Diese Arbeit wurde zum Teil durch die Alan A. und Edith L. Wolff Charitable Trust, St. Louis, und dem Barnes-Jewish Hospital Foundation unterstützt. L. und E. Shmuylovich Ghosh wurden teilweise durch Promotionsstipendium Auszeichnungen von der Heartland Partner der American Heart Association. S. Zhu erhielt teilweise Unterstützung von der Washington University Compton Scholars Program und der Hochschule der Künste und Wissenschaften &#39;Summer Undergraduate Research Award. S. Mossahebi erhalten teilweise Unterstützung von der Fakultät für Physik.

Das Verfahren für die Erfassung und Analyse von echokardiographischen Bilder sie, um die PDF-Parameter zu erhalten wird im Folgenden aufgeführt. Obwohl Herzkatheter wird in der Betreff-Auswahlabschnitt unten erwähnt, gilt die beschriebene Methode nur auf die echokardiographischen Teil. Die Beschreibung der Katheterisierung Teil wurde für die unabhängige Validierung der modellbasierten Vorhersagen enthalten und ist nicht mit der Analyse der E-Wellen über die PDF-Formalismus. Vor der Datenerfassung, bieten alle Fächer unterzeichnet, informierte Zustimmung für die Teilnahme an der Studie in Übereinstimmung mit der Institutional Review Board (Human Research Protection Amt) an der Washington University School of Medicine. HINWEIS: Alle Software-Programme (zusammen mit Tutorials, wie man sie benutzt) in diesem Abschnitt beschrieben kann heruntergeladen werden <a href="http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm" target="_blank">http://cbl1.wustl.edu/Softw</a>areAgreement.htm 1. Auswahl Betreff HINWEIS: Alle Patienten in der Herz-Kreislauf-Labor Biophysik Database hatte gleichzeitige Echokardiographie und Herzkatheter durchgeführt und wurden von ihren Ärzten für diagnostische Herzkatheter bezeichnet. Die Datenbankeinschlusskriterien sind: 1) Fehlen größerer Klappenanomalien, 2) die Abwesenheit von Wandbewegungsstörungen oder Schenkelblock im EKG, 3) Vorhandensein einer zufriedenstell echokardiographische Fenster mit eindeutig identifizierbaren E-und A-Wellen. 2. echokardiographische Datenerfassung <ol><li> Nehmen Sie eine komplette 2D / Echo-Doppler-Studie für alle Themen im Einklang mit der American Society of Echokardiographie Kriterien 16. HINWEIS: Die Screening Echokardiogramme wurden an einem klinischen Standardbildkamera von einem Untersucher erfasst. Falls gewünscht, können zusätzliche transthorakalen Echokardiografie Aufzeichnungs zur Verifizierung Zweck durchgeführt werden,s nach einer geeigneten, HiFi-Katheter wird in die LV fortgeschrittene LV Hämodynamik gleichzeitig messen. </li><li> Bild Themen in der Rückenlage. In einer nonresearch Einstellung können Standard linken seitlichen Positionierung ohne Verlust der Allgemeingültigkeit der Verfahren verwendet werden. Erhalten apikalen Vierkammerblick mit einem 2,5 MHz-Wandler, der das Probenvolumen auf 1,5-5 mm zwischen den Spitzen der Mitralklappensegel und orthogonal zu der Ebene MV (Ausrichtungseffekte zu minimieren gerichtet gated on als farb M-Modus-Doppler gesehen ), der Wandfilter unter 1 (125 Hz) oder 2 (250 Hz), der Grundlinie eingestellt, die Vorteile der vollen Höhe des Displays und der Geschwindigkeitsskala angepasst, um den Dynamikbereich des Ausgabe ohne Aliasing nutzen Aufnahmen macht. </li><li> Führen Doppler Gewebe-Bildgebung mit dem Probenvolumen bei 2,5 mm eingezäunt und an den seitlichen und Septum-Tränke der Mitralannulus positioniert. </li><li> Sparen Doppler-Untersuchungen im DICOM-Format in der Echomaschine und Aufzeichnung auf DVD mit simultaneously aufgezeichnet Elektrokardiogramm (EKG). </li></ol> 3. Doppler Bildverarbeitung und konventionelle Analyse Hinweis: Dieser Abschnitt beschreibt zwei benutzerdefinierte MATLAB-Programme. Das erste Programm wird in Schritt 3.1 beschrieben, und das zweite Programm in den Schritten 3.2-3.5 beschrieben. Alle Software-Programme (zusammen mit Tutorials, wie man sie benutzt) kann heruntergeladen werden unter <a href="http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm" style="font-size: 14px; line-height: 28px;" target="_blank">http://cbl1.wustl.edu/SoftwareAgreement.htm</a> <ol><li> Bilder aus dem DICOM-Format zu konvertieren, um Video-und Bitmap (BMP)-Dateien (mit einem benutzerdefinierten MATLAB-Programm). HINWEIS: Die unten beschriebenen Doppler E-Wellen und Gewebe-Doppler-E&#39;-Wellen passen Verfahren ist in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Laden Sie die Bitmap-Bilddateien auf einem anderen benutzerdefinierten