Diese Studie wurde zum Teil durch NIH / NIBIB R21EB008166 zu DL und NIA AG028455 und NIA AG022385 für DJM unterstützt. Wir danken Dr. James Olson am Fred Hutchinson Cancer Research Center für die Bereitstellung ihrer D282 Tumor-Mäusen.

Teil 1: Magnet Sicherheit Beide MRT und MRS mit einem starken Magnetfeld, dass äußerste Vorsicht erfordert. Zum Beispiel hat der 4,7 T Instrument, das wir für die vorliegende Arbeit verwendet ein Magnetfeld rund 90.000-mal das Erdmagnetfeld. Die hohe magnetische Feld ist immer auf, auch wenn die MR-Scanner nicht benutzt wird. Alle metallischen Gegenstand in Berührung mit einem derart hohen Magnetfeld kommt, wird stark und schnell durch den Magneten angezogen werden. Es ist äußerst gefährlich, wenn eine Versuchsperson oder Betreiber in das Projektil Weg durch einen metallischen Gegenstand fliegen in den Magneten befindet. Deshalb sollte Personal, das MR Experimente darauf achten, alle metallischen Gegenstände aus ihrer Kleidung zu entfernen, bevor sie die Nähe des Gerätes und auch pflegen die Umgebung frei von solchen Objekten. Nähere Informationen über Magnet Sicherheit wird in der Literatur 1 und die folgende Webseite: <a href="http://www.imrser.org/">http://www.imrser.org/</a> . Die Anwesenheit von metallischem Material kann nicht nur zu den genannten Sicherheits-Problem, aber stören experimentellen Ergebnisse durch Induktion Imaging / spektroskopische Artefakte. Das metallische Material präsentieren in der Nähe oder innerhalb der Imaging-Objekt kann das Magnetfeld in der Nähe zu verändern und so zu Artefakten auf aufgenommene Bilder oder erweitern Linienbreite von Spektren. Dementsprechend lassen Geldbörse, Schlüssel, Stifte, etc. außerhalb des Magneten, wenn Sie Tiere Griff für MR Verfahren. Teil 2: In-vivo-MRT der Maus in eine horizontale Bohrung Magnet Tierische Vorbereitung für MRI <ol><li> Alle Tiere sollten von der institutionellen Pflege der Tiere und die Nutzung Ausschuss (IACUC) vor dem Ausführen von Arten der Behandlung der Tiere genehmigt werden. </li><li> Wir verwenden verdampft Isofluran, Tiere für MRI Experimente zu betäuben. Anästhesie der Tiere können durch andere Anästhetika, wie Avertin (2,2,2-Tribromethanol oder FSME) und einem Cocktail von Ketamin und Xylazin erreicht werden. Dosierung Informationen der einzelnen Betäubungsmittel ist in Tabelle 1 zu finden. </li><li> Linie eine Induktion Kammer mit Kunststoff-Backed Saugkissen (blau-Pad oder Futter). Legen Sie eine Maus (oder mehrere Mäuse für Multi-Maus-imaging) bei der Induktion Kammer. </li><li> Stellen Sie den Durchfluss der Isofluran Verdampfer auf 0,8 1,5 L / min. Dann passen Sie die Isofluran-Verdampfer bis 4% für etwa 2 3 Minuten. </li><li> Nach dem Erreichen der operativen Ebene der Anästhesie (dh keine Spur Prise response), statt mit der Maus auf ein Tier-Halter mit seiner Nase in einem Nasenkonus (oder Maske) eingefügt. Ein Kopf restrainer können für Kopf-Bildgebung verwendet werden und ein Körper Halter kann für Körper Bildgebung verwendet werden. </li><li> Tierhaltung eingesetzt werden, um mögliche Bewegung zu verhindern: Es gibt mehrere Arten von kommerziellen Inhaber. Außerdem kann ein kundenspezifisches Halter hergestellt werden, um speziellen Anforderungen eines Versuchsaufbaus unterzubringen. Für eine maßgeschneiderte Halter, vergewissern Sie sich, um nur nicht magnetischem Material zu verwenden. </li><li> Während der Bildgebung Zeit, stellen Sie den Durchflussmesser 0,4 0,8 mL / min und reduzieren die Isofluran-Verdampfer bis 1,2 1,5%. Das ausgeatmete Gas aus der Maus Nasenkonus wird durch eine Pumpe gesammelt und entfernt in eine in-house Vakuum. </li><li> Die Augen des Tieres wird feucht gehalten mit einer sterilen Auge Schmier-Salbe sein. Das Tier wird bei 35-37 ° C während des Experiments in einem warmen Wasserkreislauf gehalten werden. Andere Arten von Wärmequelle wie beheizte Pads und warme Luft in die Radiofrequenz-(RF)-Spule durchgebrannt verwendet werden. </li><li> Ein Tier Monitoring-System ist vorhanden, um die Körpertemperatur, Atmung / Herzzyklus zu überwachen und zu synchronisieren Atmung / Herz-Gating mit Bildaufnahmen. </li><li> Ein Standard-Probe von Agarose hergestellt wird neben dem Tier abrupt Signaländerung Monitor platziert. Diese Standard-Agar-Probe ist besonders nützlich für Multi-Slice-und Multi-Zeit-Punkt Bildgebung. Wenn eine unerwartete Signaländerung in einem Stück aus den aufgenommenen Bildern erkannt wird, kann die Scheibe mit dem unerwarteten Signaländerung beseitigt werden. Darüber hinaus können ihre Signalintensitäten anhand des Signals ändert die Standard-Probe während der post-Bildanalyse eingestellt werden. </li><li> Nach sichere Platzierung der Tier-und Monitoring-Komponenten auf der Tierhalter, Position der Tierhalter in der Mitte einer HF-Spule. </li><li> Bewegen Sie den HF-Spule um den Magneten Raum und legen Sie die HF-Spule in das warme Wasser Kreislauf-System innerhalb des Magneten platziert. Abbildung 2 zeigt mehrere Komponenten eines MRT-Scanners von der Vorderseite des Magneten beobachtet Bohrung. </li></ol> MRI-Experiment <ol><li> Tune die HF-Spule, die 1 H-Resonanzfrequenz und entsprechen der charakteristischen Impedanz der Spule 50 Ohm mit dem Tuning Panel in den MR-Scanner. Dies ist, um optimale Bedingungen der Signalempfang zu erreichen. Die meisten Menschen MRI-Scanner benötigen keinen separaten Prozess von tune / Spiel außerin MRS Verfahren. </li><li> Führen Sie eine Shim-Prozess mit einem einzigen Impulsfolge. Eine MR-Signal setzt auf die Umwelt Magnetfeldhomogenität. Die shimming Verfahren ermöglicht das Magnetfeld in der Region von Interesse zu sein so homogen wie möglich. Jedes MR-Scanner verfügt über einen eigenen Weg, um die Shim-Prozess, einschließlich der automatischen schnell shimming Prozesse wie schnell Karte und Gradientenshimmen durchzuführen. </li><li> Optimieren Sie die HF-Pulses durch die Maximierung