Este trabajo fue apoyado por las siguientes subvenciones (DaSilva AF): Instituto Nacional de Salud - Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares - K23 NS062946, el cerebro de Dana Fundación y Inmuno-Imaging Award, y el Premio Beca de Investigación de la Fundación de Investigación de la migraña. Los autores reconocen las PET Center Tecnólogos de Medicina Nuclear (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Cisón, y Caitlin Hendricks) y el personal del Laboratorio de resonancia magnética funcional (Scott Peltier y Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, el investigador principal, tuvo pleno acceso a todos los datos en el estudio, y se responsabiliza de la integridad de los datos y la exactitud del análisis de datos. Los autores declaran no tener conflictos de interés relacionados con este estudio.

El protocolo deberá ser aprobado por la Junta Local de Revisión Institucional, y por el Comité de Investigación de Drogas radiactivo. El sujeto de la investigación dé su consentimiento informado por escrito para participar en el estudio. El protocolo se divide en tres etapas cronológicas: <ol><li> MRI sesión </li><li> Sesión de PET durante la fase ictal (dolor de cabeza) de la migraña </li><li> Sesión de PET durante la fase interictal (sin dolor de cabeza) de la migraña </li></ol> El paciente es responsable de llenar un diario de dolor de cabeza y de confirmar con el grupo de investigación de la ocurrencia de un ataque de migraña en el día de la sesión de imágenes. Tanto, interictal e ictal, escáneres TEP deben programarse durante las fases folicular mediados y finales individuales de la paciente (5 a 10 días después del primer día de sangrado menstrual), que en este caso se realiza un seguimiento y calcular de antemano por un ginecólogo con experiencia en el campo (años). 1. IRM Sesión <ol><li> Prepelar para el Experimento <ol><li> Antes de preparar el tema para el análisis, es necesario seguir las instrucciones de seguridad adecuadas debido al campo magnético del escáner de RM. El personal del estudio deben ser libres de metales antes de entrar en la sala de estudio de MR. </li><li> Proporcionar una copia del formulario de consentimiento informado, previamente firmada por el voluntario de investigación durante la investigación inicial, para el tecnólogo MR. </li></ol></li><li> Preparación del Asunto para la Exploración de <ol><li> En el día de la MRI, pida al sujeto de la investigación que llene un formulario de evaluación de resonancia magnética de seguridad. Este formulario es requisito para cualquier MRI tomada en la Universidad de Michigan - laboratorio de fMRI. El cuestionario refuerza que el tema es también libre de metal y no tiene una condición médica que requiere una consideración cuidadosa y especial (por ejemplo, fragmentos extraños metálicos, dispositivo mecánico / eléctrico implantado). </li><li> Tranquilizar que el participante comprenda los procedimientos de RM, riesgos y beneficios. </li><li> Deliver el formulario de evaluación completo al tecnólogo MR que estarán ayudando en el procedimiento. </li></ol></li><li> Adquirir una imagen de resonancia magnética anatómica ponderada en T1 durante una fase interictal para el paciente en un escáner de 3 Tesla. <ol><li> Utilice los siguientes parámetros de la secuencia para la adquisición de resonancia magnética: <ul><li> A. Axial estropeado gradiente recordado (SPGR) adquisición 3D </li><li> B. Ancho de banda = 15.63 </li><li> C. El tiempo de repetición [TR] = 9,2 ms </li><li> Tiempo D. Echo [TE] = 1,9 ms </li><li> Preparación recuperación E. Inversion 500 ms </li><li> Flip ángulo = 15 ° F. </li><li> G. 25/26 FOV </li><li> H. Número de excitaciones [NEX] = 1 </li><li> I. 144 cortes contiguos </li><li> J. 1.0 mm grosor de corte </li><li> K. 256 x 256 matriz </li></ul></li></ol></li></ol> 2. Ictal PET Sesión <ol><li> Preparación para el Experimento <ol><li> Antes de la confirmación de la ecografía en el Hospital Universitario, en contacto con el objeto de comprobar en qué phase del ciclo menstrual que ella será el día de la exploración. Se recomienda llevar a cabo un estudio de PET durante la fase folicular mediados-finales (5 a 10 días después del inicio del sangrado menstrual). </li><li> Presentar una solicitud al hospital para producir [11 C] carfentanil, un radiotrazador corta vida con una afinidad selectiva por los receptores μ-opioides, mediante un ciclotrón en las proximidades de la exploración. El trazador se debe producir 2 horas antes del examen. </li><li> En el día de la exploración potencial PET ictal, póngase en contacto con el tema 2 horas antes de la cita para confirmar la presencia de un ataque de migraña espontánea. Si un ataque de migraña está presente, validar el diagnóstico de migraña después de la Clasificación Internacional de Cefaleas. Después del diagnóstico, asegurar que el participante es capaz de llegar con seguridad al hospital para someterse a la exploración. Proporcionar transporte si el sujeto no es una conducción confortable o en ausencia de conductor designado está disponible. </li></ol></li><li> Preparación del Subject para la Exploración de <ol><li> Cuando el participante llegue al hospital, su escolta a la suite de PET para la revalidación de diagnóstico basado en la Clasificación Internacional de Cefaleas. Antes de la exploración, realice una prueba de drogas en orina para confirmar que el sujeto no hizo ingesta de cualquier sustancia que pueda interactuar con el carfentanil trazador [11 C], seguido de una prueba de embarazo en orina. </li><li> Reafirmar que el participante comprenda el procedimiento PET, riesgos y beneficios. </li><li> Entregar una copia del formulario de consentimiento informado, previamente firmada por el voluntario de investigación en el cribado inicial, para el tecnólogo de medicina nuclear. </li><li> Siguiendo la guía del tecnólogo de medicina nuclear, ayudar a resolver el tema en el escáner. </li><li> Haga que el sujeto someterse a 1 PET scan 90 min utilizando un escáner Siemens HR + en el modo 3D (imágenes reconstruidas tienen una anchura total a la mitad del máximo de resolución (FWHM) de ~ 5.5 mm-en el plano y 5,0 mm axial). </li> &lt;Li&gt; Para cada dosis carfentanilo [11 C] (555 MBq ≤ 0,03 mg / kg), administrar el cincuenta por ciento como un bolo con el resto infundido continuamente durante el curso de