Wir bedanken uns herzlich die Nanovic Institute for European Studies, der Glynn Familie Honors Program, Notre Dame Integrated Imaging Facility (NDIIF) und Carestream Health für die finanzielle Unterstützung für dieses Projekt. Forschung auf Kaninchen kranialen Entwicklung von NSF BCS-1029149 zu MJR unterstützt.

Ein. Tiere <ol><li> Für die Ergebnisse unten berichteten, wurde ein männlicher Lobund-Wistar-Ratte von zehn Monaten aus dem Freimann Life Science Center, University of Notre Dame (Notre Dame, Indiana, USA) erhalten. Eine ex vivo New Zealand White Rabbit (männlich, Alter = 8 Wochen) skull Probe in 10% Formalin konserviert, wurde aus dem Labor von Prof. Matthew Ravosa, University of Notre Dame erhalten. </li><li> Für die in vivo Bildgebung, war die Ratte betäubt durch Isofluoran (2,5% Durchfluss) mit der Wartung über eine Nasen-Konus-System. Das Tier wurde positioniert anfällig im Standard Ratten-Bett (M2M Imaging Inc., Cleveland, Ohio) mit dem Albira Bildstation zugeführt. Limbs positioniert wurden seitlichen vom Rumpf für eine einheitliche CT Akquisition. </li><li> Nach der Bildaufnahme abgeschlossen war, wurde die Ratte von der Bugspitze entfernt und in der Erholung Käfig, bis Chorumgang. </li><li> Für Scans des Kaninchens Schädel, wurde die Probe bei der Ratte Bett gelegtin einem verschlossenen Plastikbeutel mit Formalin. </li></ol> 2. Image Acquisition and Reconstruction <ol><li> In vivo und ex vivo Bild Akquisitionen wurden mit dem Albira CT-System (Carestream Molecular Imaging, Woodbridge, CT). Das System wurde auf ein Bett von 180 mm Länge, indem Sie drei kreisförmigen Scans (600 Vorsprünge pro Scan), die jeweils mit einem 65 mm FOV, die dann gemeinsam beim Wiederaufbau genäht scannen. Die Röntgenquelle wurde zu einem Strom von 400 uA und Spannung von 45 kVp eingestellt und verwendet einen 0,5 mm Al Filter zu härten des Strahls. Ungefähre Strahlung tiefe Äquivalentdosis für CT-Einstellungen betrug 660 mSv und flache Äquivalentdosis war 1171 mSv. Diese Dosen sind mehr als 10-fach niedriger als gemeldet LD50-Werte. </li><li> Bilder rekonstruiert werden mit der FBP (Filtered Back Projection)-Algorithmus über die Albira Suite 5.0 Reconstructor mit &quot;Standard&quot;-Parameter. Diese Kombination Akquisition und Rekonstruktion Einstellungen erzeugen einen final Bild mit 0,125 mm isotrope Voxel als ausreichend ganze Tier Analyse und 3D-Drucken von anatomischen Strukturen. </li></ol> 3. Data Processing <ol><li> Skelettmerkmale von CT-Scans können aus den Rohdaten ohne Segmentierung gedruckt werden. Jedoch ist die Segmentierung der Weichteile vor der Verarbeitung der Daten für die 3D-Druck erforderlich. Hier zeigen wir ein Beispiel mit Lungengewebe. <ol><li> Original öffnen microPET (Datenformat für alle Modalitäten der Albira Imaging System)-Datei </li><li> Zeichnen Sie ein Volumen von Interesse (VOI) um die Maus so, dass alle externen Raum entfernt wird. </li><li> Unter dem &quot;VOI Tools &#39;Registerkarte wählen Sie&quot; Mask Außerhalb gewählte VOI&#39; und stellen Sie die Maskierung Wert -1.000 Hounsfield Units (HU, Röntgendichte Maßstab für CT), die effektiv gesetzt werden den Außenraum der CT Dichtewert der Luft. </li><li> Mit all den äußeren Raum entfernt, unter der Registerkarte &quot;Tools&quot; die Option &quot;Externe&quot;, klicken Sie dann auf Drop-Down-Pfeil und wählen Sie &quot;Segmentation&quot; </li><li> Set Bereich auf -550 bis -200 und klicken Sie auf &quot;OK&quot;. </li><li> Wenn die Datei sehr groß ist, wählen Sie Registerkarte &quot;Tools&quot; die Option &quot;Reduzieren&quot; und starten Sie das Programm </li><li> Speichern als Analysieren Datei </li></ol></li><li> Die Daten müssen zuerst in DICOM-Format mit PMOD (PMOD Technologies LTD, Zürich, Schweiz) Analyse-Software konvertiert werden. <ol><li> Öffnen Sie das PMOD Image Processing Software Package. </li><li> Entlang der oberen Zeile, wählen Sie die Registerkarte Ansicht. </li><li> In der rechten unteren Symbolleiste auf den nach unten weisenden Pfeil beschriftet Database unter Last. </li><li> Wählen microPET für die CT-Rohdaten oder Analysieren der segmentierten Lunge. </li><li> Wählen Sie die entsprechende Datei und klicken Sie auf Hinzufügen ausgewählt. </li><li> Klicken Sie auf Öffnen. </li><li> In der rechten unteren Symbolleiste auf den nach obenPfeil unter Speichern. </li><li> In diesem Menü wählen Sie den Dateityp DICOM. </li><li> Benennen Sie die Datei und wählen Sie Speichern. </li><li> Schließen PMOD. </li></ol></li><li> DICOM-Daten enthält volumetrischen Dichtewerte für jeden Voxel. Um diese Daten zu drucken, muss es als eine zusammenhängende Oberfläche statt einer Volumen verarbeitet werden. ImageJ v1.43u wird verwendet, um Oberflächen-Renderings zur weiteren Verarbeitung zu erhalten. <ol><li> Offene ImageJ Image Processing Software </li><li> Wählen Sie Datei&gt; Importieren. </li><li> Wählen Sie Image Sequence. </li><li> Navigieren Sie zu der Datei mit dem neu erstellten DICOM und es auszuwählen. </li><li> Wählen Sie Plug-Ins&gt; 3D&gt; 3D-Viewer. </li><li> Zwei Fenster erscheinen, das 3D-Viewer angezeigt und ein ADD-Fenster. </li><li> Unter Anzeige wie in der ADD-Fenster Lautstärke ändernan die Oberfläche. </li><li> Ändern Sie den Standardwert von Threshold auf 210. </li><li> Klicken Sie auf OK. </li><li> In der 3D-Viewer-Menüleiste Datei&gt; Exportieren