eindimensionales Bild Profil. HF-Pulses Befugnisse angeordnet, während die Pulsdauer konstant und eine ausreichend lange TR (recycle Verzögerung), dass etwa 3 ist - 5x die T 1 des Gewebes. </li><li> Erwerben Sie scout Bilder in drei orthogonalen Richtungen, um eine axiale, koronale und sagittale Bilder zu erstellen. Eine schnelle Bildaufnahme-Sequenz (dh Gradientenecho oder schnelle Spin-Echo-Bildgebung Sequenz) kann der Scout Bilder zu erwerben. Die aufgenommenen Bilder werden verwendet, um für die eigentliche Bildgebung mit der Bestimmung der Bildebenen zu planen. </li><li> Wechseln Sie auf Spin-Echo-Sequenz. Wählen der richtigen Reihenfolge Parametern: TR (recycle Verzögerung) sollten drei vor fünf Mal das Gewebe T 1 bis völlig entspannt Bilder wie Protonendichte oder T 2-gewichteten Bilder zu erwerben. TE (Echozeit) ist die Zeitdauer zwischen der ersten HF-Puls und dem Zentrum von echo-Signal. Ein TE-Wert kann je nach den Bildkontrast, wie in Tabelle 2 zusammengefasst ausgewählt werden. Abbildung 2 zeigt in vivo Bilder mit unterschiedlichen entspannende Wirkung von T 1, T 2 und T 2 * für eine Nacktmaus mit einer Xenograft Tumor auf dem Rücken erworben. </li><li> T 2-Messungen können durchgeführt entweder mit multiecho Bildgebung oder einzelne Echo-Bildgebung mit mehreren TE-Werte sein. </li><li> Im Anschluss an die MRI / MRS in vivo Experiment sollten die Tiere während des Recovery-Prozess überwacht werden. Nach der MR-Bildgebung werden die Tiere aus der HF-Spule aufgenommen und überwacht werden, um vollständige Genesung zu gewährleisten, wenn sie den Käfig zurück. Der Wärmeverlust ist bei narkotisierten Mäusen schnell. Halten Sie die Tiere warme durch Abdecken mit Gaze-Pads oder Handtüchern und / oder die Bereitstellung einer Wärmequelle bis die Tiere aus der Narkose gewonnen werden. </li></ol> Image Processing <ol><li> Bewertung aufgenommenen Bilder auf dem MR-Konsole und von ausgewählten Daten an ein Post-Processing Computer. </li><li> Wir verwenden in der Regel ImageJ ( <a href="http://rsbweb.nih.gov/ij/">http://rsbweb.nih.gov/ij/</a> ) zur Analyse von Bildern. Die Bildanalyse umfasst Bildskalierung /-Filterung, Berechnung von T 1, T 2 und Diffusion, Tumorvolumen Messungen und Segmentierung von Tumoren. </li></ol> Teil 3. In Vivo MRS für Mouse Hinterlauf Skelettmuskulatur in eine vertikale Bohrung Magnet Bau der Manschette zur Induktion Reversible Ischämie <ol><li> Beginnen Sie mit einem Stück PVC-Rohr, dass etwa 5-7 mm breit mit einer ID von 12-15 mm ist. Bohren Sie ein kleines Loch durch die Wand von diesem Stück und Faden. </li><li> Schneiden Sie ein Stück Ballon so dass es an beiden Enden offen ist (Helium Ballons Qualität der Arbeit am besten). Legen Sie dieses Stück durch die PVC Stück und wickeln sich wieder um und Bandenden zusammen an der Außenwand des PVC Stück. </li><li> Verwenden Sie Schrumpffolie, um den Ballon Dichtung endet um das Rohr. Sie sollten über eine Manschette mit einem festen Außenwand und einem aufblasbaren Innenwand. </li><li> Schneiden Sie eine Fläche von Schrumpf-und Ballon rund um die Gewindebohrung, wobei darauf zu viel Material zwischen dem Loch und der Kante des PVC Stück verlassen. Themen ein 1,5 cm großes Stück NE-Metallen (zB Messing) in das Loch in der PVC. Damit können Sie die Manschette aufzublasen. Seal Bereich mit 5 Minuten Epoxy. </li><li> Fix diese Manschette in Platz neben dem HF-Spule in der MRS-Sonde und eine Verbindung zu einem externen Blutdruckmessgerät. </li></ol> Benutzerdefinierte Atmung überwachen <ol><li> Wir verwenden eine maßgeschneiderte Atmung überwachen, dass kompatibel gemacht werden mit dem begrenzten Raum und den Zugang zu der Bohrung des Magneten wird. Mehrere kommerzielle Modelle sind ebenfalls erhältlich. </li><li> Tie ein kleiner Ballon am Ende der Strecke beständig Schlauch in die Sonde zugeführt. </li><li> Schließen Sie das andere Ende des Schlauchs an einen Druckwandler. </li><li> Seien Sie sicher, dass die Linie und Ballon sind frei von Luftblasen. Die Blasen werden dämpfen das Signal von der Kompression des Ballons durch die Bewegung der Maus Körper durch Atmung verursacht. </li></ol> Mauspositionierung in MRS Probe <ol><li> Anesthetize die Maus mit 5% Avertin (0,010 ml / g Körpergewicht). </li><li> Nach dem Erreichen der operativen Ebene der Anästhesie, positionieren Sie den Mauszeiger in der MRS-Sonde, indem Sie die Maus auf den Rücken der Maus unterstützen. Legen Sie die mit Flüssigkeit gefüllten Ballon auf der Bauchseite der Maus und befestigen Sie mit Maus-Unterstützung Trägern. </li><li> Position der Maus und Körper zu unterstützen in der MRS-Sonde. </li><li> Ziehen Sie eine Hinterbein durch die ischämische Manschette und MRS-Spule. Das Bein sollte in der Spule als mu zentriert werdench wie möglich. Diese Anordnung erlaubt die Maus Körper horizontal in eine vertikale Bohrung Magneten positioniert werden (Abbildung 3). </li><li> Fix Bein statt durch Abkleben Fuß zu starren Träger. </li><li> Legen Thermoelement subkutan in Hinterlauf außerhalb der Region durch die Spule abgetastet. </li><li> Befeuchten der Augen mit dem Auge Schmier-Salbe auf die Augen vor dem Austrocknen zu verhindern. Cover Maus Augen und Gesicht zu reiben oder Reizung von der Wand der Sonde zu verhindern. </li><li> Sonstige Überwachungs-Sonden können hinzugefügt je nach den spezifischen Bedürfnissen des Experiments werden. </li></ol> Einrichten MRS Experiment <ol><li> Connect Luftstrom zum Heizelement auf dem MRS-Sonde. </li><li> Setzen Sie die Variable Temperatur-Regeleinheit auf VNMR Software Bein Temperatur bei 35-37 ° C zu halten </li><li> Tune Spule Frequenz und Impedanz Spiel mit dem Tuning Panel in der MRS-Software für 1 H und 31 P-Resonanzen. </li><li> Passen shimming Schaltungen, um die Homogenität der B1 Magnetfeld in der Region von Interesse mittels 1 H-Spektroskopie zu optimieren. </li><li> Wechseln Sie zu 31 P Frequenz des