The research leading to these results has received funding from the European Research Council under grant agreement ERC-2010-StG-260991.

הנוהל מפורט להפעלה עם חללית optoacoustic כף יד נפח מתואר להלן. הליך זה מבוצע בהתאם לתקנות מוסדיות אושרו לגבי בעלי חיים וניסויים בבני אדם. 1. הכנת מערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הלייזר לתקופה חימום של ~ 15 דקות לפני פעולה לייצוב קורה תפוקת האור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תניח את חלק המים מצרפים עם קרום הבידוד שנמצא במגע עם העור (איור 1). הערה: המרחק בין הקרום המבודד (במגע עם העור) והאזור עם רגישות מקסימלי של המתמר (המרכז של החללית הכדורית) קובע את עומק ההדמיה היעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למלא את כל הנפח של כ 100 מיליליטר בין הקרום המבודד ופני השטח של המתמר עם מים ללא יונים באמצעות משאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שאין בועות דליפת מים ולא אוויר הן preseNT. לחלופין, למנוע בועות אוויר על ידי מתן מחזור של מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את הניסויים בRT ולהבטיח בינוני צימוד (מים) נשמר בטמפרטורה זו. </li></ol> 2. הדמיה הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת הדמיה אנושית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיר שיער מהחלק לעתיד-הדמיה עם קרם הסרת שיער על מנת למנוע רקע לא רצוי בתמונות (בשלב זה הוא אופציונאלי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ג&#39;ל אולטרסאונד על העור סביב האזור להיות צילם על מנת לספק צימוד אקוסטי יעיל. מניחים את חללית optoacoustic באזור של עניין. ודא שאין בועות אוויר נוכחים בג&#39;ל צימוד אולטרסאונד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת הדמיה בעלי חיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לוודא שנהלי הטיפול וניסיון עם בעלי חיים הם בהסכם עם חוקים ותקנות מוסדיים וממשלתיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את פרוותו של בעל החיים באזור להיות צילם עם קרם גילוח. להגן על העיניים של בעלי החיים עםמשחה וטרינר, המונעת יובש ונזקים מחשיפה לקרינת לייזר פעמו אינטנסיבית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים את החיה באמצעות הזרקת intraperitoneal (IP) של קטמין / xylazine (100 מ&quot;ג / קילוגרם KG קטמין 5 מ&quot;ג + / קילוגרם KG Xylazine) הרדמה לפני הניסוי או להשתמש isoflurane (2-3% (לפי נפח) עם 0.9 ליטר / זרימת גז דקות) במהלך הניסוי. לאשר הרדמה על ידי בדיקת רפלקס של הגפיים האחורי של החיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ג&#39;ל אולטרסאונד על העור סביב האזור להיות צילם על מנת לספק צימוד אקוסטי יעיל ולמקם את חללית optoacoustic באזור של עניין. ודא שאין בועות אוויר נוכחים בג&#39;ל צימוד אולטרסאונד. </li></ol> מצב מבצע 3. פרה-מבט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקים את אורך גל ההדמיה (ים) בין 690 ננומטר ו -900 ננומטר ושיעור החזרה הדופק בין 10 ל 50 הרץ. בחר את הפרמטרים למערכת רכישת נתונים אקוסטי - MΩ 1קלט עכבה. לרכוש 2030 דגימות עבור כל פעימת לייזר בקצב דגימה של 40 megasamples להחלטה שנייה ו -12 קצת אנכית. תפעיל את הרכישה עם תפוקת Q-מתג של הלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שהמפעיל והן למטופל להשתמש במשקפי המגן מותאמים לגל עירור האופטי (ים). הגדר את כוח הלייזר כך ששטף האור על פני השטח הרקמה נשמרת מתחת ל -20 mJ / 2 סנטימטר במהלך הניסוי עבור אורכי גל תת-אדומים קרובים על מנת לספק את מגבלות חשיפה לבטיחות לניסויים בבני אדם 19 וכדי למנוע עומס תרמי ונזק לעור בבעלי חיים . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התוכנה מראש תצוגה עם יישום GPU של אלגוריתמי עיבוד, כדי לאפשר הדמיה תמונות תלת-ממדיות במסגרת שיעור המקביל לשיעור החזרה הדופק של הלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את החללית ו / או האובייקט להיות צילם על מנת לייעל את ביצועי הדמיה ולמקם את המבנים של עניין. </li></ol> 4. רכישת נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת נתונים לסריקת מצב (כף יד). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת הצורך, להזריק חומר ניגוד לפני רכישה כדי להעשיר את הניגוד באזור של עניין. הערה: בניסויים שלנו אנחנו לא ביצענו הדמיה אנושית חומר ניגוד. עם זאת, חומרי ניגוד שונים יכולים להיות פוטנציאל לשמש למטרה זו. Indocyanine גרין (ICG) הוא דוגמא אחת חומר ניגוד אופטי שאושר על-קליני שיכול לשמש לשיפור לעומת במינון מומלץ מקסימאלי של 2 מ&quot;ג / קילוגרם ממשקל גוף במבוגרים של. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל החומרה לרכישת נתונים עם הפרמטרים שתוארו ב3.1 שמירה על הוצאתו להורג של תוכנת התצוגה המקדימה. בעדינות להזיז את החללית סביב האזור צילם כדי לעקוב אחר המבנים של עניין. הערה: כאשר תמונות באורכי גל לייזר מרובים נרכשות בו-זמנית, מהירות תנועת חללית במצב כף היד צריכה להיות ירידה משמעותית (רצוי מתחת ל -2 מ&quot;מ / שנייהלשיעור לייזר דופק חזרה על 50 הרץ) על מנת להימנע מחפצים הקשורים לתנועה בתמונות ספקטרלי הצרופות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת נתונים למצב נייח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר אובייקט הדמיה (לדוגמא., בעלי חיים) והבדיקה שנערכה ביד על בעל ולהתחיל רכישה עם הפרמטרים שתוארו ב3.1 שמירה על הוצאתו להורג של תוכנת קדם-מבט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשמור על הבדיקה optoacoustic וחלק ההדמיה באותה התנוחה במהלך הניסוי כדי לחזות אירועים ביולוגיים דינמיים באזור של עניין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להזריק חומר ניגוד כדי לעקוב אחר ההפצה הדינמית שלה באזור של עניין. הערה: בניסויי העכבר שלנו, Indocyanine ירוק (ICG) שימש להגברת הניגודיות. כקו מנחה כללי, סך של 10 nmol או 0.4 מ&quot;ג / קילוגרם של ICG צריך להיות מוחדר למחזור הדם בעכבר על מנת ליצור ניגוד לזיהוי עם optoacoustics רב-ספקטרלי in vivo. הערה: חומר הניגוד חייב להיותאושר לשימוש בבני אדם ו / או לבעלי חיים על-ידי הרשות המתאימה. </li></ol> 5. השלמת הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעצור את הלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הבדיקה optoacoustic מהאזור צילם. למחקר בבעלי חיים, לעצור את אספקת ההרדמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את החיה תחת תנור אינפרא אדום לשמירה על חום ולמנוע המגע עם בעלי חיים אחרים, עד שהחלים לגמרי מההרדמה. אל תשאיר את בעל החיים ללא השגחה במהלך התאוששות מן ההרדמה. </li></ol> 6. לא מחובר עיבוד נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטעון את הקובץ (ים) המכיל את אותות optoacoustic שנרכשו ביישום התוכנה המשמשים לעיבוד נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באלגוריתם שחזור להשיג מערך מטריצה ​​תלת ממדים המתאימים לתמונת נפח של הקליטה האופטית לכל מסגרת וכל אורך גל. הערה: לשיקום עדיף להשתמש באלגוריתם בחשבון גורמי עיוות, כגון heterogeneities והנחתה באובייקט צילם, השפעות של רוחב פס סופי וצורה גיאומטרית של אלמנטי האיתור ווריאציות שטף אור, על מנת לקבל ייצוג כמו יותר של ההפצה של האנרגיה נקלטת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באלגוריתם unmixing להשיג, מכל מסגרת רב-גל, קבוצה חדשה של מערכי מטריצה ​​תלת ממדיים המייצגת את הקליטה האופטית לכל חומר הקולט נוכחי במדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת הצורך, עיבוד נוסף של מערכי מטריצה ​​המייצגים את הפצת הקליטה האופטית כדי להקל הדמיה וקריאה של פרמטרים רלוונטיים מבחינה ביולוגית. </li></ol>