MATLAB-Programm zu herkömmlichen transmitralen Strömungsparameter wie E Gipfel, ein Spitzen, E dur messen </sub&gt;, E &#39;Spitzen, A&#39; Spitze, etc. und beschneiden Sie die Bilder für PDF-Analyse. Wählen Sie Bilder mit erkennbaren transmitralen Strömungskontur und komplette Herzzyklus durch EKG-Analyse ergab. </li><li> Die Zeit an Abtastrate (in Pixeln / s auf der horizontalen Achse gemessen) und die Geschwindigkeit Abtastrate (in Pixel / (m / s gemessen) entlang der vertikalen Achse) in den Bildern. Identifizieren Sie die komplette Herzzyklus mit der Feststellung und Kennzeichnung aufeinanderfolgenden R-Zacken (oder ein besonderes Merkmal des EKG) auf dem Bild. </li><li> Markieren Sie die transmitralen Doppler E-und A-Welle oder Gewebe-Doppler E&#39;- und A&#39;- Welle im ausgewählten Herzzyklus. <ol><li> Wählen Sie die E-Doppler-Wellenscheitelpunkt also. E Gipfel, (oder E &#39;peak) und markieren den Beginn der Welle mit der Linie, die die Spitze zu Beginn als Leitfaden für die Beschleunigung Steigung der E-Welle (oder E&#39;-Welle) entsprechen. Der Start der Welle wird das Intervall vom Anfang berechnen peak Fluss bezeichnet als E-Welle (oder E&#39;-Welle) Beschleunigungszeit (AT). </li><li> Markieren das Ende der E-Welle (oder E&#39;-Welle) mit der Linie, die die Spitze bis zum Ende als Leitfaden für die Bremsrampe entsprechen. Dies wird verwendet, um den Abstand von der Spitze zur Basislinie als die Verzögerungszeit (DT) bezeichnet berechnen. Das Intervall vom Beginn bis zum Ende der Welle ist die Dauer der E-Welle (E dur = AT + DT). Das Programm führt den Anwender durch den gesamten Prozess mit entsprechenden Anweisungen. </li></ol></li><li> Filter A-Welle unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens wie dem E-Welle. Sowohl mit der E-und A-Wellen markiert das Programm berechnet die E Spitzen / A-Peak-Verhältnis. HINWEIS: Das Programm speichert die markierten Wellen als beschnittene Bilder, die die E-und A-Wellen nur. Das Programm erstellt auch eine Datendatei mit dem Zuschneiden und Messparameter für jeden Takt. </li></ol> 4. Automatisierte Montage von transmitralen Fluss Mit dem PDF-Formalismus <ol&gt; <li> Die automatisierte Montage von Doppler E-und A-Welle und Gewebe-Doppler E&#39;- und A&#39;- Wellenkonturen wird mit einem benutzerdefinierten Programm LabView 18,19 getan. <ol><li> Legen Sie das zugeschnittene Bild, und das Programm berechnet automatisch die maximale Geschwindigkeit Umschlag (MVE). Wählen Sie das MVE, indem die Schwelle, so daß MVE annähert transmitralen Strom, wie in 1 gezeigt. Der Beginn und die Beendigung der Punkte, die MVE definieren, entlang der Zeitachse durch den Bediener ausgewählt werden, dass nur MVE Punkte die gute Übereinstimmung bereitzustellen dem eigentlichen ausgewählten Abschnitt der Welle als Eingabe für den nachträglichen Einbau verwendet. </li></ol></li><li> HINWEIS: Die vom Benutzer ausgewählte MVE Punkte sind die Eingabe in das Computerprogramm, das automatisch passt die PDF-Modell-Lösung für die Geschwindigkeit als Funktion der Zeit unter Verwendung eines Levenberg-Marquardt (iterative) Algorithmus. Der Beschlag ist mit der Forderung erreicht, daß der mittlere quadratische Fehler zwischen dem klinischen (Eingang)Daten (MVE) und das PDF-Modell vorhergesagten Kontur minimiert werden. Da das Modell linear ist, wird ein eindeutiger Satz von Parametern für jede Doppler-E-Welle abgeleiteten MVE als Eingabe verwendet wird, erhalten. So numerisch einzigartige k, c und x o-Werte werden für jede E-Welle und k &#39;, c&#39; und x o &#39;für jeden E&#39;-Welle erzeugt. </li><li> Im Falle der Sitz ist offensichtlich suboptimal, wenn der Sitz auf der E-Welle überlagert (oder E&#39;-Welle) Bild (dh. Der Algorithmus versucht, Rauschen in dem MVE beispiels enthalten passen) unter Verwendung von mehr modifizieren MVE / weniger Punkte, wodurch das Modell vorhergesagten Änderung Kontur mit daraus folgenden Änderung der PDF-Parameter, um eine bessere Passform zu erzielen. </li></ol> Speichern Sie die Daten, wenn die entsprechenden PDF-Passform erzeugt wurde. Hinweis: Das Programm wird geschrieben, um die Daten in Bild-und Textdateien, die PDF-Parameter enthalten, automatisch zu speichern unddie Konturinformationen. Die PDF-Parameter aus dem oben beschriebenen Verfahren erhalten werden, können verwendet werden, um neue Physiologie aufzuklären und zwischen normalen und pathologischen Physiologie im Repräsentative Ergebnisse weiter unten detailliert beschrieben.