HF-Pulses Breite zu ermitteln, um maximale Signal von einem Free Induction Decay (FID) (90 ° Zeit) zu erhalten. </li><li> Sammeln hohes Signal-Rausch völlig entspannt Spektren (FRS), um die Verhältnisse von anorganischem Phosphat (P i) und Phosphokreatin (PCr) zum ATP bestimmen, unter völlig entspannt Bedingungen. Diese Spektren werden gesammelt, indem die 90 °-Zeit mit der Zeit zwischen FID Akquisitionen (TR) von ca. 5x die T 1 von PCr (20 sek. Bei 7 T). Diese werden für die Quantifizierung von PCR und P i Ebenen von MR-Spektren verwendet werden. </li></ol> Ischämische Experiment <ol><li> Eine einfache ischämischen Störung ermöglicht die Bestimmung von Ruhe-und maximale mitochondrialen ATP-Produktion durch die Messung von Veränderungen in Phosphokreatin während und unmittelbar nach Ischämie. </li><li> Set-up-Array auf mehrere Spektren sammeln mit Hilfe eines 45 ° Pulsbreite (dh 0,5 x 90 ° Zeit) und eine TR von 0.5x der T 1 (~ 1,5 sek.). Wir sammeln in der Regel 4 FIDs für jeden Spektren (Anzahl der Mittelung (na) = 4 in VNMR Software) für eine zeitliche Auflösung von etwa 6 Sekunden. Diese zeitliche Auflösung ist ausreichend, um genau zu bestimmen, Ruhe-und maximale mitochondrialen ATP-Produktion. </li><li> Sammeln Sie ruhen Spektren für ca. 5 Minuten. </li><li> Induce Ischämie durch Aufpumpen der Manschette um 270-300 mmHg für 10-12 Minuten. </li><li> Lassen Sie die Manschette und sammeln Recovery-Spektren für 5 Minuten. </li><li> Entfernen Sie die Sonde aus Magneten und der Maus von der Sonde. Lassen Sie die Maus, um aus der Narkose unter geeigneten Bedingungen zu erholen. Experimente können an den folgenden Tagen wiederholt werden. Nach der letzten Spektroskopie Experiment Maus Beinmuskeln werden entfernt und sofort eingespannt Einfrieren in flüssigem N 2 für die Analyse der ATP-Konzentrationen durch HPLC. </li></ol> Data Analysis <ol><li> Die Daten werden analysiert offline mit einem von mehreren Spektralanalyse Programme für NMR-Spektren. Unser Labor verwendet in der Regel fit zu Standard 2 und jMRUI (http://www.mrui.uab.es/mrui/mrui_Overview.shtml) zur Quantifizierung der Peakflächen. </li><li> Initial PCr Abbauraten während einer Ischämie sind ein Maß für die mitochondriale ATP-Produktion unter normoxischen Bedingungen wie in mehreren Zeitungen 3-5 beschrieben. PCr Verwertungsquoten können verwendet werden, um die maximale Kapazität für mitochondriale ATP-Produktion auf dem Ansatz zu bestimmen zuvor beschriebenen 4,6 sein. </li></ol> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig1.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig1tmb.jpg" alt="Abbildung 1" /></a> Abbildung 1. In-vivo-MRI-Setup von der Vorderseite des Magneten angesehen Bohrung. Das Setup besteht aus einem HF-Spule, Tier-Erwärmung (oder warmem Wasser Kreislauf-System) und Steigung einzufügen. Alle diese Komponenten sind in einer horizontalen Magneten eingesetzt. Warmes Wasser wird in einem Wasser-Reservoir außerhalb des Magneten Raum erwärmt und in das Tier Erwärmung System über eine Tygon Schlauch (grünes Band). Nach Umlauf in den Zylinder wird Wasser aus der Erwärmung System zurück zum Stausee gezogen, um beheizt werden. Ein Isofluran Rohr-und Vakuumröhrenkollektoren werden verwendet, um Mäuse während der MRT-Untersuchungen zu betäuben. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig2.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig2tmb.jpg" alt="Abbildung 2" /></a> Abbildung 2 In-vivo-Bilder für eine Nacktmaus mit Xenograft Tumor (Tumor D282) auf dem Rücken (Pfeil) mit unterschiedlichen entspannende Wirkung:. A. T 1 gewogen Bild (TR / TE = 500/14.2ms). B. T 2 gewogen Bild (TR / TE = 2s/40ms). Sowohl T 1 und T 2-gewichteten Bilder wurden durch Spin-Echo-Sequenz erworben. C. T 2-Karte mit 4 Sets von Bildern unterschied erworben verarbeitetschiedenen TE-Werte im Bereich von 20 bis 80 ms. D. T 2 * wog Bild (TR / TE = 180/7.39ms, Flipwinkel = 20 °) durch Gradienten-Echo-Sequenz erworben. Sehfeld von 35 x 35 mm 2 ist für alle MR-Bildern. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig3.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig3tmb.jpg" alt="Abbildung 3" /></a> Abbildung 3. Illustration der Maus in horizontaler Körper-Halter mit Bein positioniert in HF-Spule befestigt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig4.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig4tmb.jpg" alt="Abbildung 4" /></a> Abbildung 4. In-vivo-31 P-Spektren durch eine Ischämie Reperfusion Zyklus. Die Daten wurden auf einem 7 T vertikale Bohrung Magnet und mit einer 20 Hz-Filter exponentiell erweitert gesammelt. TR = 1, na = 4, alle 20 Spektren aufgezeichnet. Tabelle 1. Dosierung des Narkosemittels für Maus MRI / MRS. <table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr><td> Tier Spezies </td><td> Narkose Agent </td><td> Dosis (Mg / kg für injizierbare) </td><td> Route </td></tr><tr><td> Maus </td><td> Isofluran-Gas </td><td> 4,0% für 2-3 min (Induktion), dann 1,2 bis 1,5% kontinuierlich (Instandhaltung) </td><td> Inhalative über Nasenkonus </td></tr><tr><td> Maus </td><td> Avertin </td><td> 5%, 10ml/kg Körpergewicht </td><td> intraperitoneal (IP) </td></tr><tr><td> Maus </td><td> Ketamin / Xylazin </td><td> 100 mg / kg und 10 mg / kg </td><td> IP </td></tr></tbody></table> Tabelle 2. Bild mit Entspannung Gewichtungen <table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr><td> Bild Gewichtung </td><td> TR (recycle Verzögerung) </td><td> TE (Echozeit) </td></tr><tr><td> T1 </td><td> Short (kürzer als T1) </td><td> Short (kürzer als T2) </td></tr><tr><td> T2 </td><td> Lange (3 ~ 5 mal T1) </td><td> Long (rund T2) </td></tr><tr><td> PD (Protonendichte) </td><td> Lange (3 ~ 5 mal T1) </td><td> Short (kürzer als T2) </td></tr></tbody></table> T1: Spin-Gitter-Relaxationszeit (oder longitudinale Relaxation) Zeit T2: Spin Spin-Relaxationszeit (oder transversale Relaxation) Zeit