la exploración para lograr niveles de trazadores de estado estacionario de aproximadamente 35 min después de la administración del trazador . </li><li> Sesión de PET interictal. </li><li> Repita los pasos 2.2 a 2.6 durante la fase no-dolor de cabeza. </li></ol></li></ol> 3. PET Datos Reconstrucción <ol><li> Reconstruir imágenes de PET utilizando algoritmos interactivos en una matriz de 128 x 128 píxeles en un campo de diámetro 28,8 cm de visión (FOV). </li><li> Adquirir 21 cuadros de imagen y co-registro entre sí para corregir el movimiento durante el procedimiento. </li><li> Obtener una transmisión de 6 min (fuente 68Ge) de exploración antes de la TEP a los efectos de la corrección de atenuación. </li><li> Convertir los datos de imágenes dinámicas para cada exploración de forma voxel por voxel en dos conjuntos de imágenes paramétricas (10 - 40 min): <ol><li> Use una medida de transporte trazador (K1 ratio) para los procedimientos coregistration y de normalización; y </li><li> Utilice una medida relacionada con el receptor, BP ND, proporcional a Bmax (concentración de receptores) dividir por Kd (afinidad por el receptor). </li></ol></li><li> Estimar estas medidas mediante el análisis gráfico Logan basado en la región de referencia con la corteza occipital como la región de referencia 12. </li></ol> 4. Análisis de datos PET NOTA: Anatómicamente estandarizar las imágenes en el espacio de plantilla mediante Statistical Parametric Mapping (SPM8) software siguiendo la secuencia siguiente. <ol><li> Co-registro de la exploración de RM y exploraciones K1. </li><li> Normalizar la exploración MR al Instituto Neurológico de Montreal (MNI) cerebro plantilla usando Dartel. </li><li> Aplicar la matriz de deformación resultante de las imágenes PET. </li><li> Verifique el co-registro y la precisión de normalización mediante la comparación de las RM y PET imágenes transformadas a la plantilla atlas MNI. </li><li> Zona de interés (ROI) análisis. </li&gt; </ol> Examine la actividad de varias regiones bilaterales que participan en el procesamiento del dolor, entre ellos: <ul><li> A. Anterior / medial / cingulada posterior </li><li> B. Insula </li><li> C. Hippocampus </li><li> D. amígdala </li><li> Cabeza E. caudado / cuerpo </li><li> F. núcleo accumbens </li><li> G. Putamen </li><li> H. lateral / medial globo pálido </li><li> I. núcleos del tálamo (ventral anterior, posterior ventral lateral / medial, posterior lateral, la línea media, dorsal lateral / medial) </li><li> La materia gris periacueductal J. (PAG) </li></ul><ol><li> Definir marsbar (en el espacio normalizado para cada una de estas regiones, con la excepción de la PAG Generar el PAG retorno de la inversión mediante la colocación de una esfera de 3 mm en las coordenadas: derecho: 4, -28, -6, y la izquierda:. -2, -28 , -6. Esta ubicación PAG fue previamente demostrado tener alteraciones de difusión y de conectividad en los pacientes con migraña, en comparación con los controles sanos 13,14. NOTA: Los estudios de test-retest con [11 C] Carfentanilo mostrar reproducibilidad de BP ND medidas de bien menos de 10%, con la mayoría de regiones corticales son de 3 - 5% 15. Los mayores coeficientes de variación (CoV = Std.Dev. / Media) se observan típicamente en las regiones con menor unión, sin embargo, incluso en las regiones corticales con baja unión a BP ND CoV de se ~ 0,5. Por lo tanto, los cambios porcentuales en ROI μOR BP ND entre análisis sólo se consideran significativos cuando por encima del 10%. </li></ol> 5. 3D-Neuronavegación <ol><li> Preparación para una experiencia 3D IIN <ol><li> Organizar los datos proporcionados en el formato de datos volumétricos NIfTI como una pila de imágenes con niveles de densidad y activación definidos como de 16 bits. </li><li> Use gafas activas de obturación LCD para que el tiempo de efecto 3D estereoscópica secuencial. Las gafas de obturación operan a través del bloqueo de uno de los ojos, mientras que la imagen para el otro ojo se muestra en la pantalla. El proceso entonces se repite para el otro ojo. Esta shuttering efecto se produce a 110 Hz. </li><li> Utilice una palanca de mando para las interacciones con la simulación después de haber sido instruido sobre su uso. </li><li> Equipe las gafas de obturación y el joystick con marcadores reflectantes para permitir el seguimiento 6DOF precisa de los objetos en el espacio a través de un sistema de captura de movimiento Vicon. </li></ol></li><li> Visualizar Aubject datos de activación <ol><li> Utilice los archivos de configuración XML para definir las asignaciones de colores de los niveles de densidad y de activación, que se cargan cuando se inicia la aplicación y compartir con cada equipo del clúster. </li><li> Adquirir células volumétricas en 3 dimensiones de los NIfTIdata proporcionadas establecidos por medio de funciones de carga interna de yugular y el &quot;Niftilib&quot; biblioteca de software de código abierto. </li><li> Comparte resultante células volumétricas con cada equipo del clúster para mejorar la velocidad. </li><li> Interpretar células volumétricas por un shader OpenGL (GLSL) que lleva a cabo la marcha de rayos y la visualización de voxels con diferentes colores y transparencias definidas porarchivos de configuración XML de mapeo de color previamente compartidas. </li></ol></li><li> Obtener la ubicación a través del sistema Vicon y utilizarlo para actualizar perspectivas dibujadas de los datos volumétricos en cada pantalla. </li><li> Interacciones de Registros y los utilizan para ajustar de forma dinámica y cortar planos a través de los datos con el fin de navegar en el espacio virtual. </li></ol> 6. 3D inmersiva y Interactivo Neuronavegación (3D-IIN) <ol><li> Almacenar datos de activación tema en el formato de datos NIfTI, un tipo de datos volumétricos que se interpreta utilizando la biblioteca Niftilib. </li><li> Obtener las interacciones y la ubicación a través de un sistema de seguimiento de Vicon, un dispositivo de joystick, y la entrada gestual. Utilice esta información para garantizar que la imagen que se muestra representa el punto de vista correcto, lo que permite la exploración en tiempo real del conjunto de datos, y permitir el control dinámico de hasta 3 planos de corte arbitrarios usando los movimientos familiares y esquemas de control (Figura 1). </li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