<ol>
	<li>Stritzker, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vaccinia+virus-mediated+melanin+production+allows+MR+and+optoacoustic+deep+tissue+imaging+and+laser-induced+thermotherapy+of+cancer.">Vaccinia virus-mediated melanin production allows MR and optoacoustic deep tissue imaging and laser-induced thermotherapy of cancer.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3316-3320 (2013).</li><li>Herzog, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Imaging+of+Cancer+Heterogeneity+with+Multispectral+Optoacoustic+Tomography.">Optical Imaging of Cancer Heterogeneity with Multispectral Optoacoustic Tomography.</a> Radiology. 263 (2), 461-468 (2012).</li><li>Johnson, S. P., Laufer, J. G., Zhang, E. Z., Beard, P. C., Pedley, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Differential+Tumour+Vascular+Pathophysiology+in+Vivo+by+Photoacoustic+Imaging.">Determination of Differential Tumour Vascular Pathophysiology in Vivo by Photoacoustic Imaging.</a> Eur J Cancer. 48, 186-187 (2012).</li><li>Yao, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+photoacoustic+computed+tomography+of+mouse+brain+metabolism+in+vivo.">Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo.</a> Neuroimage. 64, 257-266 (2013).</li><li>Strohm, E. M., Berndl, E. S. L., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+frequency+label-free+photoacoustic+microscopy+of+single+cells.">High frequency label-free photoacoustic microscopy of single cells.</a> Photoacoustics. 1 (3-4), 49-53 (2013).</li><li>Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+photoacoustic+imaging.">Biomedical photoacoustic imaging.</a> Interface Focus. 1, 602-631 (2011).</li><li>Wang, L. H. V., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+Tomography:+In+Vivo+Imaging+from+Organelles+to+Organs.">Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs.</a> Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).</li><li>Xiang, L. Z., Wang, B., Ji, L. J., Jiang, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4-D+Photoacoustic+Tomography.">4-D Photoacoustic Tomography.</a> Sci Rep-Uk. 3, 10-1038 (2013).</li><li>Buehler, A., Dean-Ben, X. L., Claussen, J., Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+optoacoustic+tomography+at+video+rate.">Three-dimensional optoacoustic tomography at video rate.</a> Optics express. 20 (20), 22712-22719 (2012).</li><li>Dean-Ben, X. L., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adding+fifth+dimension+to+optoacoustic+imaging:+volumetric+time-resolved+spectrally-enriched+tomography.">Adding fifth dimension to optoacoustic imaging: volumetric time-resolved spectrally-enriched tomography.</a> Light: Science and Applications. 3, (2014).</li><li>Fronheiser, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+optoacoustic+monitoring+and+three-dimensional+mapping+of+a+human+arm+vasculature.">Real-time optoacoustic monitoring and three-dimensional mapping of a human arm vasculature.