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	<li>Stecco, A., Saponaro, A., Carriero, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patient+safety+issues+in+magnetic+resonance+imaging:+state+of+the+art.">Patient safety issues in magnetic resonance imaging: state of the art.</a> Radiol Med. 112, 491-491 (2007).</li><li>Heineman, F. W., Eng, J., Berkowitz, B. A., Balaban, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NMR+spectral+analysis+of+kinetic+data+using+natural+lineshapes.">NMR spectral analysis of kinetic data using natural lineshapes.</a> Magn Reson Med. 13, 490-490 (1990).</li><li>Amara, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+function+in+vivo:+spectroscopy+provides+window+on+cellular+energetics.">Mitochondrial function in vivo: spectroscopy provides window on cellular energetics.</a> Methods. 46, 312-312 (2008).</li><li>Blei, M. L., Conley, K. E., Kushmerick, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separate+measures+of+ATP+utilization+and+recovery+in+human+skeletal+muscle.">Separate measures of ATP utilization and recovery in human skeletal muscle.</a> J Physiol. 465, 203-203 (1993).</li><li>Marcinek, D. J., Schenkman, K. A., Ciesielski, W. A., Conley, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+coupling+in+vivo+in+mouse+skeletal+muscle.">Mitochondrial coupling in vivo in mouse skeletal muscle.</a> Am J Physiol Cell Physiol. 286, C457-C457 (2004).</li><li>Paganini, A. T., Foley, J. M., Meyer, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+dependence+of+muscle+phosphocreatine+kinetics+on+oxidative+capacity.">Linear dependence of muscle phosphocreatine kinetics on oxidative capacity.</a> Am J Physiol. 272, 501-501 (1997).</li><li>Sun, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+MRI+detection+of+gliomas+by+chlorotoxin-conjugated+superparamagnetic+nanoprobes.">In vivo MRI detection of gliomas by chlorotoxin-conjugated superparamagnetic nanoprobes.</a> Small. 4, 495-495 (2008).</li><li>Marcinek, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+mitochondrial+coupling+in+vivo+alters+cellular+energetics+in+aged+mouse+skeletal+muscle.">Reduced mitochondrial coupling in vivo alters cellular energetics in aged mouse skeletal muscle.</a> J Physiol. 569, 467-467 (2005).</li></ol>