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The authors have no competing financial interests.

Im Einklang mit unserer methodischen Schwerpunkt werden die wichtigsten Aspekte der Methoden, die erleichtern, um genaue und aussagekräftige Ergebnisse hervorgehoben. ECHOKARDIOGRAPHIE Die American Society of Echokardiographie (ASE) hat Richtlinien für die Durchführung von Studien transthorakale 16. Während eines Echoprüfung gibt es eine Vielzahl von Faktoren, die die Bildqualität beeinträchtigen. Faktoren, die außerhalb der Kontrolle der Unter...

Bahnbrechenden Studien von Katz 1 im Jahr 1930 ergab, dass die linke Herzkammer initiiert Säugetier Füllung, indem sie eine mechanische Saugpumpe und viel Mühe hat sich seitdem zu der Entschlüsselung der Funktionsweise der Diastole gewidmet. Seit vielen Jahren waren invasive Methoden die einzigen Optionen für die klinische Forschung oder Beurteilung der diastolischen Funktion (DF) 2-16 zur Verfügung. In den 1970er Jahren jedoch technische Weiterentwicklungen und Entwicklungen in der Echokardiographie gab schließlich Kardiologen und Physiologen praktische Werkzeuge für die nichtinvasive Charakterisierung von DF. Ohne eine vereinheitlichende Theorie kausaler oder Paradigma für die Diastole über, wie das Herz funktioniert, wenn es füllt, schlug die Forscher zahlreiche phänomenologische Indizes basierend auf der Korrelation mit klinischen Merkmalen. Die gekrümmte, rasch steigende und fallende Form des transmitralen Blutflussgeschwindigkeit in der frühen Kontur, schnelle Befüllung, zum Beispiel, wurde als ein Dreieck und diastolischen fu angenähertnktion Indizes wurden von geometrischen Merkmalen des Dreiecks definiert (Höhe, Breite, Fläche, etc..). Technische Fortschritte in der Echokardiographie haben Gewebebewegung, Dehnung, Dehnungsrate und erlaubt während der Befüllung gemessen werden soll, zum Beispiel, und jeder technische Fortschritt brachte eine neue Ernte von phänomenologischen Indizes mit klinischen Merkmalen korreliert werden. Allerdings bleiben die Indizes korreliert und nicht kausal und viele Indizes sind verschiedene Maßnahmen der gleichen zugrunde liegenden Physiologie. Es ist nicht verwunderlich, dass derzeit beschäftigt klinischen Indizes der DF haben Spezifität und Sensitivität begrenzt. Um diese Einschränkungen, die die parametrisierten diastolische Füllung (PDF) Formalismus, ein kausaler kinematische zu überwinden, wurde in einen Topf geworfen Parameter-Modell der linksventrikulären Füllung, die durch motiviert ist und beinhaltet die Saugpumpe Physiologie der Diastole entwickelt und validiert 17. Es Modelle diastolischen Funktion (wie durch die gekrümmten Formen manifestiertvon transmitralen Fluss Konturen) in Übereinstimmung mit den Regeln des gedämpften harmonischen Schwingungsbewegung. Die Gleichung für die gedämpfte harmonische Schwingungen auf Newtons zweites Gesetz und kann geschrieben werden, pro Masseneinheit, zB: <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51471/51471eq1.jpg" /> Gleichung 1 Diese lineare 2. Ordnung Differentialgleichung hat drei Parameter: k - Kammer Steifigkeit, c - Viskoelastizität / Entspannung, und x o - des Oszillators Anfangsverschiebung / Vorspannung. Das Modell sagt voraus, dass die verschiedenen klinisch beobachtet diastolischen Füllung Muster sind das Ergebnis der Änderung in dem numerischen Wert dieser drei Modellparameter. Basierend auf der PDF-Formalismus und der klassischen Mechanik, kann E-Wellen als von unter-oder über-gedämpft gedämpft Regime der Bewegung bestimmt klassifiziert werden. Zahlreiche Studien <sup&gt; 17-21 haben bestätigt, dass klinisch aufgezeichnet E-Wellenkonturen und PDF-Modell vorhergesagt Konturen zeigen hervorragende Vereinbarung und haben die hämodynamischen aufgeklärt / physiologischen Analoga der drei PDF Parameter 21. Das Verfahren zur Extraktion von Modellparametern aus klinisch aufgezeichnet E-Wave-Daten ist in den Methoden unten detailliert. Im Gegensatz zu typischen Indizes der DF in der aktuellen klinischen Einsatz