Oberflächen&gt; WaveFront. </li><li> Benennen Sie die Datei und klicken Sie auf Speichern. </li></ol></li><li> Zwei Programme, meshlab v1.3.1 und netfabb Studio Basic 4.9, wird gleichzeitig zu entfernen überschüssiges Gewebe, verbinden sich getrennt Maschen, Reparatur Löcher, und glätten das endgültige Netz. Die Hauptunterschiede zwischen diesen beiden Programmen sind die Werkzeugsätze zur Verfügung des Benutzers, und ein Teil der Grenzfläche Navigationssteuerelement. Sie sind beide 3D-Mesh-Editing-Software-Programme und ihre Verwendung zusammen bietet die einfachste Ansatz zur Bearbeitung des Modells. <img alt="Icon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /> zeigt an, dass diese Maßnahmen in meshlab v1.3.1 ausgeführt werden soll <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /> zeigt an, dass diese Maßnahmen in netfabb Studio Basic 4,9 ausgeführt werden soll <ol><li> Um greift in Programm importieren: <ol><li> Öffnen meshlab v1.3.1 <img alt="Icon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Von der Menüleiste wählen Sie File&gt; New Leeres Projekt. </li><li> SELCT Datei&gt; Importieren Mesh. </li><li> Wählen Sie die Datei und klicken Sie auf Öffnen. </li><li> Sobald die Datei geladen wurde, wird ein Dialogfenster geöffnet. Keeping Unify Doppelte Vertices überprüft, drücken Sie OK. <ol><li> Öffnen netfabb Studio Basic 4.9. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Ziehen Sie die gewünschte Datei direkt auf dem netfabb Studio Basisbildschirm. </li></ol></li></ol></li><li> Um unerwünschte Mesh von der Oberfläche zu entfernen: <ol><li> Aus der Menüleiste meshlab, wählen Sie Filter&gt; Reinigung und Reparatur&gt; entfernen Isolated Pieces (WRT Durchmesser). <img alt="Icon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Entfernen getrennt verbundenen Komponenten, deren Durchmesser kleiner ist als der angegebene Konstante. Geben Sie einen maximalen Durchmesser für diese Komponenten und klicken Sie auf Übernehmen. </li><li> Allmählich erhöhen den maximalen Durchmesser zu größeren Stücken entfernen. Klicken Sie auf Übernehmen nach jedem Durchmesser Modifikation. </li></ol></li><li> Mit getrennten Stücke zu verbinden, müssen Löcher in den aktuellen Maschen an den gewünschten Stellen einer neuen Bindung geschnitten werden, und eine Brücke von Mesh-must zwischen gebaut werden. <ol><li> Verwenden Sie das Auswahl-Werkzeug, siebten Tool von links in der Menüleiste, um die Teile des Netzes, das durchgeführt werden sollen geschnitten auszuwählen. <img alt="Icon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Löschen ausgewählte Stücke aus Mesh mit der Delete-Taste Faces, das dritte Werkzeug von links in der Menüleiste. </li><li> Von der Menüleiste wählen Sie File&gt; Export Mesh-As. </li><li> Benennen Sie die Datei, und ändern Sie den Dateityp auf STL. </li><li> Drücken Sie auf Speichern. </li><li> Ein Dialogfenster mit Optionen zum Speichern erscheint, drücken Sie OK. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Ziehen Sie diese neue Datei in netfabb. </li><li> Auf dem oberen Menü die Option ReparierenDas vierte Werkzeug von links. </li><li> Wählen Sie das Add Dreiecken Werkzeug, dreizehnte von links. </li><li> Klicken Sie auf eine offene Kante (sie werden gelb) auf der einen Seite und dann auf einer offenen Kante auf der anderen Stück. Erstellen 5-10 Brücken über den Spalt. </li><li> Wählen Sie die Automatische Reparatur-Taste in der unteren rechten </li><li> Markieren Standard Repair. </li><li> Klicken Sie auf Ausführen. </li><li> Drücken Sie Abbrechen, nachdem die Reparatur ausgeführt wurde. </li></ol> Optional: Einige erstellt Dreiecken kann die falsche Orientierung. Die folgenden Schritte können verwendet werden, um diese Dreiecke orientieren werden. <ol><li> Wählen Sie den Flip Ausgewählte Dreiecke Button. </li><li> Klicken auf beliebigen desorientiert Dreiecke um alle Dreiecke in der richtigen Richtung zu drehen. </li></ol></li><li> AufReparatur Krater und Löcher, muss gesamte Löcher und Krater entfernt werden und Brücken müssen auf jeder Seite des Netzes aufgebaut werden. <ol><li> Klicken Sie auf das Auswahl-Werkzeug. <img alt="Icon 1" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg" /></li><li> Wählen Sie den Krater oder Löcher gefüllt werden. </li><li> Klicken Sie auf die Delete Faces-Taste. </li><li> Von der Menüleiste wählen Sie File&gt; Export Mesh-As. </li><li> Benennen Sie die Datei, und ändern Sie den Dateityp auf STL. </li><li> Drücken Sie auf Speichern. </li><li> Ein Dialogfenster mit Optionen zum Speichern erscheint, drücken Sie OK. </li><li> Ziehen Sie diese neue Datei in netfabb. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Auf dem oberen Menü die Option Reparieren </st<html> rong&gt;, das vierte Werkzeug von der linken Seite. </li><li> Wählen Sie das Add Dreiecken Werkzeug, dreizehnte von links. </li><li> Klicken Sie auf eine offene Kante (sie werden gelb) auf der einen Seite und dann auf einer offenen Kante auf der anderen Stück. Erstellen 5-10 Brücken über den Spalt. </li><li> Wählen Sie die Automatische Reparatur-Taste in der unteren rechten </li><li> Markieren Standard Repair. </li><li> Klicken Sie auf Ausführen. </li><li> Drücken Sie Abbrechen, nachdem die Reparatur ausgeführt wurde. </li></ol></li><li> Laplace Glättung der Glättungsalgorithmus in meshlab, wird verwendet, um das Objekt zu glätten unter Wahrung der strukturellen Integrität des Modells. <ol><li> Navigieren Sie Filter&gt; Glätten&gt; Verkleidungs-und Deformation&gt; Laplace Smooth.iles/ftp_upload/50250/50250icon1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Wählen Sie eine Nummer zu glätten Iterationen. Mehr Iterationen wird in einem glatteren Modell führen, sondern jede Iteration langsam verschlechtert das Volumen des Modells, das in getrennten Stücken und scharfe Kanten entstehen können. 