Die vor der Übernahme Schritte tune / Spiel und Shim sind entscheidend für die hohe räumliche Auflösung und ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erwerben. Es ist auch wichtig, um Tier-Bedingungen mit einem Tier Monitoring-System zu einer stabilen physiologischen Zustand der Tiere zu halten während Signalmittelungen mit humane Behandlung der Tiere zu erfüllen und mögliche Artefakt-Messungen zu verhindern überwachen. Die Verfahren in das Protokoll erklärt werden können modifiziert werden, um zusätzliche...

<table><tbody><tr><td>Inova 200 MR scanner/4.7 T</td><td>Varian Inc., Agilent</td><td></td><td>Used for mouse MRI</td></tr><tr><td>Inova 300 NMR spectrometer/7 T</td><td>Varian Inc., Agilent</td><td></td><td>Used for MRS of mouse skeletal muscle</td></tr></tbody></table>

noninvasive in vivo small animal mri and mrs: basic experimental procedures

Kleintier-Magnet-Resonanz-(MR-) Forschung als ein wichtiges Element der modernen biomedizinischen Forschung aufgrund ihrer nicht-invasive Natur und den Reichtum der biologischen Informationen, die sie bietet entstanden. MR benötigt keine ionisierende Strahlung und kann nicht-invasiv eine höhere Auflösung und bessere Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu anderen tomographischen oder spektroskopischen Modalitäten. In diesem Protokoll werden wir uns auf kleine Tier MR-Bildgebung und MR-Spektroskopie (MRI / MRS) Fokus auf nicht-invasiv zu erwerben Entspannung gewichteten<sup&gt; 1</sup&gt; H Bilder von Maus und zu erhalten<sup&gt; 31</sup&gt; P-Spektren der Maus Muskel. Diese Arbeit wird nicht versucht, jeden Aspekt des Kleintier-MRT / MRS decken, sondern eine Einführung in grundlegende Verfahren der Maus MRI / MRS Experimente. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es Forschern der grundlegenden Verfahren für informieren<em&gt; In vivo</em&gt; MR-Experimente auf kleine Tiere. Das Ziel ist ein besseres Verständnis der grundlegenden experimentellen Verfahren bereitzustellen, um den Forschern neu auf dem MR-Feld besser planen für Nicht-MR-Komponenten ihres Studiums, so dass beide MR-und Nicht-MR Verfahren nahtlos integriert sind.

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Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

Diese Arbeit beschreibt die grundlegenden Verfahren der nichtinvasiven Kleintier-MRT und MRS<em&gt; In vivo</em&gt;.

Nichtinvasive In Vivo Small Animal MRI und MRS: Basic Experimentelle Verfahren

Small animal Magnetic Resonance (MR) research has emerged as an important element of modern biomedical research due to its non-invasive nature and the ...

noninvasive-vivo-small-animal-mri-mrs-basic-experimental

Research

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Biology

Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

16.0K Aufrufe.  University of Washington. Diese Arbeit beschreibt die grundlegenden Verfahren der nichtinvasiven Kleintier-MRT und MRS In vivo.

Serie: Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

Muscle strains are one of the most common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and physical exam alone, however the clinical presentation can vary greatly depending on the extent of injury, the patient's pain tolerance, etc. In patients with muscle injury or muscle disease, assessment of muscle damage is typically limited to clinical signs, such as tenderness, strength, range of motion, and more recently, imaging studies. Biological markers, such as serum creatine kinase levels, are typically elevated with muscle injury, but their levels do not always correlate with the loss of force production. This is even true of histological findings from animals, which provide a "direct measure" of damage, but do not account for all the loss of function. Some have argued that the most comprehensive measure of the overall health of the muscle in contractile force. Because muscle injury is a random event that occurs under a variety of biomechanical conditions, it is difficult to study. Here, we describe an in vivo animal model to measure torque and to produce a reliable muscle injury. We also describe our model for measurement of force from an isolated muscle in situ. Furthermore, we describe our small animal MRI procedure.

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

An in vivo animal model of injury is described. The method takes advantage of the subcutaneous position of the fibular nerve. Velocity, timing of muscle activation, and arc of motion are all pre-determined and synchronized using commercial software. Post injury changes are monitored in vivo using MR imaging/spectroscopy.

Ein In vivo Nager-Modell der Kontraktion-induzierte Verletzung und nicht-invasive Überwachung von Recovery

Muscle strains are one of the most  common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and  physical ...

