Study on the development of the mouse ossicles using Micro-CT

Abstract

Detailed information on how ossicles change in the developing temporal bone would be helpful in understanding biomechanical knowledge of ossicles. In this study, three dimensional structural images of mouse were investigated through Micro-CT to understand developmental anatomy of its ossicles. Additionally, this study was performed to determine the three - dimensional(3-D) structure of the mouse temporal bone and to provide a survey atlas of the temporal bone structures in mice. The temporal bones of adult BALB/c mice were examined, and 3-D high-resolution reconstructions of the temporal bone were obtained using a Micro-CT system. Using the system described here, the bony labyrinth and membranous labyrinth could be investigated in a nondestructive manner. For investigation of development, thirty five temporal bones of BALB/c mice, aged from gestational day 11 to postnatal day 21 and adult, were enrolled. Three-dimensional high-resolution reconstructions of the ossicles of the left sided temporal bones were obtained using a Micro-CT system. The right sided temporal bones were used for histological study. The turning rate of the cochlea was two (human rate : two and a half). the shapes of the superior and posterior semicircular canals were more flexed than those in humans. The malleus manubrium was directed anteriorly, and was thin and fan-shaped like a Persian sword. The size of the incus relative to the malleus was smaller than that in the human ossicles. Internal biomechanical characters (volume fraction, structure model index, degree of anisotropy, etc) of murine ossicles and temporal bones attain to the adult level at postnatal day 21. This study will be useful in understanding the more accurate microstructure of murine temporal bone, and will provide the anatomical basis for the future animal studies.

측두골 및 이소골 발생 및 성장과정에서 생역학적 특성 규명은 청각발달과정을 이해하는데 필수적인 요건이다. 본 연구는 Micro-CT를 이용해서 마우스의 3차원적인 영상 및 자료를 통해 측두골 및 이소골의 발생과정을 관찰함으로써 골전도(Bony conduction)의 발달과정을 이해하고자 수행되었다. 먼저, 성체 마우스 측두골의 특성을 확인하기 위해 성체 마우스 측두골을 Micro-CT 시스템을 이용하여 촬영하였다. 이를 바탕으로 2차원 기본 측정 영상에 전처리 과정을 통해 필요한 부위만 선별하여 골성미로, 막성미로 및 이소골의 3차원적인 형태를 재건하였다. 이 후 생역학적 지수를 기준으로 발생과정의 변화를 관찰하고 성체화 시기를 측정하였다. 발생과정 중의 생역학적 변화를 분석하기 위해 임신 11 일부터 생후 21 일까지의 마우스 35 마리 측두골을 Micro-CT 시스템 및 통상적인 조직학적 방법을 이용하여 비교분석하였다. 연구결과, 마우스 골성미로의 와우 회전은 두 바퀴이며 상반규관과 후반규관의 형태가 사람에 비해 좀더 3차원적으로 복잡하게 휘여 있는 것을 확인하였다. 추골병은 사람과는 달리 앞쪽으로 길게 확장된 막대 형태로 관찰되었으며, 추골 두부는 매우 얇고 넓은 판상형태로 관찰되었다. 추골의 크기에 대한 상대적인 침골의 크기는 사람에 비해 작게 관찰되었다. 성체에서 얻어진 생역학적 지표를 기준으로 임신 11일째부터 생후 21일까지의 발생과정중의 이소골 및 측두골의 생역학적 성장을 확인한 결과 마우스의 경우 생후 21일에 성체화 되었으며, 이는 조직학적 관찰결과와 일치하였다. 본 연구는 마우스 측두골 발생과정을 3차원적으로 규명함으로써, 마우스 측두골 발생에 대한 해부학적 기초 자료를 제공하였을 뿐 만 아니라, 골성전도 발달과정을 형태학적으로 제시함으로써, 마우스를 이용한 청각관련 실험에서 매우 중요한 정보를 제공하는 것으로 사료된다.