</a> J Biomed Opt. 15 (2), (2010).</li><li>Buehler, A., Kacprowicz, M., Taruttis, A., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+handheld+multispectral+optoacoustic+imaging.">Real-time handheld multispectral optoacoustic imaging.</a> Opt Lett. 38 (9), 1404-1406 (2013).</li><li>Yang, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+functional+photoacoustic+and+ultrasonic+endoscopy+of+internal+organs+in+vivo.">Simultaneous functional photoacoustic and ultrasonic endoscopy of internal organs in vivo.</a> Nat Med. 18 (8), 1297-1302 (2012).</li><li>Kruger, R. A., Lam, R. B., Reinecke, D. R., Del Rio, S. P., Doyle, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+angiography+of+the+breast.">Photoacoustic angiography of the breast.</a> Med Phys. 37 (11), 6096-6100 (2010).</li><li>Heijblom, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+breast+cancer+using+the+Twente+photoacoustic+mammoscope:+What+do+we+learn+from+twelve+new+patient+measurements.">Visualizing breast cancer using the Twente photoacoustic mammoscope: What do we learn from twelve new patient measurements.</a> Optics express. 20 (11), 11582-11597 (2012).</li><li>Dean-Ben, X. L., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Portable+spherical+array+probe+for+volumetric+real-time+optoacoustic+imaging+at+centimeter-scale+depths.">Portable spherical array probe for volumetric real-time optoacoustic imaging at centimeter-scale depths.</a> Optics express. 21 (23), 28062-28071 (2013).</li><li>Dean-Ben, X. L., Ozbek, A., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumetric+real-time+tracking+of+peripheral+human+vasculature+with+GPU-accelerated+three-dimensional+optoacoustic+tomography.">Volumetric real-time tracking of peripheral human vasculature with GPU-accelerated three-dimensional optoacoustic tomography.</a> IEEE transactions on medical imaging. 32 (11), 2050-2055 (2013).</li><li>Dean-Ben, X. L., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+optoacoustic+human+angiography+with+handheld+video+rate+three+dimensional+scanner.">Functional optoacoustic human angiography with handheld video rate three dimensional scanner.</a> Photoacoustics. 1 (3-4), 68-73 (2013).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> American National Standards for the Safe Use of Lasers ANSI Z136.1.. , (2000).</li><li>Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging+by+means+of+multispectral+optoacoustic+tomography+(MSOT).">Molecular imaging by means of multispectral optoacoustic tomography (MSOT).</a> Chemical reviews. 110 (5), 2783-2794 (2010).</li><li>Luke, G. P., Yeager, D., Emelianov, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+Applications+of+Photoacoustic+Imaging+with+Exogenous+Contrast+Agents.">Biomedical Applications of Photoacoustic Imaging with Exogenous Contrast Agents.</a> Ann Biomed Eng. 40 (2), 422-437 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

