離活一體CT用于研究辛伐他汀對(duì)去卵巢小鼠骨微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)的影響

文獻(xiàn)信息
山東第一醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科、首都醫(yī)科大學(xué)中國(guó)醫(yī)學(xué)研究院等單位的研究成果《The effects of simvastatin on the bone microstructure and mechanics of ovariectomized mice: a micro-CT and micro-finite element analysis study》（辛伐他汀對(duì)去卵巢小鼠骨微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)的影響：Micro CT和微有限元分析研究）在雜志《BMC Musculoskeletal Disorders》上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了小鼠椎骨圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為秦健教授；第一作者是梁彥博。

文獻(xiàn)摘要
背景：骨質(zhì)疏松癥是絕經(jīng)后婦女的主要健康問題，辛伐他汀(Sim)對(duì)骨代謝的影響是有爭(zhēng)議的。本研究旨在探討辛伐他汀對(duì)去卵巢(OVX)小鼠骨微觀結(jié)構(gòu)和骨力學(xué)性能的影響。 

方法：將24只8周齡雌性C57BL/6J小鼠隨機(jī)分為OVX+Sim組、OVX組和對(duì)照組。術(shù)后8周，完全解剖L4椎骨，進(jìn)行微計(jì)算機(jī)斷層掃描(micro-CT)和微有限元分析(µFEA)。采用方差分析和LSD校正比較三組間的差異，并采用線性回歸分析骨微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系。 

結(jié)果：OVX+Sim組骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁數(shù)量、骨小梁連接密度、骨小梁組織礦物質(zhì)密度顯著高于OVX組(P<0.05)。通過µFEA檢測(cè)的力學(xué)性能，OVX+Sim組的總變形、等效彈性應(yīng)變和等效應(yīng)力均低于OVX組(P<0.05)。在三組中，力學(xué)參數(shù)與骨體積分?jǐn)?shù)和骨小梁骨密度顯著相關(guān)。

結(jié)論：辛伐他汀在骨質(zhì)疏松癥的治療中具有潛在的作用。本研究結(jié)果可以指導(dǎo)未來辛伐他汀的研究，并支持開發(fā)以辛伐他汀為基礎(chǔ)的改善骨骼健康的治療方法。

實(shí)驗(yàn)方法
動(dòng)物準(zhǔn)備
選取8周齡雌性C57BL/6J小鼠24只，隨機(jī)分為3組，每組8只。8只小鼠行雙側(cè)卵巢切除術(shù)(OVX)，即OVX+Sim組。術(shù)后適應(yīng)4周后，將辛伐他汀溶解于生理鹽水中，以10 mg/kg /天的劑量灌胃小鼠，持續(xù)4周。8只小鼠(OVX組)行雙側(cè)卵巢切除術(shù)。其余8只小鼠(對(duì)照組)僅行背部切口，不切除卵巢。然后，OVX組和對(duì)照組小鼠在12周齡時(shí)接受等量的生理鹽水作為安慰劑，持續(xù)4周。各組小鼠的生活環(huán)境和飼養(yǎng)條件相同。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，小鼠可以隨意獲得標(biāo)準(zhǔn)的食物顆粒和水。16周齡時(shí)，各組小鼠采用戊巴比妥鈉(150 mg/kg)過度麻醉安樂死，完全取出L4椎骨。

Micro CT掃描
使用平生醫(yī)療(昆山)有限公司的NEMO微型CT(型號(hào)NMC100)檢查L(zhǎng)4椎骨的所有小梁骨。所有樣品沿長(zhǎng)軸垂直放置在樣品艙中。使用的掃描設(shè)置如下:源電壓為90kv;電流50µA;掃描時(shí)間10min;體素大小0.015×0.015×0.015 mm;投影數(shù)量4000個(gè)。掃描后，作者使用Avatar v1.6.5 (平生醫(yī)療科技有限公司)軟件進(jìn)行三維重建。感興趣體積(VOI)。作者采用閾值分割、區(qū)域生長(zhǎng)、形態(tài)學(xué)運(yùn)算和布爾運(yùn)算等分割算法，采用閾值為700提取軟組織和骨髓相的礦化骨。根據(jù)顯微CT掃描結(jié)果評(píng)估骨體積分?jǐn)?shù)(BV/ TV)(%)、骨小梁厚度(Tb.Th)(mm)、骨小梁數(shù)量(Tb.N)(1/mm)、骨小梁間距(Tb.Sp) (mm)、結(jié)構(gòu)模型指數(shù)(SMI)、骨小梁連接密度(connd)(1/mm3)、骨小梁組織礦物質(zhì)密度(Tb.TMD) (g/cm3)。所有測(cè)量均由一名初級(jí)醫(yī)師在一名高級(jí)醫(yī)師的指導(dǎo)下進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
三組間在BV/TV、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp和Tb.TMD 指標(biāo)組內(nèi)差異顯著 (P<0.05)。相比之下，三組間椎骨SMI組內(nèi)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。其中，OVX+Sim組BV/TV、Tb.N、Conn.D和Tb.TMD顯著增加。雖然沒有顯著差異,但與OVX組比較，OVX+Sim組有更多的Tb.Th和更少的Tb.Sp (表1)。有趣的是，OVX+Sim組的Tb.N、Conn.D顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。OVX+Sim組的SMI與對(duì)照組無顯著差異(P>0.05)(表1)。此外，OVX組的BV/TV、Tb.Th、Tb.N和Tb.TMD與對(duì)照組相比均有顯著降低 (表1)。此外，三維重建顯示，OVX+Sim組的小梁密度明顯高于對(duì)照組和OVX組(圖3A和C)。

圖1 所關(guān)注的體積為綠線內(nèi)骨小梁的體積A.冠狀像  B.矢狀像  C.軸向像

表1. 三組骨微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)比較

圖3 各組最接近平均水平小鼠L4椎骨的微CT三維重建及截面圖 a對(duì)照組  b OVX組  c OVX+Sim組

使用結(jié)論
綜上所述，本研究結(jié)合micro-CT和µFEA表明辛伐他汀治療對(duì)去卵巢小鼠的骨微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能有積極的影響。雖然OVX誘導(dǎo)的雌激素缺乏骨質(zhì)疏松模型可能無法全面模擬臨床病理情況，但作者的研究結(jié)果為辛伐他汀治療骨質(zhì)疏松癥的潛在臨床應(yīng)用提供了新的見解。

使用設(shè)備

                                  Micro CT (型號(hào)：NEMO) (平生醫(yī)療科技)

                                          影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）