Os autores: (1) Fatemeh Azari, Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais, Universidade de Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (FAA104@pitt.edu); (2) Anne M. Robertson, Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais, Universidade de Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 e Departamento de Bioengenharia, Universidade de Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (rbertson@pitt.edu); (3) Lori A. Birder, Departamento de Medicina, Universidade de Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 e Departamento de Farmacologia e Biologia Química, Universidade de Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 (lbirder@pitt.edu). Authors: (1) Fatemeh Azari, Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais, Universidade de Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (FAA104@pitt.edu); (2) Anne M. Robertson, Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais, Universidade de Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 e Departamento de Bioengenharia, Universidade de Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (rbertson@pitt.edu); (3) Lori A. Birder, Departamento de Medicina, Universidade de Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 e Departamento de Farmacologia e Biologia Química, Universidade de Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 (lbirder@pitt.edu). Mesa da Esquerda Resumo e 1 Introdução metodologias Resultados, Conclusões e Referências Resumo Os modelos mecânicos atuais da bexiga em grande parte idealizam a bexiga como esférica com espessura uniforme. Este estudo presente visa investigar esta ideização usando micro-CT para gerar modelos reconstruídos 3D de folhas de rato em resolução de 10-20 micrômetros em ambos os estados vazios e preenchidos. Aplicado a três folhas de rato, esta abordagem identifica-forma, volume e variações de espessura sob diferentes pressões. Estes resultados demonstram que o processo de preenchimento/vazios está longe da inflação / contração esférica idealizada. No entanto, as idealizações de geometria podem ser razoáveis em casos em que a geometria da bexiga preenchida é importante, como em estudos de crescimento e remodelação. 1 Introdução A funcionalidade da bexiga é determinada pela sua geometria, espessura da parede e propriedades biomecânicas, todas suscetíveis à deterioração devido ao envelhecimento e à doença adequada, exemplificada pela BOO. A importância da BOO para a população é destacada pela prevalência global crescente de hiperplasia prostática benigna (BPH), o contribuinte central para a BOO. A BPH mostrou um aumento pronunciado de 70,5% de 51.1 milhões de casos em 2000 a 94 milhões em 2019 [1,2,3] e é um problema médico particularmente importante para homens com idades entre 50 e 60 anos a partir de fundos socioeconômicos mais baixos. A BPH induz um espectro de disfunções urinárias [4-5] incluindo a hipertrofia da parede da bexiga (BW), alterações na Tradicionalmente, a modalidade de imagem de escolha para pacientes de BOO tem sido ultra-som; no entanto, ele não oferece insights abrangentes sobre as mudanças de parede decorrentes do crescimento e remodelação de tecidos. Desde 1991, tem havido exploração intermitente nas propriedades geométricas do BW durante os ciclos de enchimento e vazamento. No entanto, este campo de investigação é impedido pela escassez de metodologias interdisciplinares integradas e o equipamento sofisticado necessário [4,5,6]. A literatura científica existente delineia duas abordagens experimentais primárias para a elucidação das propriedades do BW: análises conduzidas no nível do órgão e aqueles no nível da faixa de tecido [7,8,9]. Enquanto as investigações no nível do tecido, Além disso, as abordagens convencionais para a caracterização da mecânica da bexiga historicamente adotaram um modelo super-simplificado da bexiga, conceptualizando-a como um vaso esférico de espessura uniforme. Embora essas idealizações possam ser apropriadas em algumas configurações, elas não conseguem explicar a geometria complexa do órgão, incluindo a variação e a espessura da parede não uniforme durante o processo de preenchimento. Modelos mais sofisticados da bexiga são necessários para reproduzir autenticamente o comportamento biomecânico complexo da bexiga. Em resposta a essa lacuna, nossa investigação empregou micro-CT para quantificar com precisão as propriedades geométricas da parede da bexiga dentro de um modelo de preenchimento ex 2 Metodologias 2.1 Enchimento ex-vivo do órgão da bexiga urinária A bexiga, os ureteres e a uretra fechados foram removidos cirurgicamente de três ratos femininos de Sprague-Dawley de 3 a 4 meses e imediatamente colocados em uma solução salina fisiológica (HB-PBS) com uma composição de 134 mM NaCl, 6 mM KCl, 1 mM MgCl2, 2 mM MgCl2, 10 mM HEPES e 7 mM glicose, ajustado a um pH de 7,4. Bloqueadores de canais de cálcio foram adicionados à solução para evitar a contração espontânea de células musculares lisas (SMC). Os ureteres foram cauterizados adjacentes à parede da bexiga e a uretra ligada a 3-0 suturas a uma necessidade de 26G. Todos os tecidos con Micro-CT Experimental Design e Análise Morfológica Os passos centrais para obter um modelo 3D reconstruído de cada bexiga são i) montagem, alinhamento e digitalização usando um scanner Skyscan 