En este caso clínico, los datos reales de neuroimagen migraña fue explorado por primera vez, en una realidad virtual en 3D totalmente envolvente, lo que demuestra una disminución en la disponibilidad del receptor μ-opioide (μOR BP ND). Las reducciones en μOR BP ND implican que hay una mayor ocupación y / o una pérdida de receptores μ-opioide en el sistema nervioso central. Reducciones agudas en μOR BP ND en regiones dolor de matriz durante la exploración ictal en comparación con la exploración interictal, se espera que se produzca como consecuencia de la liberación de opioides endógenos que interactúan con μORs como una respuesta regulatoria para el dolor en curso, por lo menos μORs accesible para el radiotrazador. La novedad de nuestro estudio ictal neuroimagen migraña se encuentra en el nuevo enfoque neuronavegación 3D para investigar los datos reales del cerebro de un paciente en la realidad virtual. Tecnología de radiotrazador PET se utiliza para medir los cambios en μORsdisponibilidad con [11 C] carfentanil. Cuando se examinó durante el evento dolor de cabeza, el cerebro de los pacientes con migraña se escanean generalmente después de un ataque de disparo (p. ej., Nitroglicerina, fotoestimulación) 16,17, o bajo la exigencia técnica de un determinado estímulo evocado (por ejemplo., El dolor, el cepillo, la luz , y el olor) 18-20. Todos esos estudios corroboran el conocimiento de que el trastorno está asociado con la hiperexcitabilidad cortical y subcortical en la fase de dolor de cabeza. Sin embargo, una gran cantidad de estímulos en los protocolos de neuroimagen tales introduce múltiples factores que enturbian nuestra comprensión de la suela impacto de un ataque de migraña aguda en el sistema nervioso central. De los pocos estudios funcionales previos sin la presencia de la estimulación exógena, no hay indicios de un aumento del flujo cerebral regional en áreas como la corteza cingulada, el hipotálamo y el tronco cerebral 21, que puede persistir incluso después de la terapia aguda 22. Hasta ahora, Las tecnologías de neuroimagen aplicadas no han permitido la caracterización molecular de los procesos neurotransmisor / receptor involucrados en el ataque de migraña, como el mecanismo de μ opioides endógenos, uno de los más importantes recursos de analgésicos en el cerebro. Por otra parte, nuestro método permite que estos procesos pueden explorar mediante neuronavegación 3D en un entorno virtual. El sistema modulador del dolor descendente es una compleja red que regula el procesamiento del dolor en gran medida a través de receptores μ-opioides en todo el cerebro, incluyendo la columna vertebral a las áreas supraespinales. Estas áreas se sabe que están implicados en la antinocicepción, analgesia inducida por estrés endógeno, y en la acción de los fármacos opioides usados ​​comúnmente para el dolor crónico y el tratamiento de la migraña. De hecho, la vasodilatación neurogénica dural asociado con la migraña puede ser inhibida por la morfina y, posteriormente, revertido por la naloxona, un antagonista opioide, lo que indica que los efectos de la morfina sobre neurogénicainflamación está mediada específicamente a través de la activación de los receptores μ-opioides 23. Curiosamente, la magnitud de opioides / μORs activaciones regionales endógenas en los seres humanos se relaciona con la capacidad del individuo para suprimir elementos sensoriales y afectivos de la experiencia del dolor 24. En nuestro estudio, las regiones del cerebro que mostraron reducciones en la disponibilidad del receptor μ-opioide durante la fase ictal son responsables de ambos elementos de la experiencia de la migraña y su modulación. Ellos son el ACC, el tálamo, los ganglios basales (por ejemplo., NACC), el hipocampo y el PAG. Además de la sensibilización debido al tráfico aferente del trigémino anormal, una hipótesis sólida para la fisiopatología de la migraña es la disfunción del sistema modulador. En este caso, las proyecciones desde / a las estructuras del tallo cerebral, tales como el PAG, donde hay una alta expresión de los receptores opioides, producirían de manera ineficiente su efecto anti-nociceptivo en ASCEnding neuronas sensoriales. Además, otras estructuras corticales superiores participan en este mecanismo dolor-modulador defectuoso en la migraña. Un estudio reciente en estado de reposo interictal informó cambios en la conectividad de los pacientes con migraña en comparación con los controles sanos en la PAG ventrolateral y la mayoría de los (sub) estructuras corticales en el sistema del dolor modulador y correlaciona estos con la frecuencia de los ataques de dolor de cabeza 13. Las regiones con cambios de conectividad encontrados en este estudio son los mismos que aquellos con cambios en μOR BP ND encontrado en nuestro propio estudio. La misma ubicación PAG fue reportado originalmente como abarcando neuroplasticidad microestructural en migrañosos 14, y aquí tuvieron una disminución considerable en μOR BP ND durante el ataque. Otros estudios con cohortes más grandes son necesarios para confirmar y ampliar los resultados presentados en este informe de caso. Por ejemplo, actualmente se desconoce por qué el sistema no reacciona correctamentepara el uso a largo plazo de los opioides exógenos frecuentemente prescritos en las clínicas de la migraña. Sin embargo, nuestro estudio proporciona información importante mecanicista, sobre el impacto de la migraña en el sistema opioide μ, y utiliza una novela de inmersión en 3D y un enfoque interactivo neuronavegación (3D-IIN) por primera vez. En el futuro, este método 3D exploratoria podría proporcionar una perspectiva mucho más inmersiva e interactiva para examinar los cerebros de los pacientes en la investigación y la clínica.