1-5 Iterationen werden empfohlen. </li><li> Drücken Sie OK. </li><li> Von der Menüleiste wählen Sie File&gt; Export Mesh-As. </li><li> Benennen Sie die Datei, und ändern Sie den Dateityp auf STL. </li><li> Drücken Sie auf Speichern. </li><li> Ein Dialogfenster mit Optionen zum Speichern erscheint, drücken Sie OK. </li><li> Ziehen Sie diese neue Datei in netfabb. <img alt="Icon 2" fo:src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50250/50250icon2.jpg" /></li><li> Auf dem oberen Menü die Option Repair, das vierte Werkzeug von der linken Seite. </li><li> Wählen Sie das Add Dreiecken Werkzeug, thirteenth von links. </li><li> Klicken Sie auf eine offene Kante (sie werden gelb) auf der einen Seite und dann auf einer offenen Kante auf der anderen Stück. Erstellen 5-10 Brücken über den Spalt. </li><li> Wählen Sie die Automatische Reparatur-Taste in der unteren rechten </li><li> Markieren Standard Repair. </li><li> Klicken Sie auf Ausführen. </li><li> Drücken Sie Abbrechen, nachdem die Reparatur ausgeführt wurde. </li><li> Von der Menüleiste wählen Sie File&gt; Export Mesh-As. </li><li> Nennen Sie die letzte Datei und ändern Sie den Dateityp auf STL. </li><li> Drücken Sie auf Speichern. </li><li> Ein Dialogfenster mit Optionen zum Speichern erscheint, drücken Sie OK. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Printing <ol><li> Drucken mit der Makerbot <ol><li> Öffnen Sie die STL-Datei in ReplicatorG. ReplicatorG ist ein Makerbot Industries-Programm verwendet werden, um mit dem Makerbot kommunizieren. </li><li> Klicken Maßstab aus der unteren rechten Ecke und wählen Füllen Sie den Build-Space! </li><li> Wählen Sie Drehen und klicken Lay Flat. </li><li> Klicken Center. </li><li> Für Modelle mit feinen Details, wählen Sie füllen Bauplattform zu skalieren Modell. </li><li> Aus dem gleichen Menü, klicken Sie auf und wählen Sie Setzen Sie auf Platform. </li><li> Sobald die richtige Ausrichtung erreicht worden ist, wählen Sie generieren GCODE aus der oberen Menüleiste. * Ein Fenster mit Druckoptionen erscheint. </li><li> Wählen Sie den Extruder, der das Filament bieten wird, um das Objekt (links oder rechts) zu drucken. </li><li> Wählen Sie Raft / Support. </li><li> Aus dem Dropdown-Menü mit dem Titel Use Trägermaterial, wählen Sie Full Support. </li><li> Wählen Sie Generate GCODE. Ein Pop-up-Fenster zeigt den Fortschritt der GCODE erscheint. </li><li> Sobald die GCODE abgeschlossen ist, wählen Sie Build für die Verwendung mit SD-Karte einreichen. </li><li> Klicken Sie auf Speichern. </li><li> Ziehen Sie die Datei auf einer SD-Karte. </li><li> Legen Sie die SD-Karte in den Makerbot und mit dem Makerbot Tastatur Wählen Sie Drucken aus SD. </li><li> Unter Druck von SD, wählen Sie den gewünschten Dateinamen ein. Der Makerbot automatisch auf warm-up beginnen, um das Objekt zu drucken. </li></ol></li><li> Shapeways Printing <ol><li> Nach dem Erstellen Sie ein kostenloses Konto mit Shapeways kann der STL-Datei direkt auf dem Shapeways Website hochgeladen werden: <a href="http://www.shapeways.com/upload/" target="_blank">http://www.shapeways.com/upload/</a> </li><li> Klicken Sie auf Hochladen und wählen Sie die STLDatei. </li><li> Wählen Sie einen Titel für die hochgeladene Datei. </li><li> Wählen Sie eine Maßeinheit aus dem Dropdown-Menü. </li><li> Klicken Sie auf Upload Model. </li><li> Die Datei ist nun bereit zum Drucken über Shapeways. Sobald die Datei hochgeladen Shapeways dauert ein paar Minuten, um die Datei zu verarbeiten, um sicherzustellen, dass es tatsächlich gedruckt werden können. Sie werden in der Lage sein, um das Modell aus dem &quot;meine Modelle&quot; Seite nach ca. 10 Minuten zu drucken. </li><li> Die &quot;weiße starke und flexible&quot; Auswahl wurde verwendet, um Skelettstrukturen drucken, während &quot;purple starke und flexible&quot; für Lungengewebe verwendet wurde. </li></ol></li><li> ProJet HD 3000 Printing <ol><li> Die STL-Datei kann auch ausgedruckt werden unter Verwendung eines kommerziellen hochauflösenden dreidimensionalen Drucker wie der ProJet HD 3000 (Springboard Engineering Solutions LLC, Innovation Park, Notre Dame, IN, USA). </li><li> Die STL-Datei wird in das 3D Systems proprietäre Software geladen, um das Layout der Job auf dem Plattform. Dies erfordert Ändern der Orientierung des Modells im Bereich um die Verwendung von Wachs-Unterstützung und die Druckzeit zu minimieren. Diese Datei wird gespeichert. </li><li> Der Auftrag wird dann elektronisch an den Drucker gesendet. </li><li> Eine Plattform aus Aluminium in den Drucker geladen und das ProJet HD 3000 beginnt, um das Objekt zu drucken. </li><li> Das Modell wird dann von der Plattform entfernt und in einem Ofen bei etwa 73 ° C, um den Träger Wachs aus dem Modell zu schmelzen. </li><li> Das Objekt wird heiß und entfernt sich mit einem Kimwipe zur restlichen Oberfläche Wachs zu entfernen ausgelöscht. </li></ol></li></ol>