היתרונות הייחודיים המוצעים על ידי שיטות הדמיה optoacoustic במחקר בבעלי חיים קטנים שיצרו מוטיבציה חזקה לתרגום הטכנולוגיה לפרקטיקה קלינית, עם מספר של כלי אבחון וניטור יישומי טיפול חזו למשל., בשד ובסרטן העור, דלקת או מחלות כלי דם היקפיים. עם זאת, בניגוד לעכברים או חיות קט...

הדמיה Optoacoustic (photoacoustic) מושכת עניין הולכת וגובר קהילות מחקר הביולוגיות ורפואיות, כפי שבאה לידי ביטוי במספר הולכים וגובר של פרסומים הכוללים מגוון רחב של יישומים חדשים המנצלים את היתרונות הייחודיים שמציעים הטכנולוגיה 1-5. בפרט, את היכולת לסוכנים-קליטת תמונה ספקטרלי ייחודיים תמונה עם רזולוציה מרחב ובזמן גבוהה בעומקים הרבה מעבר לגבול diffusive של אור פותחת יכולות חסרות תקדים להדמיה תפקודית ומולקולרית 6-10. ואכן, תרגום של טכנולוגית optoacoustic לתוך פרקטיקה קלינית מגיע עם לקוחות פוטנציאליים מבטיחים באבחון וניטור טיפול במחלות רבות. עם זאת, ההתפשטות המוגבלת של פוטונים בפיזור אופטי ורקמות קליטה ותגובות בדרך כלל חלשות הקשורים לתופעת optoacoustic להגביל את העומק הישים של השיטה. כתוצאה מכך, optoa כף ידבדיקות coustic כבר ניסו לחלקי תמונה לנגישים מחוץ ל11,12 הגוף תוך מערכות אנדוסקופיות משמשות כדי לספק תמונות מתוך הגוף על ידי החדרתם דרך פתחים טבעיים 13. כמה חלקים נמוכים קליטה של גוף אדם, כגון שד נשי, נגישים גם על ידי סורקי optoacoustic טומוגרפית 14,15. מעניין במיוחד היא הגישה שנערכה ביד כפי שהוא מאפשר גמישות גדולה, בדומה לבדיקת אולטרה סאונד. כאן, הסתגלות של בדיקות המערך ליניארי אולטרסאונד המשותף להדמית optoacoustic נותרת מאתגרת, בעיקר בשל הבדלים מהותיים בדרישות הדמיה טומוגרפית בין אולטרסאונד וoptoacoustics. בעוד שיעורי מסגרת גבוהים בבדיקת אולטרה סאונד הסטנדרטי מופעלים על ידי רציף שידור-קבלת תוכניות העסקת תדרי חזרת דופק גבוה בטווח kHz, ההדמיה optoacoustic בזמן אמת תלת-ממדית מושגת על ידי אוסף בו-זמני של נתונים טומוגרפית נפח מint אחדerrogating דופק לייזר. כך, ההדמיה optoacoustic איכות גבוהה מרמזת רכישה של נתונים תלת-ממדיים מהזווית המוצקה הגדולה ביותר האפשרית מסביב לאובייקט צילם. לאחרונה, הצגנו את הבדיקה optoacoustic כף היד הראשונה להדמיה תלת ממדית (נפח) בזמן אמת 16. המערכת מבוססת על מערך דו-ממדי של 256 אלמנטים פיזואלקטריים המסודרים על משטח כדורי (נקודות כחולות באיור 1 א) המשתרעים על זווית של 90 מעלות. הגודל של האלמנטים הבודדים של כ 3 x 3 מ&quot;מ 2, כמו גם האורינטציה ורוחב פס תדרים (כ 2-6 מגה-הרץ) שלהם מבטיחים אוסף אות אפקטיבי ממקיף את מרכז הכדור (קובייה שחורה באיור נפח סנטימטר בקנה מידה 1A). עירור אופטי של אזור ההדמיה מסופק עם חבילת סיבים מוחדרת דרך חלל גלילי מרכזי של המערך, כך שכל susc אורך גלeptible של משודרים דרך חבילת הסיבים יכול לשמש הדמיה. תמונה אמיתית של המערך של חיישנים יחד עם חבילת הסיבים האופטית מוצגת באיור 1. העירור יעיל וזיהוי סימולטני של אותות מאפשר הדמיה רקמות עמוקות עם עירור זריקה אחת (דופק לייזר אחד), כך שהדמיה בזמן אמת במסגרת שיעור שנקבע על ידי תדירות החזרה הדופק של הלייזר מופעלת נוספת עם גרפיקה עיבוד יחידה (GPU) יישומו של נוהל השחזור 17. מארז גלילי עם קרום פוליאתילן שקוף (איור 1 ג) מחובר למערך מתמר לצרף בינוני אקוסטית העברת נוזל (מים). הקרום מצמיד נוסף לרקמה באמצעות ג&#39;ל אקוסטי. תמונה של חללית optoacoustic כבשימוש במצב פעולת כף יד מוצגת באיור 1D. Thr הפגין<html> ההדמיה EE ממדים שנערכו ביד optoacoustic בשילוב עם ההדמיה תפקודית היכולת בזמן אמת מגיעה עם יתרונות חשובים לאבחון קליני ומספר היישומים הפוטנציאליים חזתה להתוויות שונות, כגון מחלת כלי דם היקפית, הפרעות במערכת הלימפה, סרטן השד, נגעים בעור, דלקת או דלקת פרקים 18. יתר על כן, את יכולת ההדמיה מהירה מאפשרת הדמיה של אירועים ביולוגיים דינמיים עם החללית מסודרת במצב נייח. בשילוב עם טכנולוגיית לייזר באורך גל-כוונון מהיר פרמטרים אופטיים מתנד (OPO), גישה זו מאפשרת הדמיה של biodistribution של סוכנים-קליטת תמונה בזמן אמת. וכך, אפשרויות חדשות עשויות באותה מידה לצאת ביישומי הדמיה חיה קטנים, למשל., בלימוד פרמטרים המודינמיים רקמה, in vivo מעקב תא, ויזואליזציה של פרמקוקינטיקה, זלוף איבר, ממוקד הדמיה מולקולרית של גידולים ומערכת לב וכלי דם, או סריקת מוח. s = &quot;jove_content&quot;&gt; בעבודה זו אנו מספקים תיאור מפורט של פרוטוקול ההדמיה הניסיוני להפעלה עם ביצועי מערך הכדורי optoacoustic כף יד הבדיקה וחלון ראווה במספר תרחישי הדמיה חיה קליניות וקטנים טיפוסיים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1663">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:327px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:389px;">Company</td>