La migraña es un trastorno de dolor trigeminal crónica que afecta a casi el 16% de las mujeres y el 6% de los hombres en los Estados Unidos y en todo el mundo 1-3. Repetitivos ataques de dolor de cabeza de migraña tienen un impacto en una gran parte de la existencia del paciente, afectando la calidad de vida y el rendimiento, que cuestan miles de millones de dólares en el día de la escuela / trabajo perdidas y utilización de asistencia sanitaria 4. Durante los ataques de dolor de cabeza debilitantes, la padecen tienen una mayor sensibilidad marcada a los nocivos (hiperalgesia) e incluso estímulos nonnoxious (alodinia) 5. El sistema neurotransmisor-μ de opioides es uno de los principales mecanismos moduladores endógenos dolor en nuestro cerebro. Está implicado en la regulación de la percepción experimental y clínica del dolor, así como en la acción analgésica de los opiáceos 6-9 que se han asociado con la cronificación de los ataques de migraña 10. Los recientes avances en tomografía de emisión Tomografía (PET) de imagen molecular permite el estudio de los mecanismos moleculares importantes en el cerebro de pacientes con dolor crónico in vivo 11. En este estudio, a pesar de la logística desafiantes de la sincronización de lo aleatorio y la naturaleza de los ataques episódicos con la complejidad de la configuración de la sesión PET / radiotrazador debilitante, neuronavegación 3D se utilizó por primera vez para investigar μOR disponibilidad en regiones clave de un paciente del dolor de matriz cerebro durante una migraña espontánea. Presentación de Casos A 36 años de edad, de sexo femenino asiático se inscribieron en el estudio. Se presentó con una historia de 10 años de la migraña con aura visual. Migrañas unilateral derecha se produjo un promedio de 12 días al mes, con moderada a severa intensidad del dolor que generalmente dura por 72 horas (si no tratada o tratada sin éxito). Hubo un aumento en la frecuencia de los ataques de dolor de cabeza alrededor de su ciclo menstrual, quetenido un patrón regular durante todo el estudio. Los síntomas asociados incluyen: náuseas, vómitos, fotofobia y fonofobia. Durante los ataques regulares de dolor de cabeza que no presentó síntomas autonómicos. Como tratamiento, ella estaba manejando sus síntomas con sólo terapia abortiva farmacológica, que se basaba en los fármacos antiinflamatorios no esteroides, y no había indicios de uso excesivo de medicamentos o el consumo de opiáceos. La exploración clínica durante la visita de selección sin complicaciones y sin alteraciones, y una revisión de los sistemas dentro de la normalidad. Era soltero y no tiene hijos, y no utilizaba medicación anticonceptiva.

3d-neuronavigation in vivo through a patient's brain during a spontaneous migraine headache

Un creciente cuerpo de investigación, generado principalmente a partir de estudios basados ​​en resonancia magnética, muestra que la migraña parece ocurrir, y posiblemente soportar, debido a la alteración de los procesos neuronales específicos en el sistema nervioso central. Sin embargo, se carece de información sobre el impacto molecular de estos cambios, sobre todo en el sistema opioide endógeno durante los dolores de cabeza por migraña y neuronavegación a través de estos cambios nunca se ha hecho. Este estudio tuvo como objetivo investigar, utilizando una novedosa inmersión en 3D y un enfoque interactivo neuronavegación (3D-IIN), la transmisión de la μ opioides endógenos en el cerebro durante un ataque de migraña en vivo. Esta es posiblemente una de las más céntricas neuromechanisms asociados con la regulación del dolor, que afecta a múltiples elementos de la experiencia del dolor y la analgesia. A 36 años de edad, que ha estado sufriendo de migraña durante 10 años, fue explorado en el dolor de cabeza típico (ictal) y nonheadache (interictal) fases de migraña utilizando Tomografía por Emisión RFAion de Positrones (PET) con el carfentanil radiotrazador selectiva [11 C], lo que nos permitió medir la disponibilidad del receptor μ-opioide en el cerebro (el potencial de unión no desplazable - μOR BP ND). El radiotrazador-vida corta fue producido por un aparato de síntesis del ciclotrón y química en el campus situado en las proximidades de la instalación de formación de imágenes. Ambos escáneres PET, interictal y ictal, se programaron durante mediados-finales de las fases foliculares separadas del ciclo menstrual de la paciente. Durante la sesión de PET ictal su espontánea ataque dolor de cabeza alcanzó niveles de intensidad severa; progresando a las náuseas y los vómitos en el final de la sesión de exploración. Hubo reducciones en μOR BP ND en las regiones de dolor-modulador del sistema-μ opioide endógeno durante la fase ictal, incluyendo la corteza cingular, núcleo accumbens (NACC), el tálamo (Thal), y la sustancia gris periacueductal (PAG); lo que indica que μORs ya estaban ocupadas por los opioides endógenos liberadosen respuesta al dolor en curso. Para nuestro conocimiento, esta es la primera vez que los cambios en μOR BP ND de un dolor de cabeza durante los ataques de migraña han sido neuronavigated utilizando un enfoque novedoso 3D. Este método permite a la investigación y la educación exploración interactiva de un ataque de migraña en neuroimagen conjunto de datos de un paciente real.