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W. Matthew Leevy ist ein Berater für Carestream Molecular Imaging. Brian Stamile ist ein Support-Techniker für MakerBot Industries.

X-ray CT-Datensätze eines lebenden Lobund-Wistar Ratte und eine Ex-vivo New Zealand White Rabbit Schädel wurden genutzt, um die Machbarkeit der 3D-Objekt Produktion von präklinischen biologischen Daten demonstrieren. Models generiert wurden mit drei unterschiedlichen Quellen: 1) Die beliebte MakerBot Replicator, 2) Die Drittfirma Shapeways Inc, und 3) die hochwertigen kommerziellen ProJet HD 3000. Jeder Drucker konnte Objekten, die das Prinzip Ziel einer verstärkten Datenvisualisierung zufrieden zu generieren. Während der Prozess des Druckens präklinische CT-Daten wurden die Vor-und Nachteile der einzelnen Verfahren zum Drucken ermittelt und zusammengefasst für den Endanwender. Der MakerBot Replicator ist eine kostengünstige ($ 1.750) bench top Lösung, die für praktisch jedes Labor rund um den Globus. Es kann in mehreren Farben mit preiswerten Eingänge (a rat CT mit Lungen etwa $ 3,50 in Kunststoff) zu drucken. Allerdings ist die Makerbot durch Beschluss beschränkt,und damit einige Modelle müssen für die ordnungsgemäße Extrusion und Visualisierung der vorgesehene Aufbau vergrößert werden. Shapeways Inc. bietet eine hervorragende Reihe von Auswahlmöglichkeiten in Bezug auf Farbe und Material. Die Modelle sind hochauflösende und robust. Während die Preise etwa 10-fach höher als die MakerBot auf einer pro Einheit (a rat CT mit Lungen war $ 41,61) sind, kann ein Benutzer ausführen eine begrenzte Anzahl von Arbeitsplätzen und vermeiden Sie die Kosten im Voraus für den Kauf eines Druckers. Die Zwei-Wochen Vorlaufzeit von Shapeways ist ein kleiner Nachteil. Die ProJet HD 3000 vorgesehen herausragende Modelle in Bezug auf Auflösung und Kraft. Wir hatten das Glück, den Druck von unseren Objekten auf dem ProJet HD 3000 bei Innovation Park in Notre Dame (ca. $ 30 für eine Ratte CT mit Lungen für Arbeit und Material) zusammenziehen. Benutzer können Schwierigkeiten haben, Zugang zu dieser Art von Geräten, wie sie im Bereich von $ 80.000 sind preislich, und es ist mühsam, mit mehreren Farben sowie zu drucken. Da jedes Instrument / Herstellerbietet eine andere Metrik, um die Auflösung für Objekt-Druck (Shapeways Mindestmaß an detail = 0,2 mm, minimale Wandstärke = 0,7 mm, 5 MakerBot Schichtdicke = 0,2-0,3 mm mit einer 0,4 mm Düse, 6 ProJet HD 3000 DPI = 656 beschreiben x 656 x 800 mit einer Genauigkeit von 0,025-0,05 mm), deutet auf eine qualitative Beurteilung der relativen Auflösungen zwischen jedem System, dass beide Shapeways und die ProJet HD-System kann in hohen Details maßstabsgetreu drucken, während einige Objekte für den erfolgreichen Einsatz vergrößert werden muss Die MakerBot. Gemeinsam sind alle drei Methoden umweltfreundlich und bieten ein bequemes Mittel, um einfache Produktion von hoch detaillierte präklinischen Röntgen-CT-Modelle erreichen. Abschluss Allmählich hat sich die Technik des 3D-Drucks leichter zugänglich geworden, da beide die Kosten und Komplexität minimiert wurden. 8, 9 Nun, buchstäblich jeder kann hochauflösende, dreidimensionale Objekte aus dig druckenital-Dateien. Diese detaillierte dreidimensionale Objekte können nützliche Werkzeuge für beide Pädagogen und Forscher gleichermaßen. Darüber hinaus bieten sie ein Mittel der visuellen Kommunikation, die zur Erreichung eines besseren Verständnis hilft. 10 Zum Beispiel, Mediziner können Muster oder Patienten-spezifische Modelle zu verwenden, um sowohl die Kommunikation und das Verständnis mit ihren Kollegen und Patienten zu verbessern. 11 Obwohl Darstellung auf 2D-Bildschirmen hat einen langen Weg zurückgelegt, es gibt absolut keinen Ersatz für die visuelle und sensorische Erfahrungen mit einem realen Objekt, das in der Lage gehalten, gedreht, untersucht und bewegt ist. Ein Modell mit einem elektronischen Darstellung der Daten gepaart ist noch leistungsfähiger, da es Forschern, die physikalischen Objekt für die Regionen von Interesse zu untersuchen, und die Bereiche auf einem Computer-Modell für weitere quantitative Analyse finden können. Mit der richtigen Datenerfassung, Oberflächen-Rendering, und Stereolithografie Bearbeitung, ist es möglich, schnell zu produzieren detaillierte, relatiVely preiswerte Modelle von X-ray CT-Daten. Hier stellen wir eine detaillierte, schrittweise Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells aus vorklinischen Kleintier Daten mit einer Röntgen-Mikro-CT gesammelt. Akquirierten unsere in vivo und ex vivo-CT-Daten unter Verwendung eines Albira Bildstation, und die nachfolgende Verarbeitung durchgeführt mit PMOD, ImageJ, meshlab und netfabb Softwarepakete. Schließlich bieten wir detaillierte Anweisungen zur dreidimensionalen Modells Bedrucken mit einer Reihe von kommerziellen Lösungen ermöglichen. In jedem Fall ist das Endergebnis ein Modell, das eine einzigartige, handgehaltenen, physische Manifestation der akquirierten tomographischen Daten, die normalerweise an einem Computer-Bildschirm beschränkt wäre bereitstellt.

