physioLensを用いた高スループット気道生理学および画像解析

気道狭窄 気道狭窄は、喘息などの呼吸器疾患の重要な特徴です。しかし、気道狭窄を測定することは、 精密切断肺スライス（PCLS） 同じ肺内でも気道反応は大きく異なる場合があるため、時間がかかることがある。

の研究 ブーシェら（2024） どのように調査したか フィジオレンズ自動化されたPCLSソリューションは、気道狭窄の測定を簡素化すると同時に、研究者が信頼性の高い結果を得るために必要な最適な気道の数を決定するのに役立ちます。

PCLSにおける気道狭窄の測定の課題

PCLSモデルは、気道生理学および気管支収縮を体外で研究するための貴重な方法を提供する。しかし、個々の気道は、次のような刺激に対して非常に異なる反応を示す可能性がある。 メタコリン軽度の狭窄から完全な閉塞まで、様々な程度があります。

このようなばらつきがあるため、分析する気道の数が少なすぎると信頼性の低い結果が生じる可能性があり、一方で、多数の気道を手動で測定することは労力がかかり、規模を拡大するのが難しい。

physioLensを用いた自動PCLSイメージング

physioLensプラットフォームは、気道狭窄に対する実験的介入と画像解析の両方を自動化し、研究者が多数の気道を効率的に解析することを可能にする。

本研究では、実験的喘息を発症させたマウスを含む雄BALB/cマウスのPCLS（気管支肺胞上皮細胞）にメタコリンを投与し、気道収縮を誘発した。32匹のマウスについて、1匹あたり平均45個の気道を自動的に解析した。

この研究では、平均最大気道狭窄率は37.4±32.0%と報告されており、個々の気道間に大きなばらつきがあることが強調されている。

分析すべき気道はいくつあるべきか？

この研究で最も有益な発見の一つは、PCLS気道収縮実験における最適なサンプルサイズを特定したことである。

ランダムサンプリングシミュレーションの結果、おおよそ以下のことが示された。

• マウス1匹あたり35個の気道 信頼性の高い平均最大収縮には、
• 16の気道 標準偏差を推定するのに十分であった
• 29の気道 変動係数には

これらの発見は、研究者がより効率的な設計を行うのに役立つ可能性がある。 PCLS気道生理学実験データ信頼性と実験スループットのバランスを取る。

実験的喘息における気道反応性

対照群と実験的喘息群の間で最大気道収縮に有意差は認められなかったものの、喘息モデルではメタコリンに対する感受性が低下しており、これは濃度反応曲線のシフトによって示された。

これらの結果は、喘息に関連する気道機能障害は、単に最大平滑筋収縮の増加ではなく、気道反応性の違い、狭窄の不均一性、および気道閉塞に関係している可能性を示唆している。

肺膨張法は結果に影響しない

研究者らはまた、気管を介した肺膨張とアガロースを用いた経肺実質膨張という2つの肺膨張法を比較した。

重要な点として、膨張法は気道収縮反応や実験的喘息がメタコリン反応性に及ぼす影響に有意な影響を与えなかった。これは、PCLS法が様々な実験準備方法において頑健であることを裏付けている。

高スループット気道研究の推進

本研究は、自動化されたPCLS画像化と気道収縮解析が、体外気道研究の効率と再現性をどのように向上させることができるかを示している。

physioLensを用いて多数の気道を分析し、適切なサンプルサイズを設定することで、研究者はより信頼性の高い測定値を得ることができ、同時に従来の画像解析に伴う手作業の負担を軽減できる。

このアプローチは、喘息、気道過敏性、気管支収縮、その他の呼吸器疾患に関する研究を加速させるとともに、潜在的な治療薬のハイスループットスクリーニングを支援する可能性がある。