El paciente presentó al hospital con un dolor de cabeza palpitante derecho temporal y occipital, con una intensidad de 6 en una escala de dolor de 0 a 10. Ella tenía su típico dolor de cabeza de migraña, sin embargo sin aura. Se había iniciado al despertar 5 horas antes de la (ictal) sesión de PET, y se las arregló para tolerar sin ningún tratamiento farmacológico fallido. Para su conocimiento, el dolor de cabeza no fue evocado por cualquier factor desencadenante (por ejemplo, el alcohol, la falta de sueño). No se informó de síntomas autonómicos, pero fotofobia y fonofobia estaban presentes. Después del inicio de la sesión PET ictal la intensidad de la cefalea se intensificó, alcanzando niveles severos (9 en una escala de dolor de 0 a 10) 60 min en el estudio; progresando a las náuseas y los vómitos en el final de la sesión de exploración. Disminución de μOR BP ND se observó en el cerebro del paciente durante el dolor de cabeza de migraña espontánea (fase ictal), en comparación con la línea de base (fase interictal) (Figura 2). Hay quere reducciones de patentes en μOR BP ND en las principales regiones del dolor de la matriz del sistema-μ opioides endógenos, entre ellos los siguientes núcleos: el tálamo dorsal lateral derecha (11, -19, -16: 10,2%), dorsal medial derecho (6, -17, -8: 11,1%), la línea media derecha (8, -19, -16: 27%), y ventral anterior (9, -9, -12: 12,0%). Además, se encontraron cambios en el anterior derecha (8, 35, 14: 13,7%) y se dejó la corteza cingulada posterior (-5, -44, 23: 11,8%), el cuerpo izquierda caudado (-11, 6, 15: 12,0 %), el globus pallidus medial (derecha: 16, -4, -3: 16,2%; izquierda: -14, -4, -3: 22,6%), el núcleo accumbens izquierdo (-9, -11, -7: 10.5% ), y el hipocampo (derecha: 30, -22, -14: 12,6%; izquierda: -30, -22, -14: 11,5%). Hubo un aumento en μOR BP ND sólo en la amígdala izquierda (-23, -4, -19: 11,7%). En el tronco cerebral, la reducción significativa en ictal μOR BP ND extendía desde el rostral a caudal de la materia gris periacueductal (PAG) (derecha: 4, -28, -6: 15,1%; izquierda: -2, -28, -6: 14.6 %) (Fig.Ure 3). Sin embargo, las tasas de variación hemisféricas globales en el μOR BP ND durante el ataque de migraña fueron modestos (derecha: 8,5%; izquierda: 8,29%), lo que indica que la disminución de la μOR BP ND eran específicos de las estructuras dolor-matriz en el cerebro . <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Realidad Virtual de navegación completa de datos 3D de un cerebro migrañoso. Por primera vez los datos de neuroimagen migraña real fue explorado en una realidad virtual en 3D totalmente envolvente, que incluye la navegación sin restricciones a través de los datos (por los estudiantes, los clínicos y los investigadores) con respecto a la disponibilidad de los receptores μ-opioides (μOR BP ND) en el cerebro durante la migraña dolor de cabeza ataque in vivo. <img alt="Figura 2" fo: content-width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50682/50682fig2highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; .. Figura 2-μ de opioides del cerebro Perfil de un dolor de cabeza de la jaqueca en vivo La fase ictal (fila inferior) - fase de cefalea - muestra una disminución en la disponibilidad del receptor μ-opioide (μOR BP ND) en las regiones de dolor de matriz (valor umbral, DV = 4,50). Este resultado representa posiblemente un aumento en la liberación-μ opioides endógenos durante el ataque de migraña, como respuesta normativa a la fuerte dolor de cabeza continuo. Palabras clave: el tálamo (Thal), núcleo accumbens (NAC), y anterior cingular cortex (ACC). <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Midbrain / Pons / Médula μ-receptor opioide disponibilidad Durante un ataque de migraña en vivo. La fase ictal (derechacolumna) - fase de cefalea - muestra una disminución en la disponibilidad del receptor μ-opioide a lo largo de la sustancia gris periacueductal (PAG) (valor de umbral, DV = 4,50), en comparación con la fase interictal (columna de la izquierda) - fase no-dolor de cabeza. Palabras clave: PAG: r - rostral; m - medial; C - caudal.

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3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient&#039;s Brain During a Spontaneous Migraine Headache

En este estudio, los autores informan por primera vez una novela-3D inmersiva y Interactivo Neuronavegación (3D-IIN) a través del impacto de un ataque de migraña dolor de cabeza espontánea en el sistema opioide μ del cerebro de un paciente in vivo.

3D-Neuronavegación<em&gt; En Vivo</em&gt; A través del cerebro de un paciente durante una espontánea migraña

A growing body of research, generated primarily from MRI-based studies, shows that migraine appears to occur, and possibly endure, due to the alteration ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

17.8K vistas.  University of Michigan School of Dentistry.  En este estudio, los autores informan por primera vez una novela-3D inmersiva y Interactivo Neuronavegación (3D-IIN) a través del impacto de un ataque de migraña dolor de cabeza espontánea en el sistema opioide μ del cerebro de un paciente in vivo. 