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td></td><td></td><td> Benötigte Programme <ol><li> Albira Bild Acquirer </li><li> PMOD </li><li> ImageJ </li><li> Meshlab </li><li> Netfabb </li><li> ReplicatorG </li></ol></td></tr></tbody></table>

3d printing of preclinical x-ray computed tomographic data sets

Three-Dimensional Printing ermöglicht die Herstellung von sehr detaillierten Objekten durch einen Prozess als additive Fertigung bekannt. Traditional, Schimmel-Injektionsverfahren, Modelle oder Teile erstellen haben mehrere Einschränkungen, ist die wichtigste von denen eine Schwierigkeit, hochkomplexe Produkte in einer zeitnahen, kostengünstigen Art und Weise. 1 jedoch schrittweise Verbesserungen im dreidimensionalen Drucktechnik geführt haben in beiden High-End und Wirtschaft Instrumente, die jetzt verfügbar sind für die einfache Produktion von kundenspezifischen Modellen. 2 Diese Drucker haben die Fähigkeit zu extrudieren hochauflösende Objekte detailliert genug, um genau in vivo Bilder von einer präklinischen Röntgen-CT-Scanner erzeugt stellen . Mit der richtigen Datenerfassung, Oberflächen-Rendering, und Stereolithografie Bearbeitung, ist es nun möglich und kostengünstig zu schnell produzieren detaillierte Skelett und Weichteilen Strukturen von X-ray CT-Daten. Selbst in den frühen Stadien der Entwicklungment, die anatomischen Modelle von dreidimensionalen Druckverfahren Appell an beide Pädagogen und Forscher, die die Technologie nutzen können, um Visualisierung Kenntnisse zu verbessern produziert. 3, 4 Die wirklichen Vorteile dieser Methode ergeben sich aus der konkreten Erfahrung der Forscher können mit Daten, die nicht können adäquat durch einen Computerbildschirm befördert. Die Übersetzung der prä-klinischen 3D-Daten zu einem physischen Objekt, das eine exakte Kopie der Versuchsperson ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Visualisierung und Kommunikation, insbesondere für im Zusammenhang Imaging Research für Studenten, oder solche in anderen Bereichen. Hier stellen wir eine detaillierte Verfahren zum Bedrucken von Kunststoff-Modelle von Knochen und Orgel Strukturen von X-ray CT abgeleitet scannt Verwendung eines Albira Röntgen-CT-System in Verbindung mit PMOD, ImageJ, meshlab, netfabb und ReplicatorG Software-Pakete.

<img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig1.jpg" /> Abbildung 1. Gedruckte 3D-Modelle der Lunge und Skelett Merkmale einer Ratte Röntgen-CT-Datensatz. Objekte wurden mit einem ProJet HD 3000 (links), Shapeways Inc. (Center) oder eine MakerBot Replicator (rechts). Der Maßstab = 2 cm. Man beachte, dass die Balken in Feld C kleiner als der von A und B, so dass in einigen Fällen das MakerBot müssen ein erweitertes Objekt zu drucken, um so genau Ausgang reflektiert. Abbildung 1 zeigt die Endprodukte für drei Methoden der Druck desselben in vivo Ratte CT-Datensatz. Alle drei Modelle bestehen aus einem abgeschnittenen Skelettstruktur und abnehmbare Lunge, die unabhängig wurden gedruckt und genäht zusammen. Das Modell auf der linken Seite ist das Ergebnis der ProJet HD 3000 hochauflösenden Drucker, erstellt mit durchscheinenden Acryl-Kunststoff. Das Objekt in der Mittewurde unter Verwendung einer Drittfirma, Shapeways Inc., in dem die Skelettstruktur gedruckt mit Nylon 12 weißem Kunststoff wurde, während die Strukturen in respiratorischen lila hergestellt wurden. Diese ersten beiden Modelle wurden tatsächlichen Skala gedruckt wird, die ungefähr 11 cm lang ist. Das Objekt in rechten wurde unter Verwendung des MakerBot. Das Grundgerüst wurde gedruckt mit naturfarbenen ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) Kunststoff und die Lungen mit lindgrünen ABS. Wegen der Auflösungsgrenzen der MakerBot könnte dieses Modell nicht druckenden ohne Abbau von feinen Struktur wie dem Brustkorb zu skalieren. Stattdessen wurde das Modell um fast 2X skaliert mit dem &quot;füllen bauen space&quot;-Option, um die gewünschte visuelle Detail zu erhalten, was in einem Objekt von 21 cm in der Länge. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig2.jpg" /> Abbildung 2. Gedruckte 3D-Modelle einer ex vivo Kaninchen skull Daten gesetzt. Die angezeigten Objekte gedruckt wurden mit einem ProJet HD 3000 (links), Shapeways Inc. (Center) und ein MakerBot Replicator (rechts). Der Maßstab bezeichnet 1 cm. Abbildung 2 zeigt die Endprodukte der einzelnen Druckverfahren für die ex vivo Kaninchen Schädel-CT-Datensatz. Das Modell auf der linken Seite ist das Ergebnis aus der ProJet HD 3000 hochauflösende Drucker mit durchscheinenden Acryl-Kunststoff. Das Modell in der Mitte war weiß Nylon12 Kunststoff durch Shapeways gedruckt. Das Objekt rechts wurde aus weißem Kunststoff mit dem MakerBot gedruckt. Alle drei Objekte wurden gedruckt zu skalieren und zu messen etwa 8,5 cm in der Länge. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/50250/50250fig3.jpg" /> Abbildung 3. Gedruckte 3D-Modelle einer vollständigen rat Röntgen-CT-Datensatz. Objekte wurden mit einem ProJet HD 3000 (links), und Shapeways Inc. (rechts). Die Skala bAr 1 cm. Abbildung 3 zeigt die Endprodukte für zwei Methoden der Druck einer vollen in vivo CT-Daten einer Ratte eingestellt. Beide Modelle bestehen aus einem kompletten Skelett-Struktur (minus dem Schwanz) und abnehmbare Lunge. Das Modell auf der linken Seite ist die resultierende eines hochauflösenden Drucker, der ProJet HD 3000, gedruckt mit durchscheinenden Acryl-Kunststoff. Das Modell auf der rechten Seite wurde gedruckt Shapeways Druck, mit dem Grundgerüst erstellt mit weißen Nylon12 Kunststoff und die Lunge in lila. Diese beiden Modelle wurden tatsächlichen Skala gedruckt wird, die ungefähr 19 cm lang ist. Wegen der komplizierten Details benötigt, könnte die vollständige Skelett nicht mit dem MakerBot Replicator gedruckt werden. Während der Exploration von dreidimensionalen Drucktechniken wurden bestimmte Vor-und Nachteile beobachtet und sind in Tabelle 1 dargestellt. <table border="1"><tbody><tr><td><strong&gt; Method of Printing </td><td> Vorteile </td><td> Nachteile </td></tr><tr><td> MakerBot </td><td> Extrem schnell, Vielfalt an Farben erhältlich, können in zwei Farben drucken, äußerst kostengünstig </td><td> Unterste Ebene der Details. Entfernen der Trägermaterialien ist langsam (in der Größenordnung von einigen Stunden). </td></tr><tr><td> Shapeways </td><td> Varity von Farb-Optionen, verschiedene Materialien für den Druck, hohen Detaillierungsgrad, relativ preiswert </td><td> Zwei Wochen Zeit zu verarbeiten und erhalten einen Auftrag </td></tr><tr><td> ProJet HD 3000 </td><td> Relativ kurze Bearbeitungszeiten, höchste Level of Detail, hoher Durchsatz, einfache Trägermaterialien (Wachs) zu entfernen. </td><td> Teuerste im Vorfeld Kosten, nur eine Farb-Option im praktischen Einsatz. </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Vergleichvon 3D-Drucktechnologien zur Verfügung CT-Datensätze zu drucken.