Forschung

Medizin

The Use of Pharmacological-challenge fMRI in Pre-clinical Research: Application to the 5-HT System

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel underlying neurobiological mechanisms behind drug action and neurotransmitter-related disorders, such as depression and ADHD. Like most of the imaging methods (PET, SPECT, CT) it represents a progress in the investigation of brain disorders and the related function of neurotransmitter pathways in a non-invasive way with respect of the overall neuronal connectivity. Moreover it also provides the ideal tool for translation to clinical investigations. MRI, while still behind in molecular imaging strategies compared to PET and SPECT, has the great advantage to have a high spatial resolution and no need for the injection of a contrast-agent or radio-labeled molecules, thereby avoiding the repetitive exposure to ionizing radiations. Functional MRI (fMRI) is extensively used in research and clinical setting, where it is generally combined with a psycho-motor task. phMRI is an adaptation of fMRI enabling the investigation of a specific neurotransmitter system, such as serotonin (5-HT), under physiological or pathological conditions following activation via administration of a specific challenging drug.
The aim of the method described here is to assess brain 5-HT function in free-breathing animals. By challenging the 5-HT system while simultaneously acquiring functional MR images over time, the response of the brain to this challenge can be visualized. Several studies in animals have already demonstrated that drug-induced increases in extracellular levels of e.g. 5-HT (releasing agents, selective re-uptake blockers, etc) evoke region-specific changes in blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signals (signal due to a change of the oxygenated/deoxygenated hemoglobin levels occurring during brain activation through an increase of the blood supply to supply the oxygen and glucose to the demanding neurons) providing an index of neurotransmitter function. It has also been shown that these effects can be reversed by treatments that decrease 5-HT availability16,13,18,7. In adult rats, BOLD signal changes following acute SSRI administration have been described in several 5-HT related brain regions, i.e. cortical areas, hippocampus, hypothalamus and thalamus9,16,15. Stimulation of the 5-HT system and its response to this challenge can be thus used as a measure of its function in both animals and humans2,11.

The goal of this technique is to assess serotonin (5-HT) neurotransmitter function in the live and free-breathing animal with pharmacological magnetic resonance imaging (phMRI) and an intravenous challenge with a selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI), fluoxetine.

Die Verwendung von pharmakologischen fMRT-Herausforderung in der präklinischen Forschung: Anwendung auf die 5-HT-System

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel ...

Monitoring Dendritic Cell Migration using 19F / 1H Magnetic Resonance Imaging

Continuous advancements in noninvasive imaging modalities such as magnetic resonance imaging (MRI) have greatly improved our ability to study physiological or pathological processes in living organisms. MRI is also proving to be a valuable tool for capturing transplanted cells in vivo. Initial cell labeling strategies for MRI made use of contrast agents that influence the MR relaxation times (T1, T2, T2*) and lead to an enhancement (T1) or depletion (T2*) of signal where labeled cells are present. T2* enhancement agents such as ultrasmall iron oxide agents (USPIO) have been employed to study cell migration and some have also been approved by the FDA for clinical application. A drawback of T2* agents is the difficulty to distinguish the signal extinction created by the labeled cells from other artifacts such as blood clots, micro bleeds or air bubbles. In this article, we describe an emerging technique for tracking cells in vivo that is based on labeling the cells with fluorine (19F)-rich particles. These particles are prepared by emulsifying perfluorocarbon (PFC) compounds and then used to label cells, which subsequently can be imaged by 19F MRI. Important advantages of PFCs for cell tracking in vivo include (i) the absence of carbon-bound 19F in vivo, which then yields background-free images and complete cell selectivityand(ii) the possibility to quantify the cell signal by 19F MR spectroscopy.

Monitoring Dendritic Cell Migration using 19F / 1H Magnetic Resonance Imaging

Tracking of cells using MRI has gained remarkable attention in the past years. This protocol describes the labeling of dendritic cells with fluorine (19F)-rich particles, the in vivo application of these cells, and monitoring the extent of their migration to the draining lymph node with 19F/1H MRI and 19F MRS.

Überwachung dendritische Zellen mit Migration<sup&gt; 19</sup&gt; F /<sup&gt; 1</sup&gt; H Magnetic Resonance Imaging

Continuous  advancements in noninvasive imaging modalities such as magnetic resonance  imaging (MRI) have greatly improved our ability to study ...

Immunologie und Infektion

Assessment of Cardiac Function and Myocardial Morphology Using Small Animal Look-locker Inversion Recovery (SALLI) MRI in Rats

Small animal magnetic resonance imaging is an important tool to study cardiac function and changes in myocardial tissue. The high heart rates of small animals (200 to 600 beats/min) have previously limited the role of CMR imaging. Small animal Look-Locker inversion recovery (SALLI) is a T1 mapping sequence for small animals to overcome this problem 1. T1 maps provide quantitative information about tissue alterations and contrast agent kinetics. It is also possible to detect diffuse myocardial processes such as interstitial fibrosis or edema 1-6. Furthermore, from a single set of image data, it is possible to examine heart function and myocardial scarring by generating cine and inversion recovery-prepared late gadolinium enhancement-type MR images 1.
	The presented video shows step-by-step the procedures to perform small animal CMR imaging. Here it is presented with a healthy Sprague-Dawley rat, however naturally it can be extended to different cardiac small animal models.

Assessment of Cardiac Function and Myocardial Morphology Using Small Animal Look-locker Inversion Recovery SALLI MRI in Rats

Contrast enhanced cardiac magnetic resonance (CMR) imaging allows comprehensive in vivo assessment of the heart in small animal models of cardiovascular disease. Here we detail the procedures to perform CMR imaging, reconstruction and analysis using Small Animal Lock-Locker Inversion Recovery (SALLI) in rats.

Beurteilung der Herzfunktion und Morphologie Myokardiale Mit Small Animal Look-Locker Inversion Recovery (SALLI) MRI in Ratten

Small animal magnetic resonance  imaging is an important tool to study cardiac function and changes in myocardial  tissue. The high heart rates of small ...