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In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There is little knowledge about in situ, in vivo, tumor hypoxia during intracranial development of malignant brain tumors because of lack of efficient means to monitor it in these deep-seated orthotopic tumors. Bioluminescence imaging (BLI), based on the detection of light emitted by living cells expressing a luciferase gene, has been rapidly adopted for cancer research, in particular, to evaluate tumor growth or tumor size changes in response to treatment in preclinical animal studies. Moreover, by expressing a reporter gene under the control of a promoter sequence, the specific gene expression can be monitored non-invasively by BLI. Under hypoxic stress, signaling responses are mediated mainly via the hypoxia inducible factor-1&alpha; (HIF-1&alpha;) to drive transcription of various genes. Therefore, we have used a HIF-1&alpha; reporter construct, 5HRE-ODD-luc, stably transfected into human breast cancer MDA-MB231 cells (MDA-MB231/5HRE-ODD-luc). In vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay is performed by incubating the transfected cells in a hypoxic chamber (0.1% O2) for 24 hr before BLI, while the cells in normoxia (21% O2) serve as a control. Significantly higher photon flux observed for the cells under hypoxia suggests an increased HIF-1&alpha; binding to its promoter (HRE elements), as compared to those in normoxia. Cells are injected directly into the mouse brain to establish a breast cancer brain metastasis model. In vivo bioluminescence imaging of tumor hypoxia dynamics is initiated 2 wks after implantation and repeated once a week. BLI reveals increasing light signals from the brain as the tumor progresses, indicating increased intracranial tumor hypoxia. Histological and immunohistochemical studies are used to confirm the in vivo imaging results. Here, we will introduce approaches of in vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay, surgical establishment of a breast cancer brain metastasis in a nude mouse and application of in vivo bioluminescence imaging to monitor intracranial tumor hypoxia.

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

Bioluminescence imaging of hypoxia inducible factor-1&alpha; activity is applied to monitor intracranial tumor hypoxia development in a breast cancer brain metastasis mouse model.

Imágenes in vivo de tumores bioluminiscencia Dinámica hipoxia de la metástasis cerebral cáncer de mama en un modelo de ratón

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There ...

Investigación

Medicina

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate since the advent of in vivo bioluminescent imaging technologies 1-3. Indeed, the ability to locate and quantify tumor growth longitudinally in a single cohort of animals to completion of the study as opposed to sacrificing individual groups of animals at specific assay times has revolutionized how researchers investigate breast cancer metastasis. Unfortunately, current methodologies preclude the real-time assessment of critical changes that transpire in cell signaling systems as breast cancer cells (i) evolve within primary tumors, (ii) disseminate throughout the body, and (iii) reinitiate proliferative programs at sites of a metastatic lesion. However, recent advancements in bioluminescent imaging now make it possible to simultaneously quantify specific spatiotemporal changes in gene expression as a function of tumor development and metastatic progression via the use of dual substrate luminescence reactions. To do so, researchers take advantage for two light-producing luciferase enzymes isolated from the firefly (Photinus pyralis) and sea pansy (Renilla reniformis), both of which react to mutually exclusive substrates that previously facilitated their wide-spread use in in vitro cell-based reporter gene assays 4. Here we demonstrate the in vivo utility of these two enzymes such that one luminescence reaction specifically marks the size and location of a developing tumor, while the second luminescent reaction serves as a means to visualize the activation status of specific signaling systems during distinct stages of tumor and metastasis development. Thus, the objectives of this study are two-fold. First, we will describe the steps necessary to construct dual bioluminescent reporter cell lines, as well as those needed to facilitate their use in visualizing the spatiotemporal regulation of gene expression during specific steps of the metastatic cascade. Using the 4T1 model of breast cancer metastasis, we show that the in vivo activity of a synthetic Smad Binding Element (SBE) promoter was decreased dramatically in pulmonary metastasis as compared to that measured in the primary tumor 4-6. Recently, breast cancer metastasis was shown to be regulated by changes within the primary tumor microenvironment and reactive stroma, including those occurring in fibroblasts and infiltrating immune cells 7-9. Thus, our second objective will be to demonstrate the utility of dual bioluminescent techniques in monitoring the growth and localization of two unique cell populations harbored within a single animal during breast cancer growth and metastasis.

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Herein we describe the methods to construct, visualize, and quantify the bioluminescent reactions of both firefly and renilla luciferase enzymes expressed in metastatic breast cancer cells during their growth and metastasis in vivo.

En vivo doble sustrato bioluminiscentes imagen

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate ...

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers patients only modest benefits, as most patients do not survive more than five years following diagnosis due to glioma relapse 1,2. The discovery of cancer stem cells in human brain tumors holds promise for having an enormous impact on the development of novel therapeutic strategies for glioma 3. Cancer stem cells are defined by their ability both to self-renew and to differentiate, and are thought to be the only cells in a tumor that have the capacity to initiate new tumors 4. Glioma relapse following radiation therapy is thought to arise from resistance of glioma stem cells (GSCs) to therapy 5-10. In vivo, GSCs are shown to reside in a perivascular niche that is important for maintaining their stem cell-like characteristics 11-14. Central to the organization of the GSC niche are vascular endothelial cells 12. Existing evidence suggests that GSCs and their interaction with the vascular endothelial cells are important for tumor development, and identify GSCs and their interaction with endothelial cells as important therapeutic targets for glioma. The presence of GSCs is determined experimentally by their capability to initiate new tumors upon orthotopic transplantation 15. This is typically achieved by injecting a specific number of GBM cells isolated from human tumors into the brains of severely immuno-deficient mice, or of mouse GBM cells into the brains of congenic host mice. Assays for tumor growth are then performed following sufficient time to allow GSCs among the injected GBM cells to give rise to new tumors-typically several weeks or months. Hence, existing assays do not allow examination of the important pathological process of tumor initiation from single GSCs in vivo. Consequently, essential insights into the specific roles of GSCs and their interaction with the vascular endothelial cells in the early stages of tumor initiation are lacking. Such insights are critical for developing novel therapeutic strategies for glioma, and will have great implications for preventing glioma relapse in patients. Here we have adapted the PoRTS cranial window procedure 16and in vivo two-photon microscopy to allow visualization of tumor initiation from injected GBM cells in the brain of a live mouse. Our technique will pave the way for future efforts to elucidate the key signaling mechanisms between GSCs and vascular endothelial cells during glioma initiation.