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3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

Mit modernen Kunststoff-Extrusions-und Drucktechnologien, ist es nun möglich, schnell und kostengünstig zu produzieren physikalische Modelle von X-ray CT-Daten in einem Labor entnommen. Das dreidimensionale Drucken von tomographischen Daten ist eine leistungsfähige Visualisierungs-, Forschungs-und Bildungs-Tool, das jetzt von der präklinischen Bildgebung Gemeinschaft zugegriffen werden kann.

3D Printing der präklinischen X-ray computertomographische Datensätze

Three-dimensional printing allows for the production of highly detailed objects through a process known as additive manufacturing.  Traditional, ...

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Research

JoVE Journal

Biology

40.3K Aufrufe.  University of Notre Dame. Mit modernen Kunststoff-Extrusions-und Drucktechnologien, ist es nun möglich, schnell und kostengünstig zu produzieren physikalische Modelle von X-ray CT-Daten in einem Labor entnommen. Das dreidimensionale Drucken von tomographischen Daten ist eine leistungsfähige Visualisierungs-, Forschungs-und Bildungs-Tool, das jetzt von der präklinischen Bildgebung Gemeinschaft zugegriffen werden kann.

Serie: 3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard cuticle which makes it difficult to use protocols of classical histology. In addition, histological sectioning destroys the sample and can therefore not be used for unique material. Hence, a non-destructive method is desirable which allows to view inside small samples without the need of sectioning.
We used synchrotron X-ray tomography at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble (France) to non-invasively produce 3D tomographic datasets with a pixel-resolution of 0.7&micro;m. Using volume rendering software, this allows us to reconstruct the internal organization in its natural state without the artefacts produced by histological sectioning. These date can be used for quantitative morphology, landmarks, or for the visualization of animated movies to understand the structure of hidden body parts and to follow complete organ systems or tissues through the samples.

We used synchrotron X-ray tomography at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) to non-invasively produce 3D tomographic datasets with a pixel-resolution of 0.7&micro;m. Using volume rendering software, this allows the reconstruction of internal structures in their natural state without the artefacts produced by histological sectioning.

Nicht-invasive 3D-Visualisierung mit Sub-Mikron-Auflösung mit Synchrotron-Röntgen-Tomographie

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard ...

Forschung

Biologie

Microcontact Printing of Proteins for Cell Biology

The ability to pattern proteins and other biomolecules onto substrates is important for capturing the spatial complexity of the extracellular environment. Development of microcontact printing by the Whitesides group (<a href="http://gmwgroup.harvard.edu/">http://gmwgroup.harvard.edu/</a>) in the mid-1990s revolutionalized this field by making microelectronics/microfabrication techniques accessible to laboratories focused on the life sciences. Initial implementations of this method used polydimethylsiloxane (PDMS) stamps to create patterns of functionalized chemicals on material surfaces1. Since then, a range of innovative approaches have been developed to pattern other molecules, including proteins2. This video demonstrates the basic process of creating PDMS stamps and uses them to pattern proteins, as these steps are difficult to accurately express in words. We focus on patterning the extracellular matrix protein fibronectin onto glass coverslips as a specific example of patterning.
An important component of the microcontact printing process is a topological master, from which the stamps are cast; the raised and lowered regions of the master are mirrored into the stamp and define the final pattern. Typically, a master consists of a silicon wafer coated with photoresist and then patterned by photolithography, as is done here. Creation of masters containing a specific pattern requires specialized equipment, and is best approached in consultation with a fabrication center or facility. However, almost any substrate with topology can be used as a master, such as plastic diffraction gratings (see Reagents for one example), and such serendipitous masters provide readily available, simple patterns. This protocol begins at the point of having a master in hand.

Microcontact printing is used extensively to pattern proteins and other molecules on material surfaces. We demonstrate the basic steps of this process, stamping patterns of fibronectin onto glass.

Mikrokontaktdrucken von Proteinen für Zellbiologie

The ability to pattern proteins and other biomolecules onto substrates is important for capturing the spatial complexity of the extracellular environment. ...

Protein Crystallization for X-ray Crystallography

Using the three-dimensional structure of biological macromolecules to infer how they function is one of the most important fields of modern biology. The availability of atomic resolution structures provides a deep and unique understanding of protein function, and helps to unravel the inner workings of the living cell. To date, 86% of the Protein Data Bank (rcsb-PDB) entries are macromolecular structures that were determined using X-ray crystallography.
To obtain crystals suitable for crystallographic studies, the macromolecule (e.g. protein, nucleic acid, protein-protein complex or protein-nucleic acid complex) must be purified to homogeneity, or as close as possible to homogeneity. The homogeneity of the preparation is a key factor in obtaining crystals that diffract to high resolution (Bergfors, 1999; McPherson, 1999).
Crystallization requires bringing the macromolecule to supersaturation. The sample should therefore be concentrated to the highest possible concentration without causing aggregation or precipitation of the macromolecule (usually 2-50 mg/ mL). Introducing the sample to precipitating agent can promote the nucleation of protein crystals in the solution, which can result in large three-dimensional crystals growing from the solution. There are two main techniques to obtain crystals: vapor diffusion and batch crystallization. In vapor diffusion, a drop containing a mixture of precipitant and protein solutions is sealed in a chamber with pure precipitant. Water vapor then diffuses out of the drop until the osmolarity of the drop and the precipitant are equal (Figure 1A). The dehydration of the drop causes a slow concentration of both protein and precipitant until equilibrium is achieved, ideally in the crystal nucleation zone of the phase diagram. The batch method relies on bringing the protein directly into the nucleation zone by mixing protein with the appropriate amount of precipitant (Figure 1B). This method is usually performed under a paraffin/mineral oil mixture to prevent the diffusion of water out of the drop.
Here we will demonstrate two kinds of experimental setup for vapor diffusion, hanging drop and sitting drop, in addition to batch crystallization under oil.