In vivo Imaging of Optic Nerve Fiber Integrity by Contrast-Enhanced MRI in Mice

The rodent visual system encompasses retinal ganglion cells and their axons that form the optic nerve to enter thalamic and midbrain centers, and postsynaptic projections to the visual cortex. Based on its distinct anatomical structure and convenient accessibility, it has become the favored structure for studies on neuronal survival, axonal regeneration, and synaptic plasticity. Recent advancements in MR imaging have enabled the in vivo visualization of the retino-tectal part of this projection using manganese mediated contrast enhancement (MEMRI). Here, we present a MEMRI protocol for illustration of the visual projection in mice, by which resolutions of (200 &#181;m)3 can be achieved using common 3 Tesla scanners. We demonstrate how intravitreal injection of a single dosage of 15 nmol MnCl2 leads to a saturated enhancement of the intact projection within 24 hr. With exception of the retina, changes in signal intensity are independent of coincided visual stimulation or physiological aging. We further apply this technique to longitudinally monitor axonal degeneration in response to acute optic nerve injury, a paradigm by which Mn2+ transport completely arrests at the lesion site. Conversely, active Mn2+ transport is quantitatively proportionate to the viability, number, and electrical activity of axon fibers. For such an analysis, we exemplify Mn2+ transport kinetics along the visual path in a transgenic mouse model (NF-&#954;B p50KO) displaying spontaneous atrophy of sensory, including visual, projections. In these mice, MEMRI indicates reduced but not delayed Mn2+ transport as compared to wild type mice, thus revealing signs of structural and/or functional impairments by NF-&#954;B mutations.
In summary, MEMRI conveniently bridges in vivo assays and post mortem histology for the characterization of nerve fiber integrity and activity. It is highly useful for longitudinal studies on axonal degeneration and regeneration, and investigations of mutant mice for genuine or inducible phenotypes.

In vivo Imaging of Optic Nerve Fiber Integrity by Contrast-Enhanced MRI in Mice

This video illustrates a method, using a clinical 3 T scanner, for contrast-enhanced MR imaging of the na&#239;ve mouse visual projection and for repetitive and longitudinal in vivo studies of optic nerve degeneration associated with acute optic nerve crush injury and chronic optic nerve degeneration in knock-out mice (p50KO).

In-vivo-Imaging von Optic Nerve Fiber Integrität von Contrast-Enhanced MRI in Mäuse

The rodent visual system encompasses retinal ganglion cells and their axons that form the optic nerve to enter thalamic and midbrain centers, and ...

Neurowissenschaften

Use of Ultra-high Field MRI in Small Rodent Models of Polycystic Kidney Disease for In Vivo Phenotyping and Drug Monitoring

Several in vivo pre-clinical studies in Polycystic Kidney Disease (PKD) utilize orthologous rodent models to identify and study the genetic and molecular mechanisms responsible for the disease, and are very convenient for rapid drug screening and testing of promising therapies. A limiting factor in these studies is often the lack of efficient non-invasive methods for sequentially analyzing the anatomical and functional changes in the kidney. Magnetic resonance imaging (MRI) is the current gold standard imaging technique to follow autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) patients, providing excellent soft tissue contrast and anatomic detail and allowing Total Kidney Volume (TKV) measurements.A major advantage of MRI in rodent models of PKD is the possibility for in vivo imaging allowing for longitudinal studies that use the same animal and therefore reducing the total number of animals required. In this manuscript, we will focus on using Ultra-high field (UHF) MRI to non-invasively acquire in vivo images of rodent models for PKD. The main goal of this work is to introduce the use of MRI as a tool for in vivo phenotypical characterization and drug monitoring in rodent models for PKD.

Use of Ultra-high Field MRI in Small Rodent Models of Polycystic Kidney Disease for In Vivo Phenotyping and Drug Monitoring

The use of ultra-high field MRI as a non-invasive way to obtain phenotypic information of rodent models for polycystic kidney disease and to monitor interventions is described. Compared with the traditional histological approach, MRI images can be acquired in vivo, allowing for longitudinal follow-up.

Verwendung von Ultrahochfeld-MRT in Kleintier Modelle aus Polyzystische Nierenerkrankung für<em&gt; In Vivo</em&gt; Phänotypisierung und Drug Monitoring

Several in vivo pre-clinical studies in Polycystic Kidney Disease (PKD) utilize orthologous rodent models to identify and study the genetic and molecular ...

Quantitative MRI of Endothelial Permeability and (Dys)function in Atherosclerosis

Cardiovascular diseases are the leading causes of death worldwide. A permeable/leaky and dysfunctional endothelium is considered the earliest marker of vascular damage and thought to drive atherosclerosis. A method to identify these changes in vivo would be desirable in the clinic. Magnetic resonance imaging (MRI)-based tools and other technologies have enabled a profound understanding of the role of the endothelium in cardiovascular diseases and risk in vivo. There is, however, a need for reproducible and simple approaches for extracting quantifiable data reflective of endothelial damage from a single imaging study. A non-invasive, easy-to-implement, and quantitative MRI workflow was developed to acquire and analyze images that allow the quantification of two imaging biomarkers of arterial endothelial damage (leakiness/permeability and dysfunction). Here, the protocol describes the application of this method in the brachiocephalic artery of atherosclerotic ApoE-/- mice using a clinical MRI scanner. First, late gadolinium enhancement (LGE) and Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) T1 mapping protocols to quantify endothelial leakage using an albumin-binding probe are described. Second, anatomic, and quantitative blood flow sequences to measure endothelial dysfunction, in response to acetylcholine are described. Importantly, the method outlined here allows the acquisition of high-spatial-resolution 3D images with large volumetric coverage enabling accurate segmentation of vessel wall structures to improve inter- and intra-observer variability and to increase reliability and reproducibility. Additionally, it provides quantitative data without the need for high-temporal resolution for complex kinetic modeling, making it model-independent and even allowing for imaging of highly mobile vessels (coronary arteries). Therefore, the approach simplifies and expedites data analysis. Finally, this method can be implemented on different scanners, can be extended to image different arterial beds, and is clinically applicable for use in humans. This method could be used to diagnose and treat patients with atherosclerosis by adopting a precision-medicine approach.