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

By combining a polished and reinforced thin-skull (PoRTS) cranial window and glioblastoma (GBM) cell injection, we can observe glioma initiation and growth from injected GBM cells in the brain of a live mouse longitudinally.

Imágenes Glioma Iniciación<em&gt; En Vivo</em&gt; A través de un pulido y reforzado fina calavera ventana craneal

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers ...

Utilizing a Cranial Window to Visualize the Middle Cerebral Artery During Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be performed in many locations overlying the rat cerebrum, but is most easily carried out by creating a craniectomy over the readily accessible frontal or parietal bones. Most frequently, we have used this technique in combination with the endothelin-1 middle cerebral artery occlusion model of ischemic stroke to quantify the changes in middle cerebral artery vessel diameter that occur with injection of endothelin-1 into the brain parenchyma adjacent to the proximal MCA4, 5. In order to visualize the proximal portion of the MCA during endothelin -1 induced MCAO, we use a technique to create a cranial window through the temporal bone on the lateral aspect of the rat skull (Figure 1). Cerebral arteries can be visualized either with the dura intact or with the dura incised and retracted. Most commonly, we leave the dura intact during visualization since endothelin-1 induced MCAO involves delivery of the vasoconstricting peptide into the brain parenchyma. This bypasses the need to incise the dura directly over the visualized vessels for drug delivery. This protocol will describe how to create a cranial window to visualize cerebral arteries in a step-wise fashion, as well as how to avoid many of the potential pitfalls pertaining to this method.

This article describes a method for visualizing rat cerebral arteries through a cranial window using temporal craniectomy in order to view proximal portions of the middle cerebral artery (Figure 1). This versatile method can be combined with various techniques of drug delivery to measure cerebral artery reactivity in vivo.

Utilizando una ventana craneal para visualizar la arteria cerebral media Durante la endotelina-1 inducida por oclusión de la arteria cerebral media

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a novel platform that allows for direct long-term visualization of tissue structure changes intracranially. Imaging at a single cell resolution in a real-time fashion provides supplementary dynamic information beyond that provided by standard end-point histological analysis, which looks solely at 'snap-shot' cross sections of tissue.
Establishing this intravital imaging technique in fluorescent chimeric mice, we are able to image four fluorescent channels simultaneously. By incorporating fluorescently labeled cells, such as GFP+ bone marrow, it is possible to track the fate of these cells studying their long-term migration, integration and differentiation within tissue. Further integration of a secondary reporter cell, such as an mCherry glioma tumor line, allows for characterization of cell:cell interactions. Structural changes in the tissue microenvironment can be highlighted through the addition of intra-vital dyes and antibodies, for example CD31 tagged antibodies and Dextran molecules.
Moreover, we describe the combination of our ICW imaging model with a small animal micro-irradiator that provides stereotactic irradiation, creating a platform through which the dynamic tissue changes that occur following the administration of ionizing irradiation can be assessed.
Current limitations of our model include penetrance of the microscope, which is limited to a depth of up to 900 &mu;m from the sub cortical surface, limiting imaging to the dorsal axis of the brain. The presence of the skull bone makes the ICW a more challenging technical procedure, compared to the more established and utilized chamber models currently used to study mammary tissue and fat pads 5-7. In addition, the ICW provides many challenges when optimizing the imaging.

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We describe a novel in vivo imaging technique that couples fluorescent chimeric mice with intracranial windows and high-resolution 2-photon microscopy. This imaging platform aids studies of dynamic changes in brain tissue and microvasculature, at a single-cell level, following pathological insults and is adaptable to assess intracranial drug delivery and distribution.

Una novela de alta resolución<em&gt; En vivo</em&gt; Técnica de escaneo para el Estudio de la respuesta dinámica de estructuras intracraneales al crecimiento del tumor y Terapéutica

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Bone turns over continuously and is highly regenerative following injury. Osteogenic stem/progenitor cells have long been hypothesized to exist, but in vivo demonstration of such cells has only recently been attained. Here, in vivo imaging techniques to investigate the role of endogenous osteogenic stem/progenitor cells (OSPCs) and their progeny in bone repair are provided. Using osteo-lineage cell tracing models and intravital imaging of induced microfractures in calvarial bone, OSPCs can be directly observed during the first few days after injury, in which critical events in the early repair process occur. Injury sites can be sequentially imaged revealing that OSPCs relocate to the injury, increase in number and differentiate into bone forming osteoblasts. These methods offer a means of investigating the role of stem cell-intrinsic and extrinsic molecular regulators for bone regeneration and repair.

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Quantitative measurement of bone progenitor function in fracture healing requires high resolution serial imaging technology. Here, protocols are provided for using intravital microscopy and osteo-lineage tracking to sequentially image and quantify the migration, proliferation and differentiation of endogenous osteogenic stem/progenitor cells in the process of repairing bone fracture.

Secuencial<em&gt; En vivo</em&gt; Imagen de células madre / progenitoras osteogénicas durante la reparación de la fractura

Bone turns over continuously and is highly regenerative following injury. Osteogenic stem/progenitor cells have long been hypothesized to exist, but in ...