			<td style="width:171px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:777px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:327px;">Optical parametric oscillator (OPO)-based laser</td>
			<td style="width:389px;">Innolas Laser GmbH, Krailling (Germany)</td>
			<td style="width:171px;">custom-made</td>
			<td style="width:777px;">The laser provides laser pulses with a duration around 10ns and an energy up to 80mJ. 
			The wavelength is tunable between 680-950nm.</td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:327px;">Spherical array of piezocomposite detectors</td>
			<td style="width:389px;">Imasonic SaS, Voray (France)</td>
			<td style="width:171px;">custom-made</td>
			<td style="width:777px;">The array consists of 256 piezoelectric sensors distributed on a spherical surface. 
			Each element has dimensions 3x3mm2, a central frequency of 4MHz and a bandwidth of 100%.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:327px;">Data acquisition system (DAQ)</td>
			<td style="width:389px;">Falkenstein Mikrosysteme GmbH, Taufkirchen (Germany)</td>
			<td style="width:171px;">custom-made</td>
			<td style="width:777px;">The DAQ simultaneously acquires 256 signals at 40 megasamples per second and 2030 samples. 
			The input impedance is 1MW.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:327px;">Fiber bundle</td>
			<td style="width:389px;">CeramOptec GmbH, Bonn (Germany)</td>
			<td style="width:171px;">custom-made</td>
			<td style="width:777px;">The bundle consists of 480 individual fibers randomly distributed in the input and output. 
			The numerical aperture of each individual fiber is 0.22.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:327px;">Athymic Nude mouse</td>
			<td style="width:389px;">Harlan Laboratories (The Netherlands)</td>
			<td style="width:171px;">Athymic nude - Foxn1nu</td>
			<td style="width:777px;">The mouse was 8 weeks old (adult) at the time of the experiment. 
			The ethical protocol was approved by the Bavarian goverment (number 55.2.1.54-2632-102-11)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:327px;">Bepanthen cream</td>
			<td style="width:389px;">Bayer AG (Germany)</td>
			<td style="width:171px;">N/A</td>
			<td>Vet ointment to protect the eyes during anesthesia</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:327px;">Data processing software</td>
			<td style="width:389px;">Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td>
			<td style="width:171px;">custom-made</td>
			<td style="width:777px;">The data processing software was devoped at our institute. 
			It allows reconstruction at each wavelength and multi-wavelength unmixing, as well as further data processing.</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:327px;">Water-enclosing part</td>
			<td style="width:389px;">N/A</td>
			<td style="width:171px;">custom-made</td>
			<td>This part contains the water that acts as an acoustic coupling medium between skin and transducer elements</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:327px;">Indocyanine green (ICG)</td>
			<td style="width:389px;">PULSION Medical Systems SE</td>
			<td style="width:171px;">N/A</td>
			<td style="width:777px;">ICG-PULSION (active ingredient: indocyanine green dye) is a drug used in cardiac, circulatory and micro-circulatory diagnostics, liver function diagnostics and ophthalmic angiography diagnostics.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

