al. Partial outlet obstruction induces chronic distension and increased stiffness of rat urinary bladder. Neurourology and Urodynamics: Official Journal of the International Continence Society, 15(6), 650-665, 1996. [5] Parekh, A., et al. Ex vivo deformations of the urinary bladder wall during whole bladder filling: contributions of extracellular matrix and smooth muscle. 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Scandinavian Journal of Urology and Nephrology, 33(201), 51-58, 1999 [12] “X-ray micro-ct analysis,” DigiM Solution, https://digimsolution.com/services/imaging/xray-micro-ct-analysis, 2023 [13] Birder, L. A., et al. Hypoxanthine Induces Signs of Bladder Aging with Voiding Dysfunction and Lower Urinary Tract Remodeling. The Journal of Gerontology: Series A, glad171, 2023. この論文は CC BY 4.0 DEED ライセンスの下で archiv で利用できます。 この紙は CC BY 4.0 DEED ライセンス available on arxiv ARCHIV で利用可能