Quantitative MRI of Endothelial Permeability and Dysfunction in Atherosclerosis

We have developed an accurate, non-invasive, and easy-to-use method to quantify endothelial permeability and dysfunction in the arteries using Magnetic Resonance Imaging (MRI), named qMETRIC. This technique enables assessing vascular damage and cardiovascular risk associated with atherosclerosis in preclinical models and humans.

Cardiovascular diseases are the leading causes of death worldwide. A permeable/leaky and dysfunctional endothelium is considered the earliest marker of ...

Biotechnik

Phase Contrast Magnetic Resonance Imaging in the Rat Common Carotid Artery

Phase contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) is a noninvasive approach that can quantify flow-related parameters such as blood flow. Previous studies have shown that abnormal blood flow may be associated with systemic vascular risk. Thus, PC-MRI can facilitate the translation of data obtained from animal models of cardiovascular diseases to pertinent clinical investigations. In this report, we describe the procedure for measuring blood flow in the common carotid artery (CCA) of rats using cine-gated PC-MRI and discuss relevant analysis methods. This procedure can be performed in a live, anesthetized animal and does not require euthanasia after the procedure. The proposed scanning parameters yield repeatable measurements for blood flow, indicating excellent reproducibility of the results. The PC-MRI procedure described in this article can be used for pharmacological testing, pathophysiological assessment, and cerebral hemodynamics evaluation.

The overall goal of this procedure is to measure the blood flow in the rat common carotid artery by using noninvasive phase contrast magnetic resonance imaging.

Phase Kontrast Magnetresonanz-Bildgebung in der Ratte gemeinsame Halsschlagader

Phase contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) is a noninvasive approach that can quantify flow-related parameters such as blood flow. Previous ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a real-time fMRI platform to guide experimenters to monitor fMRI responses instantaneously during acquisition, which can be used to modify the physiology of animals to achieve desired hemodynamic responses in animal brains. The real-time fMRI set-up is based on a 14.1T preclinical MRI system, enabling the real-time mapping of dynamic fMRI responses in the primary forepaw somatosensory cortex (FP-S1) of anesthetized rats. Instead of a retrospective analysis to investigate confounding sources leading to the variability of fMRI signals, the real-time fMRI platform provides a more effective scheme to identify dynamic fMRI responses using customized macro-functions and a common neuroimage analysis software in the MRI system. Also, it provides immediate troubleshooting feasibility and a real-time biofeedback stimulation paradigm for brain functional studies in animals.

Animal brain functional mapping can benefit from the real-time functional magnetic resonance imaging (fMRI) experimental set-up. Using the latest software implemented in the animal MRI system, we established a real-time monitoring platform for small animal fMRI.

Echtzeit-fMRT-Kartierung des Gehirns bei Tieren

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging

Source: Frederick W. Damen and <a href="https://www.jove.com/author/Craig+J._Goergen">Craig J. Goergen</a>, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
In this video, high field, small-bore magnetic resonance imaging (MRI) with physiological monitoring is demonstrated to acquire gated cine loops of the murine cardiovascular system. This procedure provides a basis for assessing left-ventricular function, visualizing vascular networks, and quantifying motion of organs due to respiration. Comparable small animal cardiovascular imaging modalities include high-frequency ultrasound and micro-computed tomography (CT); however, each modality is associated with trade-offs that should be considered. While ultrasound does provide high spatial and temporal resolution, imaging artifacts are common. For example, dense tissue (i.e., the sternum and ribs) can limit imaging penetration depth, and hyperechoic signal at the interface between gas and liquid (i.e., pleura surrounding the lungs) can blur contrast in nearby tissue. Micro-CT in contrast does not suffer from as many in-plane artifacts, but does have lower temporal resolution and limited soft-tissue contrast. Furthermore, micro-CT uses X-ray radiation and often requires the use of contrast agents to visualize vasculature, both of which are known to cause side effects at high doses including radiation damage&#160; and renal injury. Cardiovascular MRI provides a nice compromise between these techniques by negating the need for ionizing radiation and providing the user with the ability to image without contrast agents (although contrast agents are often used for MRI).
This data was acquired with a triggering Fast Low Angle SHot (FLASH) MRI sequence that was gated off of the R-peaks in the cardiac cycle and expiratory plateaus in respiration. These physiological events were monitored through subcutaneous electrodes and a pressure-sensitive pillow that was secured against the abdomen. To ensure the mouse was properly warmed, a rectal temperature probe was inserted and used to control the output of a MRI-safe heating fan. Once the animal was inserted into the bore of the MRI scanner and navigation sequences were run to confirm positioning, the gated FLASH imaging planes were prescribed and data acquired. Overall, high field MRI is a powerful research tool that can provide soft tissue contrast for the study of small animal disease models.

Cardiac MRI: Principle and Imaging

Kardiale Magnetresonanztomographie

Source: Frederick W. Damen and Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
In this video, high ...

Nichtinvasive In Vivo Small Animal MRI und MRS: Basic Experimentelle Verfahren

Zusammenfassung

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