sind drei Parameter des PDF-Modells Kausalität. Wie in den Methoden unten diskutiert wird, können zusätzliche Indizes der diastolischen Physiologie von diesen Grundparameter und von der Anwendung der PDF-Formalismus, um Aspekte der Diastole andere als transmitralen Strom abgeleitet werden. In dieser Arbeit Methoden der PDF-basierten Analyse transmitralen Strom und physiologischen Beziehungen, die aus der PDF-Ansatz gezogen werden kann, die Parameter und die abgeleiteten Indizes beschrieben. Zusätzlich wird gezeigt, dass die PDF-Parameter oder Indizes daraus ableitbaren teaseabgesehen intrinsischen Eigenschaften Kammer von den externen Auswirkungen der Belastung kann Korrelate zu herkömmlichen invasiven definierten Parameter bieten und kann zwischen normalen und pathologischen Gruppen zu differenzieren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="661">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Equipment/ Software</td>
			<td style="width:159px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Philips iE33</td>
			<td style="width:159px;">Philips (Andover, MA.)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LabVIEW 6.0</td>
			<td style="width:159px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Version 6.0.2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MATLAB</td>
			<td style="width:159px;">MathWorks</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Version R2010b</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantification of global diastolic function by kinematic modeling-based analysis of transmitral flow via the parametrized diastolic filling formalism

Quantitative Beurteilung der Herzfunktion bleibt eine Herausforderung für Physiologen und Kliniker. Obwohl historisch invasive Methoden die einzige Möglichkeit besteht, die Entwicklung von nicht-invasiven bildgebenden Verfahren (Echokardiographie, MRT, CT) mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung liefern ein neues Fenster für die quantitative Beurteilung diastolischen Funktion. Die Echokardiographie ist das auf Standard für die diastolische Funktion Einschätzung überein, aber Indizes in aktuellen klinischen Einsatz nur ausgewählte Merkmale Kammer Dimension (M-Modus) oder Blut / Gewebebewegung (Doppler) Wellenformen zu nutzen, ohne Einbeziehung der physiologischen kausalen Determinanten der Bewegung selber. Die Erkenntnis, dass alle linken Ventrikel (LV) initiieren Füllen durch mechanische Absaugpumpen dienen können globalen diastolischen Funktion basierend auf Bewegungsgesetze, die für alle gelten Kammern bewertet werden. Was unterscheidet ein Herz von einem anderen sind die Parameter der Bewegungsgleichung, die govErns-Füllung. Dementsprechend Entwicklung der diastolische Füllung Parametrisierte (PDF) Formalismus hat gezeigt, dass der gesamte Bereich der klinisch beobachteten frühen transmitralen Strom (Doppler-E-Welle) Muster sind sehr gut Passform durch die Gesetze der gedämpften Schwingungsbewegung. Dies ermöglicht eine Analyse der individuellen E-Wellen in Übereinstimmung mit einer kausalen Mechanismus (Rückstoß initiiert Ansaugen), die drei (numerisch) einzigartig konzentrierten Parameter, deren physiologische Analoga Kammer Steifigkeit (k), Viskoelastizität / Entspannung (c) und Last (x ergibt o). Die Aufzeichnung der transmitralen Strom (Doppler-E-Wellen) ist gängige Praxis in der klinischen Kardiologie und daher die echokardiographischen Aufnahmeverfahren nur kurz überprüft. Unser Fokus liegt auf der Bestimmung der Parameter von PDF routinemäßig aufgezeichnet E-Wave-Daten. Da die hervorgehobenen Ergebnisse zeigen, wenn die PDF-Parameter aus einer geeigneten Anzahl von Last erhalten worden unterschiedlichen E-Wellen, die Investigator ist frei, um die Parameter zu verwenden oder zu konstruieren Indizes aus den Parametern (wie gespeicherte Energie 2.1 kx o 2, maximal AV Druckgefälle kx o, Lastindex von unabhängigen diastolischen Funktion, etc.), und wählen Sie den Aspekt der Physiologie oder Pathophysiologie quantifiziert werden.

