Micro-CT技术在临床前动物实验研究中的应用案例
小动物活体CT影像技术（Micro-CT），又称微型计算机断层扫描或显微CT，是一种利用微焦点X射线或微型X射线管、对离体或活体实验动物进行局部或整体快速扫描，从而能够在不损伤样本结构或活体动物的情况下、以低辐射剂量获得微米量级高分辨率精细图像的3D成像技术。利用Micro-CT还可以对样品进行定量分析，所涉及的应用领域包括：心血管、肺部疾病、代谢、肿瘤检测、骨疾病等研究。此外，Micro-CT还可以与三维光学成像结合成为多模态影像系统，便于用户在单次实验过程中获取更多的成像信息。
由于在临床前动物实验研究中具有广泛的应用性，我们根据已有的用户案例，针对性地选取了Micro-CT技术在癌症生物学、转移性肿瘤评估和神经外伤三个方面的应用进行分享，以期能够促进相关领域的交流和学习。
（1）癌症生物学
为实现开发新型疗法的目标，癌症生物学的研究对于进一步了解癌症进展的生物学机制和途径非常重要。在癌症生物学的研究中，表皮生长因子受体（EGFR）是一种已经过充分研究的受体，在85-90%的非小细胞肺癌（NSCLC）中都发现了导致EGFR过度表达的基因突变。因此，对EGFR通路的研究对于NSCLC的治疗具有重要意义，特别是其与其他蛋白质的相互作用。SQSTM1是一种自噬性的货物蛋白，可结合并去除不必要的或功能失调的蛋白质，在细胞调节和存活中发挥重要作用。当与EGFR等特定蛋白质相互作用时，SQSTM1的正常功能会受到抑制，导致肿瘤发生。中国医科院免疫学和癌症药理学研究组重点探究了SQSTM1-EGFR蛋白互作及其在NSCLC进展中的作用。研究人员对干扰EGFR-SQSTM1相互作用的肽SAH-EJ2是否会抑制NSCLC的进展进行了评估，首先使用标准生化技术在体外条件下评估SAH-EJ2对EGFR-SQSTM1的作用，然后利用NSCLC动物模型进行成像实验，以评估在活体条件下的2个月治疗期内SAH-EJ2的治疗效果。
图1：评估SAH-EJ2对于NSCLC的治疗效果
首先建立经诱导后会形成肺腺癌的转基因动物模型，并确定其肿瘤的形成；然后使用InSyTe FLECT/CT系统中的CT模块评估肿瘤对于治疗肽SAH-EJ2及对照肽SAH-Con的反应——以每周2次以上的频率对肿瘤模型小鼠施用SAH-EJ2、SAH-Con，持续2个月，定期进行CT成像，追踪肿瘤的进展（图中箭头显示肿瘤形成部位，表明施用肽SAH-EJ2可减少肺腺癌的发生）；最后在处死后对切除的肿瘤进行生化分析。（2）转移性肿瘤评估
新的诊断和治疗标志物的鉴定对于肺癌的早期检测和成功治疗具有重要意义。HNRNPK是一种RNA和DNA结合蛋白，在细胞稳态中起重要作用。它是已知的p53肿瘤抑制蛋白的共激活剂，还可以调节DNA损伤修复。目前已在肺癌中发现了HNRNPK的过度表达现象，并且与预后不良有关。为研究HNRNPK与肺癌的关系，中国医科院实验动物研究所的研究人员开发出了一种HNRNPK表达下调的人肺癌细胞系A549。利用该种细胞系，进一步开发出肺癌动物模型，用于研究HNRNPK下调对肿瘤发展的影响——在细胞注射后用多西环素（doxycycline）处理1周诱导HNRNPK下调，并利用CT成像在体内评估转移性肿瘤的发展。
图2：评估HNRNPK下调对转移性肿瘤发展的影响
使用InSyTe FLECT/CT系统中的CT模块，对经doxycycline诱导的HNRNPK下调肺癌细胞（sh-HNRNPK）和对照组肺癌细胞（sh-NC）形成的转移性肺肿瘤进行可视化观察。获得的CT图像显示，相较于HNRNPK下调的实验组，对照组中存在更多的肿瘤转移——箭头指向单个转移部位，表明HNRNPK下调的肿瘤会发生较少转移，说明HNRNPK对于调节肿瘤的转移和进展具有作用，可作为潜在的治疗靶点进行深入研究。
（3）神经外伤
对神经炎症的研究通常使用一种被称为失重创伤性脑损伤模型的方法。已知该模型会诱导颅骨骨折，随后受伤部位会表达细胞因子、基质金属蛋白酶或激活其他基因。失重创伤性模型的多变性将导致这些基因呈现不同的表达水平，并会改变受伤后骨骼重塑的持续时间。此外，由于骨骼结构的厚度以及恢复时创伤性脑损伤的严重程度不同，小鼠的年龄也会对是否会发生骨折产生影响。拉脱维亚有机合成研究所的研究团队使用高分辨率的Micro-CT技术，对撞击部位的颅骨厚度进行量化分析。利用获得的3D断层扫描数据，可以可视化地观察颅骨骨折，并利用横截面视图来评估受伤部位的骨厚度。
图3：评估失重创伤性模型建立后的相关信息
利用InSyTe FLECT/CT系统上的CT模块，研究人员确定了撞击区域的位置，并对撞击位置的颅骨厚度和骨密度进行评估（图中显示了受顶骨撞击部位影响的冠状截面上的厚度和密度测量点）。对测量值进行统计分析，可以确定撞击后出现或未出现头骨骨折的实验动物个体的平均值和标准误差。这项分析使研究人员能够证实他们的假设，即颅骨骨折的创伤性脑损伤会导致更严重的神经行为反应和脑组织中炎症基因的显著表达。
技术亮点：InSyTe FLECT/CT系统所配备的Micro-CT模块具有卓越的软组织和骨成像能力，使得研究人员能够以非侵入、可视化的方式，观察和追踪肿瘤对于治疗药物的反应、肺部肿瘤的转移情况以及颅骨损伤的影响区域，而无需再使用造影剂，有效缩减了操作流程和实验成本。
参考文献：
1. Disruption of the EGFR-SQSTM1 interaction by a stapled peptide suppresses lung cancer via activating autophagy and inhibiting EGFR signaling. Cancer Letters, Vol. 474, pp 23-35, 2020. DOI: 10.1016/j.canlet.2020.01.004
2. Downregulation of HNRNPK in human cancer cells inhibits lung metastasis. Animal Model and Experimental Medicine, Vol. 2, pp 291-296, 2019. DOI: 10.1002/ame2.12090
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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