universal hand-held three-dimensional optoacoustic imaging probe for deep tissue human angiography and functional preclinical studies in real time

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously attaining anatomical, functional and molecular contrast in deep optically opaque tissues. While enormous potential has been recently demonstrated in the application of optoacoustics for small animal research, vast efforts have also been undertaken in translating this imaging technology into clinical practice. We present here a newly developed optoacoustic tomography approach capable of delivering high resolution and spectrally enriched volumetric images of tissue morphology and function in real time. A detailed description of the experimental protocol for operating with the imaging system in both hand-held and stationary modes is provided and showcased for different potential scenarios involving functional and molecular studies in murine models and humans. The possibility for real time visualization in three dimensions along with the versatile handheld design of the imaging probe make the newly developed approach unique among the pantheon of imaging modalities used in today&#8217;s preclinical research and clinical practice.

נציג תוצאות, הממחישות את היכולות של החללית שנערכה ביד נפח תיארה optoacoustic, הם הציגו בסעיף זה. בכל המקרים, שטף האור על פני העור נשמר מתחת לגבול חשיפת בטיחות של 20 mJ / 2 סנטימטר 19. הביצועים של החללית בזמן אמת מעקב כלי דם אנושי ה?...

Watch this Scientific Journal Video about Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time at JoVE.com

Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

We provide herein a detailed description of the experimental protocol for imaging with a newly developed hand-held optoacoustic (photoacoustic) system for three-dimensional functional and molecular imaging in real time. The demonstrated powerful performance and versatility may define new application areas of the optoacoustic technology in preclinical research and clinical practice.

יוניברסל כף היד תלת ממדי Optoacoustic הדמיה בדיקה לרקמות עמוקות אנגיוגרפיה אדם ופונקציונליים פרה-קליניים מחקרים בזמן אמת

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously ...

universal-hand-held-three-dimensional-optoacoustic-imaging-probe-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.6K Views.  Helmholtz Zentrum München. We provide herein a detailed description of the experimental protocol for imaging with a newly developed hand-held optoacoustic (photoacoustic) system for three-dimensional functional and molecular imaging in real time. The demonstrated powerful performance and versatility may define new application areas of the optoacoustic technology in preclinical research and clinical practice.

Video: Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical devices1-3. In this paper, we focus on one- (1D), two- (2D), and three-dimensional (3D) printing of conductive metallic inks in the form of flexible, stretchable, and spanning microelectrodes.
Direct-write assembly4,5 is a 1-to-3D printing technique that enables the fabrication of features ranging from simple lines to complex structures by the deposition of concentrated inks through fine nozzles (~0.1 - 250 &mu;m). This printing method consists of a computer-controlled 3-axis translation stage, an ink reservoir and nozzle, and 10x telescopic lens for visualization. Unlike inkjet printing, a droplet-based process, direct-write assembly involves the extrusion of ink filaments either in- or out-of-plane. The printed filaments typically conform to the nozzle size. Hence, microscale features (&lt; 1 &mu;m) can be patterned and assembled into larger arrays and multidimensional architectures.
In this paper, we first synthesize a highly concentrated silver nanoparticle ink for planar and 3D printing via direct-write assembly. Next, a standard protocol for printing microelectrodes in multidimensional motifs is demonstrated. Finally, applications of printed microelectrodes for electrically small antennas, solar cells, and light-emitting diodes are highlighted.

Planar and three-dimensional printing of conductive metallic inks is described. Our approach provides new avenues for fabricating printed electronic, optoelectronic, and biomedical devices in unusual layouts at the microscale.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

A Novel Three-dimensional Flow Chamber Device to Study Chemokine-directed Extravasation of Cells Circulating under Physiological Flow Conditions

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell homing and tumor metastasis. The three-dimensional flow chamber device (hereafter the 3D device) is a novel in vitro technology that recreates physiological shear stress and allows each step of the cell extravasation cascade to be quantified. The 3D device consists of an upper compartment in which the cells of interest circulate under shear stress, and a lower compartment of static wells that contain the chemoattractants of interest. The two compartments are separated by porous inserts coated with a monolayer of endothelial cells (EC). An optional second insert with microenvironmental cells of interest can be placed immediately beneath the EC layer. A gas exchange unit allows the optimal CO2 tension to be maintained and provides an access point to add or withdraw cells or compounds during the experiment. The test cells circulate in the upper compartment at the desired shear stress (flow rate) controlled by a peristaltic pump. At the end of the experiment, the circulating and migrated cells are collected for further analyses. The 3D device can be used to examine cell rolling on and adhesion to EC under shear stress, transmigration in response to chemokine gradients, resistance to shear stress, cluster formation, and cell survival. In addition, the optional second insert allows the effects of crosstalk between EC and microenvironmental cells to be examined. The translational applications of the 3D device include testing of drug candidates that target cell migration and predicting the in vivo behavior of cells after intravenous injection. Thus, the novel 3D device is a versatile and inexpensive tool to study the molecular mechanisms that mediate cellular extravasation.

The three-dimensional flow chamber device is a novel in vitro technology for the quantitative and step-wise evaluation of the extravasation cascade of cells circulating under conditions of physiological shear stress. The device therefore fills a critical need for basic, preclinical, and clinical studies of cell migration.