The 3-D structure of a molecule provides a unique understanding of how the molecule functions. The principal method for structure determination at near-atomic resolution is X-ray crystallography. Here, we demonstrate the current methods for obtaining three-dimensional crystals of any given macromolecule that are suitable for structure determination by X-ray crystallography.

Proteinkristallisation für X-ray Crystallography

Using the three-dimensional structure of biological macromolecules to infer how they function is one of the most important fields of modern biology. The ...

Do's and Don'ts of Cryo-electron Microscopy: A Primer on Sample Preparation and High Quality Data Collection for Macromolecular 3D Reconstruction

Cryo-electron microscopy (cryoEM) entails flash-freezing a thin layer of sample on a support, and then visualizing the sample in its frozen hydrated state by transmission electron microscopy (TEM). This can be achieved with very low quantity of protein and in the buffer of choice, without the use of any stain, which is very useful to determine structure-function correlations of macromolecules. When combined with single-particle image processing, the technique has found widespread usefulness for 3D structural determination of purified macromolecules. 
The protocol presented here explains how to perform cryoEM and examines the causes of most commonly encountered problems for rational troubleshooting; following all these steps should lead to acquisition of high quality cryoEM images. The technique requires access to the electron microscope instrument and to a vitrification device. Knowledge of the 3D reconstruction concepts and software is also needed for computerized image processing. Importantly, high quality results depend on finding the right purification conditions leading to a uniform population of structurally intact macromolecules. 
The ability of cryoEM to visualize macromolecules combined with the versatility of single particle image processing has proven very successful for structural determination of large proteins and macromolecular machines in their near-native state, identification of their multiple components by 3D difference mapping, and creation of pseudo-atomic structures by docking of x-ray structures. The relentless development of cryoEM instrumentation and image processing techniques for the last 30 years has resulted in the possibility to generate de novo 3D reconstructions at atomic resolution level.

Do&#039;s and Don&#039;ts of Cryo-electron Microscopy: A Primer on Sample Preparation and High Quality Data Collection for Macromolecular 3D Reconstruction

This paper describes the cryo-electron microscopy methodology, which is used to obtain high quality microscopic images of macromolecules in their near-native state. The method yields images suitable for further computerized processing using the single particle approach, devised to generate the 3D reconstruction of a macromolecule.

Gebote und Verbote der Kryo-Elektronenmikroskopie: A Primer für Probenvorbereitung und High Quality Data Collection für Makromolekulare 3D-Rekonstruktion

Cryo-electron microscopy (cryoEM) entails flash-freezing a thin layer of sample on a support, and then visualizing the sample in its frozen hydrated state ...

SpOT the Correct Tissue Every Time in Multi-tissue Blocks

Multi-tissue paraffin blocks provide high throughput analysis with increased efficiency, experimental uniformity, and reduced time and cost. Tissue microarrays make up the majority of multi-tissue paraffin blocks, but increasingly, researchers are using non-arrayed blocks containing larger tissues from multiple individuals which can provide many of the advantages of tissue microarrays without substantial investment in planning and equipment. A critical component of any multi-tissue analysis is the orientation method used to identify each individual tissue. Although methods exist to maintain proper orientation and identification of tissues in multi-tissue blocks, most are not well-suited to non-arrayed blocks, may consume valuable space within an array and/or are difficult to produce in the standard histology laboratory. The Specimen Orientation Tag (SpOT) is a simple, low cost orientation tool that is clearly visible in paraffin blocks and all tissue sections for reliable specimen identification in arrayed and non-arrayed layouts. The SpOT provides advantages over existing orientation methods for non-arrayed blocks as it does not require any direct modification to the tissue and allows for flexibility in the arrangement of tissue pieces.

The purpose of the Specimen Orientation Tag (SpOT) is to function as an orientation tool to aid in individual tissue identification in multi-tissue paraffin blocks. These protocols demonstrate how it is constructed easily from common, low-cost histology materials and serves as a reliable visual marker in paraffin blocks and sections.

Spot the Correct Tissue Every Time in Multi-Gewebe-Blöcke

Multi-tissue paraffin blocks provide high throughput analysis with increased efficiency, experimental uniformity, and reduced time and cost. Tissue ...

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

The norovirus capsid is composed of a single major structural protein, termed VP1. VP1 is subdivided into a shell (S) domain and a protruding (P) domain. The S domain forms a contiguous scaffold around the viral RNA, whereas the P domain forms viral spikes on the S domain and contains determinants for antigenicity and host-cell interactions. The P domain binds carbohydrate structures, i.e., histo-blood group antigens, which are thought to be important for norovirus infections. In this protocol, we describe a method for producing high quality norovirus P domains in high yields. These proteins can then be used for X-ray crystallography and ELISA in order to study antigenicity and host-cell interactions.
The P domain is firstly cloned into an expression vector and then expressed in bacteria. The protein is purified using three steps that involve immobilized metal-ion affinity chromatography and size exclusion chromatography. In principle, it is possible to clone, express, purify, and crystallize proteins in less than four weeks, which makes this protocol a rapid system for analyzing newly emerging norovirus strains.

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

Here, we describe a method to express and purify high quality norovirus protruding (P) domains in E. coli for use in X-ray crystallography studies. This method can be applied to other calicivirus P domains, as well as non-structural proteins, i.e., viral protein genome-linked (VPg), protease, and RNA dependent RNA polymerase (RdRp).

Herstellung von humanen Noroviren hervorstehendem Domains in<em&gt; E. coli</em&gt; Für Röntgenkristallographie

The norovirus capsid is composed of a single major structural protein, termed VP1. VP1 is subdivided into a shell (S) domain and a protruding (P) domain. ...