Doppler-Wellenformen repräsentativ für die vier verschiedenen Arten von Füllmustern (normal, pseudonormal, verzögerte Erholung, konstriktive beschränke) unter Verwendung der oben beschriebenen Methode, sind in der Abbildung 2 dargestellt. 2A zeigt das normale Muster, die von selbst nicht von der pseudonormal ist Muster. 2B zeigt eine verzögerte Erholung und 2C zeigt eine Eingrenzungs einschränkendes Muster mit schweren diastolische Dysfunktion. A...

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Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Präzise, ​​Kausalität basierte Quantifizierung der globalen diastolischen Funktion durch kinematische Modellierung basierende Analyse des transmitralen Fluss über die Parametrisierte diastolische Füllung (PDF) Formalismus erreicht. PDF erzeugt einzigartige Steifigkeit, Entspannung und Belastungsparameter und erläutert &quot;neuen&quot; Physiologie und gleichzeitig sensitive und spezifische Indizes der Dysfunktion.

Quantifizierung der globalen diastolischen Funktion durch kinematische Modellierung basierende Analyse der transmitralen Fluss über die diastolische Füllung Parametrisierte Formalismus

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

quantification-global-diastolic-function-kinematic-modeling-based

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.1K Aufrufe.  Washington University in St. Louis.  Präzise, ​​Kausalität basierte Quantifizierung der globalen diastolischen Funktion durch kinematische Modellierung basierende Analyse des transmitralen Fluss über die Parametrisierte diastolische Füllung (PDF) Formalismus erreicht. PDF erzeugt einzigartige Steifigkeit, Entspannung und Belastungsparameter und erläutert "neuen" Physiologie und gleichzeitig sensitive und spezifische Indizes der Dysfunktion. 

Serie: Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a technology for regenerative medicine2. Unlike viruses, which have significant safety issues, polymeric nanoparticles can be designed to be non-toxic, non-immunogenic, non-mutagenic, easier to synthesize, chemically versatile, capable of carrying larger nucleic acid cargo and biodegradable and/or environmentally responsive. Cationic polymers self-assemble with negatively charged DNA via electrostatic interaction to form complexes on the order of 100 nm that are commonly termed polymeric nanoparticles. Examples of biomaterials used to form nanoscale polycationic gene delivery nanoparticles include polylysine, polyphosphoesters, poly(amidoamines)s and polyethylenimine (PEI), which is a non-degradable off-the-shelf cationic polymer commonly used for nucleic acid delivery1,3 . Poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are a newer class of cationic polymers4 that are hydrolytically degradable5,6 and have been shown to be effective at gene delivery to hard-to-transfect cell types such as human retinal endothelial cells (HRECs)7, mouse mammary epithelial cells8, human brain cancer cells9 and macrovascular (human umbilical vein, HUVECs) endothelial cells10.
A new protocol to characterize polymeric nanoparticles utilizing nanoparticle tracking analysis (NTA) is described. In this approach, both the particle size distribution and the distribution of the number of plasmids per particle are obtained11. In addition, a high-throughput 96-well plate transfection assay for rapid screening of the transfection efficacy of polymeric nanoparticles is presented. In this protocol, poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are used as model polymers and human retinal endothelial cells (HRECs) are used as model human cells. This protocol can be easily adapted to evaluate any polymeric nanoparticle and any cell type of interest in a multi-well plate format.

A protocol for nanoparticle tracking analysis (NTA) and high-throughput flow cytometry to evaluate polymeric gene delivery nanoparticles is described. NTA is utilized to characterize the nanoparticle particle size distribution and the plasmid per particle distribution. High-throughput flow cytometry enables quantitative transfection efficacy evaluation for a library of gene delivery biomaterials.