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As such, primary or &#39;neuronal-like&#39; cell culture systems are commonly utilized. While&#160;these systems are relatively easy to work with, and are useful model systems in which various functional outcomes (such as cell death) can be readily quantified, the examined outcomes and pathways in cultured immature neurons (such as excitotoxicity-mediated cell death pathways) are not necessarily the same as those observed in mature brain, or in intact tissue. Therefore, there is the need to develop models in which cellular mechanisms in mature neural tissue can be examined. We have developed an in vitro technique that can be used to investigate a variety of molecular pathways in intact nervous tissue. The technique described herein utilizes rat cortical tissue, but this technique can be adapted to use tissue from a variety of species (such as mouse, rabbit, guinea pig, and chicken) or brain regions (for example, hippocampus, striatum, etc.). Additionally, a variety of stimulations/treatments can be used (for example, excitotoxic, administration of inhibitors, etc.). In conclusion, the brain slice model described herein can be used to examine a variety of molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

We have developed a brain slice model which can be used to examine molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.&#160;This technique generates viable mature brain tissue and reduces animal numbers required for experimentation, whilst keeping the neuronal circuitry, cellular interactions, and postsynaptic compartments partly intact.

Excitotóxica Estimulación del cerebro Microslices como<em&gt; In vitro</em&gt; Modelo de Carrera

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. Despite the discovery of key regulators of uterine contractility, this process is still not fully understood. Transgenic mice provide an ideal model in which to study parturition. Previously, the only method to study uterine contractility in the mouse was ex vivo isometric tension recordings, which are suboptimal for several reasons. The uterus must be removed from its physiological environment, a limited time course of investigation is possible, and the mice must be sacrificed. The recent development of radiometric telemetry has allowed for longitudinal, real-time measurements of in vivo intrauterine pressure in mice. Here, the implantation of an intrauterine telemeter to measure pressure changes in the mouse uterus from mid-pregnancy until delivery is described. By comparing differences in pressures between wild type and transgenic mice, the physiological impact of a gene of interest can be elucidated. This technique should expedite the development of therapeutics used to treat myometrial disorders during pregnancy, including preterm labor.

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

This manuscript provides a protocol for implanting telemeters in the mouse for the purpose of measuring intrauterine pressures during pregnancy.

Telemetría intrauterina para medir la presión del ratón contráctil<em&gt; En Vivo</em

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. ...

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

Following injury to the CNS, astrocytes undergo a broad range of biochemical, morphological, and molecular changes collectively referred to as reactive astrogliosis. Reactive astrocytes exert both inflammatory and protective effects that inhibit and promote, respectively, neural repair. The mechanisms underlying the diverse functional properties of reactive astrogliosis are not well understood. Achieving a greater understanding of these mechanisms is critical to developing therapeutic strategies to treat the injured CNS. Here we demonstrate a method to trigger reactive astrogliosis in the adult mouse forebrain using a forebrain stab lesion. This lesion model is simple, reliable, and requires only a stereotaxic device and a scalpel blade to produce the injury. The use of stab lesions as an injury model in the forebrain is well established and amenable to studies addressing a broad range of neuropathological outcomes, such as neuronal degeneration, neuroinflammation, and disruptions in the blood brain barrier (BBB). Thus, the forebrain stab injury model serves as a powerful tool that can be applied for a broad range of studies on the CNS response to trauma.

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

This article describes a detailed protocol to produce a forebrain stab injury in adult mice. The stab injury induces severe reactive gliosis and glial scar formation which can be subsequently examined by standard immunohistochemistry methods.

Disparo reactiva Gliosis<em&gt; En Vivo</em&gt; Por un Prosencéfalo Lesiones Puñalada

Following injury to the CNS, astrocytes undergo a broad range of biochemical, morphological, and molecular changes collectively referred to as reactive ...

Depletion of Mouse Cells from Human Tumor Xenografts Significantly Improves Downstream Analysis of Target Cells

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic patient tumors in different assays1. Human tumor xenografts represent the gold standard with respect to tumor biology, drug discovery, and metastasis research 2-4. Tumor xenografts can be derived from different types of material like tumor cell lines, tumor tissue from primary patient tumors4 or serially transplanted tumors. When propagated in vivo, xenografted tissue is infiltrated and vascularized by cells of mouse origin. Multiple factors such as the tumor entity, the origin of xenografted material, growth rate and region of transplantation influence the composition and the amount of mouse cells present in tumor xenografts. However, even when these factors are kept constant, the degree of mouse cell contamination is highly variable.
Contaminating mouse cells significantly impair downstream analyses of human tumor xenografts. As mouse fibroblasts show high plating efficacies and proliferation rates, they tend to overgrow cultures of human tumor cells, especially slowly proliferating subpopulations. Mouse cell derived DNA, mRNA, and protein components can bias downstream gene expression analysis, next-generation sequencing, as well as proteome analysis 5. To overcome these limitations, we have developed a fast and easy method to isolate untouched human tumor cells from xenografted tumor tissue. This procedure is based on the comprehensive depletion of cells of mouse origin by combining automated tissue dissociation with the benchtop tissue dissociator and magnetic cell sorting. Here, we demonstrate that human target cells can be can be obtained with purities higher than 96% within less than 20 min independent of the tumor type.

Human tumor xenografts are vascularized and infiltrated by cells of mouse origin during the growth phase in vivo. To circumvent the bias caused by these contaminating cells during downstream analysis, we developed a method allowing for comprehensive depletion of all mouse cells by magnetic cell sorting.

El agotamiento de las células de ratón a partir de xenoinjertos de tumores humanos mejora significativamente análisis de aguas abajo de las células diana

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic ...