Les auteurs tiennent à remercier le Dr Robert Bloch pour sa généreuse donation du laboratoire de l&#39;espace et les installations et le Dr Rao Gullapalli et Da Shi dans le noyau pour l&#39;imagerie translationnelle au Maryland (C-TRIM) et le Centre de recherche en résonance magnétique (MRRC) pour le soutien technique. Ce travail a été soutenu par des subventions pour RML des National Institutes of Health (K01AR053235 et 1R01AR059179) et de la Muscular Dystrophy Association (# 4278), et par une subvention au JAR de la Fondation Jain.

1. Dans le modèle in vivo et des blessures de mesure de couple isométrique. <ol><li> Ces procédures peuvent être utilisées pour les rats ou les souris 7,17,18. Pour commencer, placez le dos des animaux sous anesthésie par inhalation (~ 4-5% d&#39;isoflurane pour l&#39;induction dans une chambre d&#39;induction, alors ~ 2% d&#39;isoflurane via un coiffe pour la maintenance) à l&#39;aide d&#39;un vaporisateur de précision (cat # 91103, Vet Equip, Inc, Pleasanton , CA). Appliquez la crème ophtalmique stérile (pommade Vet Paralube, PharmaDerm, Floham Park, NJ) pour chaque œil afin de protéger les cornées de sécher. Durant la procédure, l&#39;animal est gardé au chaud par l&#39;utilisation d&#39;une lampe chauffante placée à l&#39;extérieur de la cage et conservés au moins 6 pouces de l&#39;animal à tout moment. </li><li> Préparation de la peau en éliminant les cheveux et en nettoyant avec une alternance des gommages bétadine et 70% d&#39;alcool pour empêcher les bactéries de peau d&#39;ensemencement dans les tissus mous ou les os. Confirmer l&#39;anesthésie adéquate par le manque d&#39;un réflexe tendineux (pas de retrait du pied en réponse à pincer le pied). Une aiguille est placé manuellement à travers le tibia proximal afin de stabiliser la jambe sur le banc (25G ou 27G pour les souris). L&#39;aiguille ne doit pas entrer dans la loge antérieure de la jambe. </li><li> Verrouiller l&#39;aiguille dans une position fixe, tels que l&#39;animal est en position couchée et les orteils sont confrontés à la verticale. Un dispositif sur mesure est utilisé pour sécuriser l&#39;aiguille et ainsi stabiliser la jambe. </li><li> Placez le pied de la jambe sur un repose-pieds personnalisée-usinées (figure 1). L&#39;axe de la platine est connectée à un moteur pas à pas (modèle T8904, NMB Technologies, Chatsworth, CA) et un capteur de couple (modèle QWFK-8M, Sensotec, Columbus, OH). Le pied doit d&#39;abord être alignés de manière qu&#39;il est orthogonale au tibia, comme dans la Figure 1. </li><li> Utiliser des électrodes transcutanées (723742, Harvard Apparatus, Cambridge, MA) ou d&#39;électrodes sous-cutanées (J05 Aiguilles électrode aiguille, 36BTP, alimentation de l&#39;électrode Jari, Gilroy, CA) pour stimuler le nerf fibulaire près du col du péroné, où le nerf se trouve dans un la position superficielle. Confirmer visuellement la dorsiflexion isolés en effectuant une série de tics (0,1 ms d&#39;impulsion pour la souris et 1 impulsion ms pour le rat) avant que le pied est garanti. Une fois que le pied est fixé à la platine avec du ruban adhésif, une augmentation de l&#39;amplitude contraction en réponse à une augmentation de la tension confirme que les muscles opposés (plantaires) ne sont pas simultanément stimulés. </li><li> Avant de blessures et à des moments choisis après une blessure, la force maximale capacité de production de l&#39;dorsifléchisseurs est enregistré comme le «couple isométrique&quot; (couple sans un changement dans la longueur du muscle). Mesures de couple sont réalisées sur la plate-forme même qui est utilisé pour induire des blessures. Avant l&#39;enregistrement maximale de couple isométrique, l&#39;amplitude d&#39;impulsion est ajusté afin d&#39;optimiser la tension et la contraction de la position optimale de la cheville est déterminée en donnant tics à différentes longueurs de l&#39;dorsifléchisseurs. Après l&#39;obtention d&#39;une courbe de couple-angle pour déterminer la durée optimale de l&#39;dorsifléchisseurs (longueur de repos, alias Lo), une parcelle de fréquence de couple est obtenue en augmentant progressivement la fréquence des impulsions pendant un train d&#39;impulsions de 200 ms. Une contraction tétanique maximale est obtenue en général fondus à 90-100 Hz. Trois secousses séparées et des contractions tétaniques sont enregistrées et sauvegardées pour une analyse ultérieure. </li><li> Utiliser un logiciel commercial d&#39;(Labview version 8.5 de National Instruments, Austin, TX) pour synchroniser l&#39;activation contractile, l&#39;apparition de la rotation de la cheville, et un couple de collecte de données. La stimulation des muscles fléchisseur survient alors que le moteur commandé par ordinateur déplace simultanément la platine en flexion plantaire, conduisant ainsi à une contraction allongement (appelé aussi «excentrique» de contraction, ce qui provoque des lésions du muscle). Le protocole spécifique dépend de l&#39;ampleur souhaitée de blessure souhaités par l&#39;enquêteur. L&#39;ampleur des blessures ou des dommages aux tissus, peut être régulée par la manipulation de variables telles que la vitesse angulaire, le moment de l&#39;activation musculaire, l&#39;amplitude du mouvement, et le nombre de contractions allongement. </li><li> Pour induire des blessures, superposer une contraction allongement sur une contraction maximale isométrique, variant l&#39;amplitude du mouvement, la vitesse d&#39;allongement, et le calendrier de la stimulation nécessaire. Par exemple, une contraction isométrique maximale est obtenue dans le dorsifléchisseurs et après 200 ms, ils sont allongés à une vitesse choisie pour le mouvement normal approximative (900 ° / sec). Nous avons précédemment montré que l&#39;activation avant que le mouvement et le degré d&#39;allongement sont des facteurs importants dans l&#39;obtention d&#39;une blessure 14. La majorité du couple produit par le dorsifléchisseurs est de la TA 11 et nous avons montré précédemment que ce modèle se traduit par des blessures de ce muscle 5,13-15. Le TA reste stimulée à travers l&#39;allongement. </li><li> Après une blessure, l&#39;animal est retiré de l&#39;appareil. La broche tibiale estenlevé, la jambe est nettoyée à nouveau, et l&#39;animal est retourné à la cage (placé sur un bloc de chauffage à température contrôlée à 37 ° C) et surveillés jusqu&#39;à la guérison. Cela inclut d&#39;attendre que l&#39;animal est éveillé et mobile. Les animaux souffrent pas de douleur observable lors de la procédure et il n&#39;ya aucun changement visible dans la démarche (boiterie par exemple) après une blessure provoquée par des contractions allongement. Toutefois, des autorités anti-douleur le traitement est administré par la suite (buprénorphine 0,05 à 0,1 mg / kg toutes les 12 heures pendant 48 h après la chirurgie). </li></ol> 2. Dans la mesure in situ de la tension musculaire tout entier. <ol><li> L&#39;animal est préparé et le tibia est stabilisé tel que décrit ci-dessus dans la section 1.1 à 1.3. Tous les instruments est allumé au moins 30 min avant le test pour le calibrage correct et pour minimiser la dérive thermique du capteur de force. </li><li> Inciser la peau la partie antérieure de la cheville et de rompre le tendon du muscle jambier antérieur (TA). Soigneusement cravate de soie 4,0 Ethicon non résorbable au tendon et attacher le fil de suture vicryl à la cellule de charge fournis via le crochet en S (poids = 0,1 g), le modèle FT03, Instruments Grass, Providence, RI). Alternativement, une pince sur mesure (poids = 0,5 g) peut être utilisé pour attacher le tendon à la suture Vicryl (figure 2). </li><li> Le capteur est monté sur un micromanipulateur (Manipulateur Kite, World Precision Instruments Inc, Sarasota, Floride) afin que le TA pourrait être ajusté à la longueur au repos et alignés correctement (une ligne droite de la traction entre l&#39;origine et insertion). Le TA est protégée contre le refroidissement par une lampe de chaleur et de déshydratation par l&#39;huile minérale. Les signaux de la cellule de charge (calibré avant chaque test) sont alimentés par un amplificateur DC (modèle P122, Instruments Grass, Providence, RI) pour un A / D du conseil d&#39;être collectées et stockées par le logiciel d&#39;acquisition (Polyview version 2.1, Instruments Herbe , Providence, RI). </li><li> Fixez le TA à la cellule de charge et d&#39;appliquer tics simples (impulsion rectangulaire de 1 ms) à des longueurs musculaires différents afin de déterminer L 0. La longueur du muscle au repos, mesurée à l&#39;aide des étriers, est définie comme la distance entre la tubérosité tibiale et de la jonction myotendineuse. Lors de cette longueur, augmenter progressivement l&#39;amplitude d&#39;impulsion puis la fréquence des impulsions d&#39;établir une relation force-fréquence. Une contraction maximale est obtenue fusionné tétaniques à environ 90-100Hz (300 ms durée du train composé de 0,1 ms ou 1 ms impulsions). Utiliser 150% de l&#39;intensité de la stimulation maximale pour activer la TA afin d&#39;induire l&#39;activation maximale contractiles (P 0). Maximale des contractions tétaniques peuvent être effectuées à plusieurs reprises et exprimé en pourcentage de P 0, fournissant un indice de fatigue, à tout moment souhaité. </li></ol> 3. In vivo par IRM et / ou spectroscopie des muscles squelettiques des rongeurs. Toutes les IRM et SRM est effectuée sur un Bruker Biospin (Boston, MA) 7,0 Tesla système équipé d&#39;un insert de 12 cm de gradient (660 mT / m au maximum du gradient, 4570 T / m / s vitesse de balayage maximale) fonctionnant Paravision 5.0 du logiciel. <ol><li> L&#39;animal est anesthésié avec vaporisé isoflurane comme décrit ci-dessus en 1.1. Un système compatible avec la RM de petits animaux de surveillance et de déclenchement (SA Instruments, Inc) est utilisé pour surveiller le taux de respiration et la température corporelle. La température du corps de la souris est maintenue à 36-37 ° C en utilisant un circulateur d&#39;eau chaude. Un titulaire de sur-mesure est utilisée pour placer la souris dans la position couchée avec les deux jambes parallèles à l&#39;alésage de l&#39;aimant du genou à pied. Une bobine de quatre canaux de surface de réception seule est placé dans une 1H 72 mm linéaires résonateur. La bobine résonateur est réglé et adapté à l&#39;échantillon. </li><li> IRM: Après localisateurs, les scans suivants MR sont effectuées: T1 acquisition rapide avec l&#39;amélioration de relaxation (RARE) avec les paramètres suivants: TE = 9,52 ms, TR = 1800, la longueur du train d&#39;écho = 4, dans le plan résolution 100x100 um , et l&#39;épaisseur de coupe = 750 um. Double-écho PD/T2 RARE: TE = 19.0/57.1 ms, TR = 5000 ms, la longueur du train d&#39;écho = 4, dans le plan résolution 100x100 um, et l&#39;épaisseur de coupe = 750 um. Écho de spin (SE) du tenseur de diffusion des données d&#39;image en utilisant 12 non colinéaires directions: valeur b = 350 s / mm -2, TE = 26 ms, TR = 4500 ms, dans le plan résolution 150x150 um, et l&#39;épaisseur de coupe = 750 um . Multi-coupes multi-echo (MPME) T2 données de cartographie paramétrique en utilisant 16 TE = 11,4 ms à 182,5 ms avec ΔTE = épaisseur 11,4 ms, TR = 10000 ms, dans le plan résolution 150x150 um, et la tranche = 750 um. </li><li> Traitement d&#39;image: la reconstruction du tenseur de diffusion et tractographie est réalisée en utilisant TrackVis (Martinos Centre d&#39;Imagerie Biomédicale, Massachusetts General Hospital, Boston, MA) pour créer la diffusivité moyenne (DM), fraction d&#39;anisotropie (FA) d&#39;images ainsi que des cartes tractographie. Cartographie T2 est réalisée en utilisant un logiciel personnalisé écrit dans MAT<html> LAB (The Mathworks, Natick, MA) à l&#39;aide non-linéaire des moindres carrés pour ajuster les données mesurées à chaque pixel de l&#39;équation du signal T2 canonique. Régions de mesures d&#39;intérêt sont effectuées pour évaluer les valeurs des paramètres au sein de l&#39;AT. </li><li> 1H spectroscopie: calage automatique est effectué sur un 1 x 1 x 4 mm 3 voxel dans l&#39;AT. Un point de spectroscopie résolue (PRESSE) séquence d&#39;impulsions (TR / TE = 2000/18 ms) est utilisé pour acquérir des spectres de la même voxel 1024 moyennes. L&#39;acquisition des données est de 34 minutes sur chaque jambe. Les données spectrales sont traitées en utilisant le package LCModel 16. 31P spectroscopie: Une bobine double écoute de surface (1H, 31P) est utilisé pour effectuer non localisées (à l&#39;aide d&#39;une expérience unique d&#39;impulsions) ou la spectroscopie localisée en utilisant l&#39;image sélectionnée spectroscopie in vivo (ISIS) séquence d&#39;impulsions. </li></ol> 4. La récolte et le stockage des muscles. AT sont récoltés après la fin des expériences, pesé, snap congelés dans l&#39;azote liquide, puis stockés à -80 ° C. Ceci peut être effectué à tout moment après les expériences in vivo. Les muscles sont récoltées immédiatement après la expérimentations in situ, comme il s&#39;agit d&#39;une procédure terminale. Pour le détail des études morphologiques, l&#39;animal est fixé avec du paraformaldéhyde 4% par perfusion à travers le ventricule gauche. 5. Les résultats représentatifs. La figure 3 montre des données représentatives d&#39;un rat dans l&#39;appareil en vivo L&#39;appareil in vivo est utilisée pour obtenir un couple maximal généré par les muscles fléchisseur;. Il est aussi utilisé pour induire des blessures à ces mêmes muscles. En raison de la relation longueur-tension des muscles, le couple maximal isométrique se produit généralement lorsque la cheville est positionnée à environ 20 ° de flexion plantaire (avec le pied placé orthogonale au tibia considérée comme 0 °). Après maximale de couple isométrique est obtenue, le pied peut alors être placé dans n&#39;importe quelle position pour commencer le protocole blessure. La figure 3 représente un protocole blessures de 30 répétitions avec un arc de mouvement de 0 ° - 70 °. Notez la baisse constante de couple généré par la phase isométrique (flèche pleine) et la phase de prolongation (flèche ouverte) lors de la contraction induite par le protocole blessure. Le couple est enregistrée dans les unités de NMM, mais la valeur absolue dépend de la taille de l&#39;animal et son état (par exemple, le muscle blessé, muscle fatigué, ou musculaires manquait une certaine protéine due à la recombinaison homologue). La figure 4 montre des données représentatives d&#39;un rat dans l&#39;appareil en place. Notre situ dans des appareils ne comportent pas des contractions allongement, mais plutôt nous permet d&#39;isoler, d&#39;aligner correctement, et de mesurer la tension maximale produite par un muscle individuel à une longueur connue. La figure 4 montre la perte progressive de la force qui survient lors d&#39;un essai de fatigue dans un muscle tibial antérieur d&#39;un rat. Dans cet exemple particulier, les contractions titanesques ont été effectuées une fois par seconde pendant 5 minutes. La tension (force) est généralement enregistrée en newtons (ou grammes), mais comme un couple, la valeur absolue dépend de la taille et l&#39;état de l&#39;animal. Parce que le poids du muscle est obtenue immédiatement après cette procédure, la force ne peut être normalisée (appelée &quot;force spécifique») pour l&#39;aire transversale de muscle. La figure 5 montre les données représentatives de l&#39;imagerie in vivo de souris, telles que la cartographie paramétrique pondérées en T1 et T2 (A), tractographie 3D à partir de Diffusion Tensor Imaging (B), 1 H spectroscopie (C), et 31 spectroscopie P. Des détails sont fournis dans la légende de la figure. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1: dans l&#39;appareil vivo .* Pour produire la blessure, le tibia est stabilisé et le pied attaché à une plaque de moteur. Le dorsifléchisseurs cheville sont stimulés par l&#39;intermédiaire du nerf fibulaire tandis que le platine forces du pied en flexion plantaire (flèche en pointillés). * Lovering &amp; De Deyne, biomécanique J 2005, utilisé avec permission. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig2.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2: Dans le dispositif in situ Le capteur est monté sur un micromanipulateur pour que le TA pourrait être ajusté à la longueur au repos et alignés correctement dans le X, Y et Z. Le tendon distal du TA est attaché à la cellule de charge et de tics simples sont induits à des longueurs musculaires différents afin de déterminer L 0. Une contraction tétanique maximale est obtenue pour déterminer l&#39;activation maximale contractiles (P 0). Maximale de tension tétanique peuvent être effectuées à plusieurs reprises et exprimé en pourcentage de P 0, fournissant un indice de fatigue à un moment souhaité. 782/2782fig3.jpg &quot;alt =&quot; Figure 3 &quot;/&gt; Figure 3: les données de couple à partir des enregistrements appareil vivo traces Représentant du couple de l&#39;allongement des contractions chez le rat. Dans cet exemple particulier, les muscles ont été stimulées pendant 200 millisecondes pour induire une contraction isométrique maximale (flèche pleine) avant allongement (flèche ouverte) par la platine sur un arc de 70 ° de mouvement à une vitesse angulaire de 900 ° / s. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig4.jpg" alt="Figure 4" /> Figure 4: les données de tension à partir de données in situ représentant un appareil montrant la baisse de la tension maximale isométrique tétaniques pendant la stimulation répétée du muscle tibial antérieur (TA) chez un rat. Dans cet exemple, le TA a été isolé, ajustée à la longueur optimale (L 0), puis stimulées par une contraction de 200 ms tétaniques une fois par seconde pendant 5 minutes. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig5.jpg" alt="Figure 5" /> Figure 5: l&#39;imagerie in vivo A: Les images montrent transversale (axiale) des sections de la cartographie paramétrique pondérées en T1 et T2 du muscle tibial antérieur (TA). La boîte rouge pointillée entoure le TA de montrer augmenté augmenté T2 dans la blessés (côté gauche) versus indemne (côté droit) B:.. Représentant tractographie 3D à partir de Diffusion Tensor Imaging (DTI) C: Le spectre 1 H d&#39;un TA de souris montre plusieurs résonances lipidique détectable; différenciation entre intramyocellulaires (IMCL) et extramyocellular lipides (CELV) pics est obtenue en utilisant cette méthode D: Le P 31 MR spectre de la TA chez le rat montre phosphocréatine (PCr), le phosphate inorganique (Pi), et les trois. résonances (α, β, γ) de l&#39;adénosine 5&#39;-triphosphate (ATP).

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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+imaging+in+biomechanical+studies+of+skeletal+muscle+function.">Diffusion tensor imaging in biomechanical studies of skeletal muscle function.</a> J. Anat. 194, 79-79 (1999).</li><li>Vogl, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+value+of+in-vivo+31-phosphorus+spectroscopy+in+the+diagnosis+of+generalized+muscular+diseases.+The+clinical+results+and+the+differential+diagnostic+aspects.">The value of in-vivo 31-phosphorus spectroscopy in the diagnosis of generalized muscular diseases. The clinical results and the differential diagnostic aspects.</a> Rofo. 162, 455-455 (1995).</li></ol>

«Une atteinte musculaire» a été défini et mesuré de plusieurs façons. Les dégâts structurels est évidente dans les résultats histologiques 6,9, mais un problème avec la plupart des marqueurs biologiques utilisés pour évaluer les blessures musculaires, y compris ceux utilisés dans les études animales, c&#39;est qu&#39;ils ne sont généralement pas en corrélation avec la perte de la force. Une atteinte musculaire est souvent définie dans le contexte de l&#39;analyse utilisée pour l&#39;exami...

(Tout le matériel est le même pour les souris et les rats à l&#39;exception du platine) <ul><li> BUD Value Line Cabinet (Newark, 06M4718) </li><li> Multifonctions I / O USB-6221M (National Instruments, 779808-01) </li><li> Contrôleur de moteur (Newark, 16M4189) </li><li> Moteur pas à pas (Newark, 16M4198) </li><li> Strain Gauge Amplifier (Honeywell, Sensotec, DV-05) </li><li> Capteur de couple (Honeywell, QWLC-8M) </li><li> Plaque de pied et de dispositif de stabilisation (sur mesure, en attente de brevet) </li></ul>

an in vivo rodent model of contraction-induced injury and non-invasive monitoring of recovery

Souches musculaires sont l&#39;une des plaintes les plus fréquemment traitées par les médecins. Une blessure musculaire est généralement diagnostiquée par les antécédents du patient et l&#39;examen physique seul, cependant la présentation clinique peut varier considérablement en fonction de l&#39;étendue de la blessure, tolérance à la douleur du patient, etc Chez les patients avec une lésion musculaire ou une maladie musculaire, l&#39;évaluation des dommages musculaires est généralement limités à des signes cliniques, comme la tendresse, la force, l&#39;amplitude du mouvement, et plus récemment, des études d&#39;imagerie. Les marqueurs biologiques, tels que les taux sériques de créatine kinase, sont généralement élevée avec une lésion musculaire, mais leurs niveaux ne sont pas toujours en corrélation avec la perte de production de force. Cela est vrai même des résultats histologiques à partir d&#39;animaux, qui fournissent une «mesure directe&quot; de dégâts, mais ne tiennent pas compte de tous la perte de fonction. Certains ont soutenu que la mesure la plus complète de la santé globale du muscle de la force contractile. Parce blessure musculaire est un événement aléatoire qui se produit sous une variété de conditions biomécaniques, il est difficile à étudier. Ici, nous décrivons un modèle animal in vivo pour mesurer le couple et de produire une blessure musculaire fiable. Nous décrivons également notre modèle pour la mesure de la force d&#39;un muscle isolé in situ. Par ailleurs, nous décrivons notre procédure de petit animal par IRM.

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

Une<em&gt; In vivo</emModèle animal&gt; de blessure est décrite. La méthode tire parti de la position sous-cutanée du nerf fibulaire. Velocity, le calendrier de l&#39;activation des muscles, et l&#39;arc de mouvement sont tous pré-déterminée et synchronisée à l&#39;aide de logiciels commerciaux. Changements après la lésion sont surveillés<em&gt; In vivo</em&gt; En utilisant l&#39;IRM / spectroscopie.

Une In vivo</emModèle de rongeur> de contraction induite par des blessures et de surveillance non invasive de récupération

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

an-vivo-rodent-model-contraction-induced-injury-non-invasive

Research

JoVE Journal

Medicine

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

13.7K vues.  University of Maryland School of Medicine. Une In vivo de blessure est décrite. La méthode tire parti de la position sous-cutanée du nerf fibulaire. Velocity, le calendrier de l'activation des muscles, et l'arc de mouvement sont tous pré-déterminée et synchronisée à l'aide de logiciels commerciaux. Changements après la lésion sont surveillés In vivo En utilisant l'IRM / spectroscopie.

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

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Non-invasive de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Recherche

Médecine

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of cardiovascular disease. Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. Percent capillary recruitment is assessed by dividing the increase in capillary density induced by postocclusive reactive hyperemia (postocclusive reactive hyperemia capillary density minus baseline capillary density), by the maximal capillary density (observed during passive venous occlusion). Percent perfused capillaries represents the proportion of all capillaries present that are perfused (functionally active), and is calculated by dividing postocclusive reactive hyperemia capillary density by the maximal capillary density. Both percent capillary recruitment and percent perfused capillaries reflect the number of functional capillaries. The forearm blood flow (FBF) technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function: The ratio FBFmax/FBFbase is computed as an estimate of vasodilation, by dividing the mean of the four FBFmax values by the mean of the four FBFbase values. Forearm vascular resistance at maximal vasodilation (FVRmax) is calculated as the mean arterial pressure (MAP) divided by FBFmax. Both the capillaroscopy and forearm techniques are readily acceptable to patients and can be learned quickly.
The microvascular and endothelial function measures obtained using the methodologies described in this paper may have future utility in clinical patient cardiovascular risk-reduction strategies. As we have published reports demonstrating that microvascular and endothelial dysfunction are found in initial stages of hypertension including prehypertension, microvascular and endothelial function measures may eventually aid in early identification, risk-stratification and prevention of end-stage vascular pathology, with its potentially fatal consequences.

Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. The forearm blood flow technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function.

Non-invasive d&#39;évaluation de la fonction endothéliale microvasculaire et

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Transplantation into the Anterior Chamber of the Eye for Longitudinal, Non-invasive In vivo Imaging with Single-cell Resolution in Real-time

Intravital imaging has emerged as an indispensable tool in biological research. In the process, many imaging techniques have been developed to study different biological processes in animals non-invasively. However, a major technical limitation in existing intravital imaging modalities is the inability to combine non-invasive, longitudinal imaging with single-cell resolution capabilities. We show here how transplantation into the anterior chamber of the eye circumvents such significant limitation offering a versatile experimental platform that enables non-invasive, longitudinal imaging with cellular resolution in vivo. We demonstrate the transplantation procedure in the mouse and provide representative results using a model with clinical relevance, namely pancreatic islet transplantation. In addition to enabling direct visualization in a variety of tissues transplanted into the anterior chamber of the eye, this approach provides a platform to screen drugs by performing long-term follow up and monitoring in target tissues. Because of its versatility, tissue/cell transplantation into the anterior chamber of the eye not only benefits transplantation therapies, it extends to other in vivo applications to study physiological and pathophysiological processes such as signal transduction and cancer or autoimmune disease development.

Transplantation into the Anterior Chamber of the Eye for Longitudinal, Non-invasive In vivo Imaging with Single-cell Resolution in Real-time

A new approach combining intraocular transplantation and confocal microscopy enables longitudinal, non-invasive real-time imaging with single-cell resolution within grafted tissues in vivo. We demonstrate how to transplant pancreatic islets into the anterior chamber of the mouse eye.

Transplantation dans la chambre antérieure de l&#39;oeil pour longitudinale, non-invasive<em&gt; In vivo</em&gt; Imagerie avec une seule cellule de résolution en temps réel

Intravital imaging has emerged as an indispensable tool in biological research.  In the process, many imaging techniques have been developed to study ...

An Alkali-burn Injury Model of Corneal Neovascularization in the Mouse

Under normal conditions, the cornea is avascular, and this transparency is essential for maintaining good visual acuity. Neovascularization (NV) of the cornea, which can be caused by trauma, keratoplasty or infectious disease, breaks down the so called &lsquo;angiogenic privilege' of the cornea and forms the basis of multiple visual pathologies that may even lead to blindness. Although there are several treatment options available, the fundamental medical need presented by corneal neovascular pathologies remains unmet. In order to develop safe, effective, and targeted therapies, a reliable model of corneal NV and pharmacological intervention is required. Here, we describe an alkali-burn injury corneal neovascularization model in the mouse. This protocol provides a method for the application of a controlled alkali-burn injury to the cornea, administration of a pharmacological compound of interest, and visualization of the result. This method could prove instrumental for studying the mechanisms and opportunities for intervention in corneal NV and other neovascular disorders.

Neovascularization (NV) of the cornea can complicate multiple visual pathologies. Utilizing a controlled, alkali-burn injury model, a quantifiable level of corneal NV can be produced for mechanistic study of corneal NV and evaluation of potential therapies for neovascular disorders.

Un Alkali-brûlures modèle de néovascularisation cornéenne chez la souris

Under normal conditions, the cornea is avascular, and this transparency is essential for maintaining good visual acuity. Neovascularization (NV) of the ...

Murine Model for Non-invasive Imaging to Detect and Monitor Ovarian Cancer Recurrence

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of care consisting of surgical debulking and combination chemotherapy consisting of platinum and taxane compounds, almost 90% of patients recur within a few years. In these patients the development of chemoresistant disease limits the efficacy of currently available chemotherapy agents and therefore contributes to the high mortality. To discover novel therapy options that can target recurrent disease, appropriate animal models that closely mimic the clinical profile of patients with recurrent ovarian cancer are required. The challenge in monitoring intra-peritoneal (i.p.) disease limits the use of i.p. models and thus most xenografts are established subcutaneously. We have developed a sensitive optical imaging platform that allows the detection and anatomical location of i.p. tumor mass. The platform includes the use of optical reporters that extend from the visible light range to near infrared, which in combination with 2-dimensional X-ray co-registration can provide anatomical location of molecular signals. Detection is significantly improved by the use of a rotation system that drives the animal to multiple angular positions for 360 degree imaging, allowing the identification of tumors that are not visible in single orientation. This platform provides a unique model to non-invasively monitor tumor growth and evaluate the efficacy of new therapies for the prevention or treatment of recurrent ovarian cancer.

We describe a non-invasive animal imaging platform that allows the detection, quantification, and monitoring of ovarian cancer growth and recurrence. This intra-peritoneal xenograft model mimics the clinical profile of patients with ovarian cancer.

Modèle murin pour l&#39;imagerie non invasive pour détecter et surveiller l&#39;ovaire récurrence du cancer

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of ...

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

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

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

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

L&#39;utilisation de l&#39;IRM de terrain ultra-haute dans les modèles petit rongeur de la maladie polykystique des reins pour<em&gt; In Vivo</em&gt; Phénotypage and Drug Monitoring

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

Non-invasive Assessments of Subjective and Objective Recovery Characteristics Following an Exhaustive Jump Protocol

Fast recovery after strenuous exercise is important in sports and is often studied via cryotherapy applications. Cryotherapy has a significant vasoconstrictive effect, which seems to be the leading factor in its effectiveness. The resulting enhanced recovery can be measured by using both objective and subjective parameters. Two commonly measured subjective characteristics of recovery are delayed-onset muscle soreness (DOMS) and ratings of perceived exertion (RPE). Two important objective recovery characteristics are countermovement jump (CMJ) performance and peak power output (PPO). Here, we provide a detailed protocol to induce muscular exhaustion of the frontal thighs with a self-paced, 3 x 30 countermovement jump protocol (30-s rest between each set). This randomized controlled trial protocol explains how to perform local cryotherapy cuff application (+ 8 &#176;C for 20 min) and thermoneutral cuff application (+ 32 &#176;C for 20 min) on both thighs as two possible post-exercise recovery modalities. Finally, we provide a non-invasive protocol to measure the effects of these two recovery modalities on subjective (i.e., DOMS of both frontal thighs and RPE) and objective recovery (i.e., CMJ and PPO) characteristics 24, 48, and 72 h post-application. The advantage of this method is that it provides a tool for researchers or coaches to induce muscular exhaustion, without using any expensive devices; to implement local cooling strategies; and to measure both subjective and objective recovery, without using invasive methods. Limitations of this protocol are that the 30 s rest period between sets is very short, and the cardiovascular demand is very high. Future studies may find the assessment of maximum voluntary contractions to be a more sensitive assessment of muscular exhaustion compared to CMJs.

This protocol describes the procedure for non-invasive recovery assessments during a 72 h recovery period. This protocol induces muscular exhaustion of the frontal thighs using countermovement jumps and uses either local cold-cuff or thermoneutral-cuff application as a recovery modality.

Évaluations non invasives des caractéristiques subjectives et objectives de récupération suite à un protocole de saut exhaustif

Fast recovery after strenuous exercise is important in sports and is often studied via cryotherapy applications. Cryotherapy has a significant ...

Non-invasive Assessment of Dorsiflexor Muscle Function in Mice

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively affect skeletal muscle. This can result in a loss of muscle mass (atrophy) and/or loss of muscle quality (reduced force per unit of muscle mass), both of which are prevalent in chronic disease, muscle-specific disease, immobilization, and aging (sarcopenia). Skeletal muscle function in animals can be evaluated by a range of different tests. All tests have limitations related to the physiological testing environment, and the selection of a specific test often depends on the nature of the experiments. Here, we describe an in vivo, non-invasive technique involving a helpful and easy assessment of force frequency-curve (FFC) in mice that can be performed on the same animal over time. This permits monitoring of disease progression and/or efficacy&#160;of a potential therapeutic treatment.

Measurement of rodent skeletal muscle contractile function is a useful tool that can be used to track disease progression as well as efficacy of therapeutic intervention. We describe here the non-invasive, in vivo assessment of the dorsiflexor muscles that can be repeated over time in the same mouse.

Évaluation non invasif de la fonction musculaire de dorsifléchisseurs chez la souris

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively ...

An Intact Pericardium Ischemic Rodent Model

This protocol has shown that the pericardium and its contents play an essential anti-fibrotic role in the ischemic rodent model (coronary ligation to induce myocardial injury). The majority of pre-clinical myocardial infarction models require the disruption of pericardial integrity with loss of the homeostatic cellular milieu. However, recently a methodology has been developed by us to induce myocardial infarction, which minimizes pericardial damage and retains the heart&#39;s resident immune cell population. An improved cardiac functional recovery in mice with an intact pericardial space following coronary ligation has been observed. This method provides an opportunity to study inflammatory responses in the pericardial space following myocardial infarction. Further development of the labeling techniques can be combined with this model to understand the fate and function of pericardial immune cells in regulating the inflammatory mechanisms that drive remodeling in the heart, including fibrosis.

This protocol outlines the steps for inducing myocardial infarction in mice while preserving the pericardium and its contents.

Un modèle intact de rongeur ischémique péricardique

This protocol has shown that the pericardium and its contents play an essential anti-fibrotic role in the ischemic rodent model (coronary ligation to ...

Improved Rodent Model of Myocardial Ischemia and Reperfusion Injury

Myocardial ischemia and reperfusion injury (MIRI), induced by coronary heart disease (CHD), causes damage to the cardiomyocytes. Furthermore, evidence suggests that thrombolytic therapy or primary percutaneous coronary intervention (PPCI) does not prevent reperfusion injury. There is still no ideal animal model for MIRI. This study aims to improve the MIRI model in rats to make surgery easier and more feasible. A unique method for establishing MIRI is developed by using a soft tube during a key step of the ischemic period. To explore this method, thirty rats were randomly divided into three groups: sham group (n = 10); experimental model group (n = 10); and existing model group (n = 10). Findings of triphenyltetrazolium chloride staining, electrocardiography, and percent survival are compared to determine the accuracies and survival rates of the operations. Based on the study results, it has been concluded that the improved surgery method is associated with a higher survival rate, elevated ST-T segment, and larger infarct size, which is expected to mimic the pathology of MIRI better.

Myocardial ischemia-reperfusion model of rat heart is improved by using a self-made retractor, polyvinyl chloride tube, and a unique knotting method. Electrocardiogram, triphenyltetrazolium chloride and histological staining, and percent survival analysis results showed that the improved model group has higher success and survival rates than the already existing model group.

Modèle de rongeur amélioré de l’ischémie myocardique et de la lésion de reperfusion

Myocardial ischemia and reperfusion injury (MIRI), induced by coronary heart disease (CHD), causes damage to the cardiomyocytes. Furthermore, evidence ...

Une In vivo de contraction induite par des blessures et de surveillance non invasive de récupération