High-throughput Measurement of Gut Transit Time Using Larval Zebrafish

Zebrafish are used as alternative model organisms for drug safety testing. The gastrointestinal (GI) tract of zebrafish has genetic, neuronal, and pharmacological similarities to that of the mammals. GI intolerance during clinical testing of drug candidates is common and may pose a serious threat to human health. Testing for GI toxicity in preclinical mammalian models can be expensive in terms of time, test compound, and labor. The high-throughput method presented here may be used to predict GI safety issues. Compared to mammalian models, this method allows for more expedient assessment of test compound effects on GI transit while using low quantities of compound. In this method, larval zebrafish (7 days post fertilization) are fed food containing a fluorescent label. After feeding, each larval fish is placed into a well of a 96-conical-bottom-well plate and dosed with test compound (dissolved in water) or the vehicle. As gut transit occurs, fecal matter accumulates on the bottom of the wells, and the rate at which this happens is monitored by measuring fluorescence from the bottom of the well repeatedly over time using a plate spectrophotometer. The fluorescence from larvae in a given treatment group are averaged and these values are graphed along with standard error, for each measurement time, yielding a curve representing average transit of food over time. Effects on gut transit time are identified by comparing the area under the curve for each treatment group to that of the vehicle-treated group. This method detected changes in zebrafish GI transit time induced by drugs with known clinical GI effects; it can be employed to interrogate dozens of treatments for GI effects per day. As such, safer compounds can be quickly prioritized for mammalian testing, which expedites discovery and proffers 3Rs advancement.

The goal of this protocol is to measure the transit time of fluorescently labeled food through the gut of larval zebrafish in a high throughput fashion.

Hochdurchsatz-Messung der Darm Transitzeit mit Larven Zebrafisch

Zebrafish are used as alternative model organisms for drug safety testing. The gastrointestinal (GI) tract of zebrafish has genetic, neuronal, and ...

Micron-scale Phenotyping Techniques of Maize Vascular Bundles Based on X-ray Microcomputed Tomography

It is necessary to accurately quantify the anatomical structures of maize materials based on high-throughput image analysis techniques. Here, we provide a 'sample preparation protocol' for maize materials (i.e., stem, leaf, and root) suitable for ordinary microcomputed tomography (micro-CT) scanning. Based on high-resolution CT images of maize stem, leaf, and root, we describe two protocols for the phenotypic analysis of vascular bundles: (1) based on the CT image of maize stem and leaf, we developed a specific image analysis pipeline to automatically extract 31 and 33 phenotypic traits of vascular bundles; (2) based on the CT image series of maize root, we set up an image processing scheme for the three-dimensional (3-D) segmentation of metaxylem vessels, and extracted two-dimensional (2-D) and 3-D phenotypic traits, such as volume, surface area of metaxylem vessels, etc. Compared with traditional manual measurement of vascular bundles of maize materials, the proposed protocols significantly improve the efficiency and accuracy of micron-scale phenotypic quantification.

We provide a novel method to improve the X-ray absorption contrast of maize tissue suitable for ordinary microcomputed tomography scanning. Based on CT images, we introduce a set of image-processing workflows for different maize materials to effectively extract microscopic phenotypes of vascular bundles of maize.

Mikron-Skala Phänotypisierung Techniken der Mais Leitbündel basierend auf Microcomputed Röntgentomographie

It is necessary to accurately quantify the anatomical structures of maize materials based on high-throughput image analysis techniques. Here, we provide a ...

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage (40-300 kV) X-Ray Facilities

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose determination using low energy X-ray facilities, but depending on the irradiation configurations, samples, materials or beam quality, it is sometimes difficult to know which protocol is the most appropriate to employ. We, therefore, propose a dosimetry protocol for cell irradiations using low energy X-ray facility. The aim of this method is to perform the dose estimation at the level of the cell monolayer to make it as close as possible to real cell irradiation conditions. The different steps of the protocol are as follows: determination of the irradiation parameters (high voltage, intensity, cell container etc.), determination of the beam quality index (high voltage-half value layer couple), dose rate measurement with ionization chamber calibrated in air kerma conditions, quantification of the attenuation and scattering of the cell culture medium with EBT3 radiochromic films, and determination of the dose rate at the cellular level. This methodology must be performed for each new cell irradiation configuration as the modification of only one parameter can strongly impact the real dose deposition at the level of the cell monolayer, particularly involving low energy X-rays.

Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage 40-300 kV X-Ray Facilities

This document describes a new dosimetry protocol for cell irradiations using low energy X-ray equipment. Measurements are performed in conditions simulating real cell irradiation conditions as much as possible.

Dosimetrie für Zellbestrahlung mit Orthovoltage (40-300 kV) Röntgenanlagen

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose ...

A 3D Cartographic Description of the Cell by Cryo Soft X-ray Tomography

Imaging techniques are fundamental in order to understand cell organization and machinery in biological research and the related fields. Among these techniques, cryo soft X-ray tomography (SXT) allows imaging whole cryo-preserved cells in the water window X-ray energy range (284-543 eV), in which carbon structures have intrinsically higher absorption than water, allowing the 3D reconstruction of the linear absorption coefficient of the material contained in each voxel. Quantitative structural information at the level of whole cells up to 10 &#181;m thick is then achievable this way, with high throughput and spatial resolution down to 25-30 nm half-pitch. Cryo-SXT has proven itself relevant to current biomedical research, providing 3D information on cellular infection processes (virus, bacteria, or parasites), morphological changes due to diseases (such as recessive genetic diseases) and helping us understand drug action at the cellular level, or locating specific structures in the 3D cellular environment. In addition, by taking advantage of the tunable wavelength at synchrotron facilities, spectro-microscopy or its 3D counterpart, spectro-tomography, can also be used to image and quantify specific elements in the cell, such as calcium in biomineralization processes. Cryo-SXT provides complementary information to other biological imaging techniques such as electron microscopy, X-ray fluorescence or visible light fluorescence, and is generally used as a partner method for 2D or 3D correlative imaging at cryogenic conditions in order to link function, location, and morphology.

Here, a protocol describing the sample preparation and data collection steps required in cryo soft X-ray tomography (SXT) to image the ultrastructure of whole cryo-preserved cells at a resolution of 25 nm half pitch, is presented.

Eine kartographische 3D-Beschreibung der Zelle durch Kryo-Soft-Röntgentomographie

Imaging techniques are fundamental in order to understand cell organization and machinery in biological research and the related fields. Among these ...