1272 de alta resolução (User Micro-CT, Kontich, Bélgica), ii) reconstrução 3D das pilhas micro-CT Z de imagens 2D usando o software Nrecon (User MicroCT, Kontich, Bélgica), iii) análise morfológica do modelo 3D usando o software Simpleware ScanIP (Synopsys, Sunnyvale, Califórnia), iv), segmentação das geometrias internas (lumen) e externas (lumaben) no software Meshmixer (Autodesk, San Francisco, Califórnia), e análise de espessura usando o software Materialize 3-matic (Materialize GmbH, Munique, Aleman Os scans micro-CT foram realizados usando uma tensão de fonte de dados de 80 kV e uma corrente de fonte de 125 μA. As imagens foram capturadas em um tamanho de pixel de 10,8 μm usando um passo de rotação de 0,6 graus, um tamanho de quadro de 2048 x 2048 sem filtragem e um tempo de exposição de 400 ms. A reconstrução dessas imagens com o software NRecon envolveu a suavização no nível 1, abordando os artefatos de anel em 50%, e corrigindo para o endurecimento do feixe de 2%. O tempo de varredura para as lâminas foi mantido em menos de 10 minutos para evitar a desidratação. O processo de segmentação começou por um limiar de valores de escala cinzenta para criar máscaras, transformando as imagens 2D reconstruídas 3 Resultados e Conclusões Uma avaliação quantitativa da geometria da bexiga foi obtida para três amostras de bexiga de rato, rotuladas como bexiga A, B e C, Figura 2. No estado vazio, a espessura da parede era altamente desigual. Para todos os três casos, o BW para o estado vazio era significativamente mais espesso na cúpula em comparação com as áreas medias da bexiga e trigonal. Em particular, a espessura média máxima da cúpula para todas as três lâmpadas era de 2,84 mm ± 0,28 mm, enquanto a espessura média das áreas medias e trigonais era de 0,65 ± 0,14, respectivamente. Em contraste, na distensão (Figura 2, b, d, f), todas as três lâmpadas têm uma parede relativamente uniforme e fina com uma espessura média de 0,10 mm ± 0,02 mm. Numerosos modelos de parede, incluindo o nosso [3], idealizaram a bexiga com uma configuração esférica e espessura de parede homogênea [3,6,10], uma aproximação vantajosa para derivar soluções analíticas. O trabalho atual sugere que isso pode ser uma aproximação razoável em estudos onde a geometria da bexiga preenchida é importante. Por exemplo, em um estudo recente de crescimento e remodelação para as folhas de BOO, a bexiga preenchida (esférica) foi usada como a configuração de referência para definir o alongamento homeostático de ambas as fibras de colágeno e células musculares suaves [3]. No entanto, é possível que até mesmo a bexiga completa mostre desvios na forma e espessura da parede desta idealização em est Em resumo, este trabalho destaca a necessidade de empregar modalidades de imagem sofisticadas, como micro-CT de alta resolução, para revelar a morfologia da bexiga e identificar alterações regionais específicas na espessura da parede ao longo do processo de enchimento e vazamento. Esses dados de alta resolução são vitais para modelos computacionais de mecânica da bexiga necessários para estudar a funcionalidade da bexiga em evolução durante doenças como obstrução da saída da bexiga (BOO). Referências [1] Awedew, A. F., et al. The global, regional, and national burden of benign prostatic hyperplasia in 204 countries and territories from 2000 to 2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. The Lancet Healthy Longevity, 3(11), e754-e776, 2022. [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. Um modelo restrito de mistura-micturition-crescimento (CMMG) da bexiga urinária: aplicação à obstrução parcial da saída da bexiga (BOO). Jornal do comportamento mecânico de materiais biomédicos, 134, 105337, 2022. [4] Damaser, M. S. et al. Obstrução parcial da saída induz distensão crônica e aumento da rigidez da bexiga urinária do rato. Neurourologia e Urodinâmica: Jornal Oficial da Sociedade Internacional de Continência, 15(6), 650-665, 1996. [5] Parekh, A., et al. Deformações ex vivo da parede da bexiga urinária durante o preenchimento da bexiga inteira: contribuições da matriz extracelular e do músculo liso. Journal of Biomechanics, 43(9), 1708-1716, 2010. [6] Trostorf, R., et al. Um estudo piloto sobre uma caracterização ex vivo ativa e passiva da bexiga e seu impacto na modelagem tridimensional. [7] Trostorf, R., et al. Caracterização biomecânica e microstructural dependente da localização e da camada da parede da bexiga urinária suína. [8] Hanczar, M., et al. A importância da biomecânica e da estrutura de Scaffold para a engenharia do tecido da bexiga. International Journal of Molecular Sciences, 22(23), 12657, 2021. [9] Ajalloueian, F., et al. Biomecânica da bexiga e o uso de estacas para medicina regenerativa na bexiga. Nature Reviews Urology, 15(3), 155-174, 2018. [10] Hennig, G., et al. Quantifying whole bladder biomechanics using the novel pentaplanar reflected image macroscopy system. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology, 1- 11, 2023. [11] Damaser, M. S. Mecânica da bexiga inteira durante o enchimento. 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 Journals of Gerontology: Series A, glad171, 2023. Este artigo está disponível em arquivo sob a licença CC BY 4.0 DEED. Este artigo está disponível em arquivo sob a licença CC BY 4.0 DEED. Disponível em Arquivo