Evaluation von polymeren Gene Delivery-Nanopartikeln durch Nanopartikel Tracking-Analyse und High-throughput Durchflusszytometrie

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Forschung

Biotechnik

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

Untersuchung der dreidimensionalen Strömungstrennung, die durch ein Modell Vocal Fold Polyp induziert wird

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Electric Cell-substrate Impedance Sensing for the Quantification of Endothelial Proliferation, Barrier Function, and Motility

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. To this end, cells are grown in special culture chambers on top of opposing, circular gold electrodes. A constant small alternating current is applied between the electrodes and the potential across is measured. The insulating properties of the cell membrane create a resistance towards the electrical current flow resulting in an increased electrical potential between the electrodes. Measuring cellular impedance in this manner allows the automated study of cell attachment, growth, morphology, function, and motility. Although the ECIS measurement itself is straightforward and easy to learn, the underlying theory is complex and selection of the right settings and correct analysis and interpretation of the data is not self-evident. Yet, a clear protocol describing the individual steps from the experimental design to preparation, realization, and analysis of the experiment is not available. In this article the basic measurement principle as well as possible applications, experimental considerations, advantages and limitations of the ECIS system are discussed. A guide is provided for the study of cell attachment, spreading and proliferation; quantification of cell behavior in a confluent layer, with regard to barrier function, cell motility, quality of cell-cell and cell-substrate adhesions; and quantification of wound healing and cellular responses to vasoactive stimuli. Representative results are discussed based on human microvascular (MVEC) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), but are applicable to all adherent growing cells.

This protocol reviews Electric Cell-substrate Impedance Sensing, a method to record and analyze the impedance spectrum of adherent cells for the quantification of cell attachment, proliferation, motility, and cellular responses to pharmacological and toxic stimuli. Detection of endothelial permeability and assessment of cell-cell and cell-substrate contacts are emphasized.

Elektro-Zell-Substrat-Impedance Sensing zur Quantifizierung der endothelialen Proliferation, Barrierefunktion und Beweglichkeit

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. ...

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

To facilitate the use of lignocellulosic biomass as an alternative bioenergy resource, during biological conversion processes, a pretreatment step is needed to open up the structure of the plant cell wall, increasing the accessibility of the cell wall carbohydrates. Lignin, a polyphenolic material present in many cell wall types, is known to be a significant hindrance to enzyme access. Reduction in lignin content to a level that does not interfere with the structural integrity and defense system of the plant might be a valuable step to reduce the costs of bioethanol production. In this study, we have genetically down-regulated one of the lignin biosynthesis-related genes, cinnamoyl-CoA reductase (ZmCCR1) via a double stranded RNA interference technique. The ZmCCR1_RNAi construct was integrated into the maize genome using the particle bombardment method. Transgenic maize plants grew normally as compared to the wild-type control plants without interfering with biomass growth or defense mechanisms, with the exception of displaying of brown-coloration in transgenic plants leaf mid-ribs, husks, and stems. The microscopic analyses, in conjunction with the histological assay, revealed that the leaf sclerenchyma fibers were thinned but the structure and size of other major vascular system components was not altered. The lignin content in the transgenic maize was reduced by 7-8.7%, the crystalline cellulose content was increased in response to lignin reduction, and hemicelluloses remained unchanged. The analyses may indicate that carbon flow might have been shifted from lignin biosynthesis to cellulose biosynthesis. This article delineates the procedures used to down-regulate the lignin content in maize via RNAi technology, and the cell wall compositional analyses used to verify the effect of the modifications on the cell wall structure.

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

A double stranded RNA interference (dsRNAi) technique is employed to down-regulate the maize cinnamoyl coenzyme A reductase (ZmCCR1) gene to lower plant lignin content. Lignin down-regulation from the cell wall is visualized by microscopic analyses and quantified by the Klason method. Compositional changes in hemicellulose and crystalline cellulose are analyzed.

Lignin Herunterregulierung<em&gt; Zea mays</em&gt; Über dsRNAi und Klason Lignin Analyse

To facilitate the use of lignocellulosic biomass as an alternative bioenergy resource, during biological conversion processes, a pretreatment step is ...

Outer-Boundary Assisted Segmentation and Quantification of Trabecular Bones by an Imagej Plugin

Micro-computed tomography (micro-CT) is routinely used to assess bone quantity and trabecular microstructural properties in small animals under different bone loss conditions. However, the standard approach for trabecular analysis of micro-CT images is slice-by-slice semi-automatic hand-contouring, which is labor intensive and error prone. Described here is an efficient method for automatic segmentation of trabecular bones according to the bone's outer boundaries, where trabecular bones can be identified and segmented automatically with accuracy with less operator bias when appropriate segmentation parameters are set. To profile satisfactory segmentation parameters, an image stack of segmentation results is displayed, where all possible combinations of the segmentation parameters are changed one by one in sequence, and segmentation results with associated parameters can easily be visually checked. As a quality-control feature of the plugin, simulated standard objects are quantified where the measured quantities can be compared with theoretical values. Layer-by-layer quantification of trabecular properties and trabecular thicknesses are reported by such a plugin, and the distributions of such properties within the selected regions can be profiled easily. Although layer-by-layer quantification retains more information about trabecular bones and facilitates further statistical analysis of structural changes, such measures are unavailable from the output of current commercial software, where only a single quantified value for each parameter is reported for each sample. Therefore, the described workflows are better approaches for analyzing trabecular bones with accuracy and efficiency.

We present a workflow for segmenting and quantifying trabecular bones for 2D and 3D images based on the bone&#39;s outer boundary using an ImageJ plugin. This approach is more efficient and accurate than the current manual hand-contouring approach, and provides layer-by-layer quantifications, which are not available in current commercial software.

Äußere Begrenzung unterstützt Segmentierung und Quantifizierung der trabekulären Knochen durch eine Imagej-Plugin

Micro-computed tomography (micro-CT) is routinely used to assess bone quantity and trabecular microstructural properties in small animals under different ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause inflammation, fever, hypo- or hypertension, and, in extreme cases, can lead to tissue and organ damage that may become fatal. The amounts of endotoxin in pharmaceutical products, therefore, are strictly regulated. Among the methods available for endotoxin detection and quantification, the Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) assay is commonly used worldwide. While any pharmaceutical product can interfere with the LAL assay, nano-formulations represent a particular challenge due to their complexity. The purpose of this paper is to provide a practical guide to researchers inexperienced in estimating endotoxins in engineered nanomaterials and nanoparticle-formulated drugs. Herein, practical recommendations for performing three LAL formats including turbidity, chromogenic and gel-clot assays are discussed. These assays can be used to determine endotoxin contamination in nanotechnology-based drug products, vaccines, and adjuvants.

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Detection of endotoxins in engineered nanomaterials represents one of the grand challenges in the field of nanomedicine. Here, we present a case study that describes the framework composed of three different LAL formats to estimate potential endotoxin contamination in nanoparticles.

Nachweis von Endotoxin im Nano-Rezepturen mit Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Measuring Global Cellular Matrix Metalloproteinase and Metabolic Activity in 3D Hydrogels

Three-dimensional (3D) cell culture systems often more closely recapitulate in vivo cellular responses and functions than traditional two-dimensional (2D) culture systems. However, measurement of cell function in 3D culture is often more challenging. Many biological assays require retrieval of cellular material which can be difficult in 3D cultures. One way to address this challenge is to develop new materials that enable measurement of cell function within the material. Here, a method is presented for measurement of cellular matrix metalloproteinase (MMP) activity in 3D hydrogels in a 96-well format. In this system, a poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogel is functionalized with a fluorogenic MMP cleavable sensor. Cellular MMP activity is proportional to fluorescence intensity and can be measured with a standard microplate reader. Miniaturization of this assay to a 96-well format reduced the time required for experimental set up by 50% and reagent usage by 80% per condition as compared to the previous 24-well version of the assay. This assay is also compatible with other measurements of cellular function. For example, a metabolic activity assay is demonstrated here, which can be conducted simultaneously with MMP activity measurements within the same hydrogel. The assay is demonstrated with human melanoma cells encapsulated across a range of cell seeding densities to determine the appropriate encapsulation density for the working range of the assay. After 24 h of cell encapsulation, MMP and metabolic activity readouts were proportional to cell seeding density. While the assay is demonstrated here with one fluorogenic degradable substrate, the assay and methodology could be adapted for a wide variety of hydrogel systems and other fluorescent sensors. Such an assay provides a practical, efficient and easily accessible 3D culturing platform for a wide variety of applications.

Here, a protocol is presented for encapsulating and culturing cells in poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels functionalized with a fluorogenic matrix metalloproteinase (MMP)-degradable peptide. Cellular MMP and metabolic activity are measured directly from the hydrogel cultures using a standard microplate reader.

Messung der globalen zellulären Matrix Metalloproteinase und metabolische Aktivität in 3D Hydrogele

Three-dimensional (3D) cell culture systems often more closely recapitulate in vivo cellular responses and functions than traditional two-dimensional (2D) ...

Simultaneous Quantification of Selected Kynurenines Analyzed by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and cancer biology. An in vitro cell culture assay is often used to learn about the contribution of different tryptophan catabolites in a disease mechanism and for testing therapeutic strategies. Cell culture medium that is rich in secreted metabolites and signaling molecules reflects the status of tryptophan metabolism and other cellular events. New protocols for the reliable quantification of multiple kynurenines in the complex cell culture medium are desired to allow for a reliable and quick analysis of multiple samples. This can be accomplished with liquid chromatography coupled with mass spectrometry. This powerful technique is employed in many clinical and research laboratories for the quantification of metabolites and can be used for measuring kynurenines.
Presented here is the use of liquid chromatography coupled with single quadrupole mass spectrometry (LC-SQ) for the simultaneous determination of four kynurenines, i.e., kynurenine, 3-hydroxykynurenine, 3-hydroxyanthranilic, and xanthurenic acid in the medium collected from in vitro cultured cancer cells. SQ detector is simple to use and less expensive compared to other mass spectrometers. In the SQ-MS analysis, multiple ions from the sample are generated and separated according to their specific mass-to-charge ratio (m/z), followed by the detection using a Single Ion Monitoring (SIM) mode.
This paper draws the attention on the advantages of the reported method and indicates some weak points. It is focused on critical elements of LC-SQ analysis including sample preparation along with chromatography and mass spectrometry analysis. The quality control, method calibration conditions and matrix effect issues are also discussed. We described a simple application of 3-nitrotyrosine as one analog standard for all target analytes. As confirmed by experiments with human ovary and breast cancer cells, the proposed LC-SQ method&#160;generates reliable results and can be further applied to other in vitro cellular models.

Described here is a protocol for the determination of four different tryptophan metabolites generated in the kynurenine pathway (kynurenine, 3-hydroxykynurenine, xanthurenic acid, 3-hydroxyanthranilic acid) in the medium collected from cancer cell cultures analyzed by liquid chromatography coupled with a single quadrupole mass spectrometry.

Gleichzeitige Quantifizierung ausgewählter Kynurenine, analysiert durch Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and ...

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more viscous than traditional aqueous injections and may be semi-solid, therefore, their injectability cannot be assumed. This protocol describes a method to objectively assess the injectability of these materials using a standard mechanical tester. The syringe plunger is compressed by the crosshead at a set rate, and the force is measured. The maximum or plateau force value can then be used for comparison between samples, or to an absolute force limit. This protocol can be used with any material, and any syringe and needle size or geometry. The results obtained may be used to make decisions about formulations, syringe and needle sizes early in the translational process. Further, the effects of altering formulations on injectability may be quantified, and the optimum time to inject temporally changing materials determined. This method is also suitable as a reproducible way to examine the effects of injection on a material, to study phenomena such as self-healing and filter pressing or study the effects of injection on cells. This protocol is faster and more directly applicable to injectability than rotational rheology, and requires minimal post processing to obtain key values for direct comparisons.

Presented here is a protocol for quantitatively evaluating the injectability of a material through a syringe-needle system using a standard mechanical testing rig.

Quantifizierung der Injekbarkeit durch mechanische Prüfung

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...

High-Dimensionality Flow Cytometry for Immune Function Analysis of Dissected Implant Tissues

The success of implanting laboratory-grown tissue or a medical device in an individual is subject to the immune response of the recipient host. Considering an implant as a foreign body, a hostile and dysregulated immune response may result in the rejection of the implant, while a regulated response and regaining of homeostasis can lead to its acceptance. Analyzing the microenvironments of implants dissected out under in vivo or ex vivo&#160;settings can help in understanding the pattern of immune response, which can ultimately help in developing new generations of biomaterials. Flow cytometry is a well-known technique for characterizing immune cells and their subsets based on their cell surface markers. This review describes a protocol based on manual dicing, enzymatic digestion, and filtration through a cell strainer for the isolation of uniform cell suspensions from dissected implant tissue. Further, a multicolor flow cytometry staining protocol has been explained, along with steps for initial cytometer settings to characterize and quantify these isolated cells by flow cytometry.

Isolation of cells from dissected implants and their characterization by flow cytometry can significantly contribute to understanding the pattern of immune response against implants. This paper describes a precise method for the isolation of cells from dissected implants and their staining for flow cytometric analysis.