התקן תזרים הלשכה תלת ממדי רומן ללמוד chemokine ביים-extravasation של תאים במחזור בתנאי זרימה פיסיולוגיים

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

ייצור רקמת סחוס אנושי באמצעות שלושה ממדי הזרקת דיו טכנולוגיית הדפסה

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models reflect the human wound situation better than animal models. Although two-dimensional models are widely used to investigate processes such as cellular migration and proliferation, models that are more complex are required to gain a deeper knowledge about wound healing. Besides a suitable model system, the generation of precise and reproducible wounds is crucial to ensure comparable results between different test runs. In this study, the generation of a three-dimensional full thickness skin equivalent to study wound healing is shown. The dermal part of the models is comprised of human dermal fibroblast embedded in a rat-tail collagen type I hydrogel. Following the inoculation with human epidermal keratinocytes and consequent culture at the air-liquid interface, a multilayered epidermis is formed on top of the models. To study the wound healing process, we additionally developed an automated wounding device, which generates standardized wounds in a sterile atmosphere.

The goal of this protocol is to build up a three-dimensional full thickness skin equivalent, which resembles natural skin. With a specifically constructed automated wounding device, precise and reproducible wounds can be generated under maintenance of sterility.

דור של עור בעובי מלא תלת ממדי Equivalent ואוטומטי פציעה

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Three-dimensional Tissue Engineered Aligned Astrocyte Networks to Recapitulate Developmental Mechanisms and Facilitate Nervous System Regeneration

Neurotrauma and neurodegenerative disease often result in lasting neurological deficits due to the limited capacity of the central nervous system (CNS) to replace lost neurons and regenerate axonal pathways. However, during nervous system development, neuronal migration and axonal extension often occur along pathways formed by other cells, referred to as &#34;living scaffolds&#34;. Seeking to emulate these mechanisms and to design a strategy that circumvents the inhibitory environment of the CNS, this manuscript presents a protocol to fabricate tissue engineered astrocyte-based &#34;living scaffolds&#34;. To create these constructs, we employed a novel biomaterial encasement scheme to induce astrocytes to self-assemble into dense three-dimensional bundles of bipolar longitudinally-aligned somata and processes. First, hollow hydrogel micro-columns were assembled, and the inner lumen was coated with collagen extracellular-matrix. Dissociated cerebral cortical astrocytes were then delivered into the lumen of the cylindrical micro-column and, at a critical inner diameter of &#60;350 &#181;m, spontaneously self-aligned and contracted to produce long fiber-like cables consisting of dense bundles of astrocyte processes and collagen fibrils measuring &#60;150 &#181;m in diameter yet extending several cm in length. These engineered living scaffolds exhibited &#62;97% cell viability and were virtually exclusively comprised of astrocytes expressing a combination of the intermediate filament proteins glial-fibrillary acidic protein (GFAP), vimentin, and nestin. These aligned astrocyte networks were found to provide a permissive substrate for neuronal attachment and aligned neurite extension. Moreover, these constructs maintain integrity and alignment when extracted from the hydrogel encasement, making them suitable for CNS implantation. These preformed constructs structurally emulate key cytoarchitectural elements of naturally occurring glial-based &#34;living scaffolds&#34; in vivo. As such, these engineered living scaffolds may serve as test-beds to study neurodevelopmental mechanisms in vitro or facilitate neuroregeneration by directing neuronal migration and/or axonal pathfinding following CNS degeneration in vivo.

We showcase the development of self-assembled, three-dimensional bundles of longitudinally aligned astrocytic somata and processes within a novel biomaterial encasement. These engineered &#34;living scaffolds&#34;, exhibiting micron-scale diameter yet extending centimeters in length, may serve as test-beds to study neurodevelopmental mechanisms or facilitate neuroregeneration by directing neuronal migration and/or axonal pathfinding.

תלת מימדי רקמות מהונדסים מיושר אסטרוציט רשתות כדי לסכם מנגנונים התפתחותית וכדי להקל על מערכת העצבים התחדשות

Neurotrauma and neurodegenerative disease often result in lasting neurological deficits due to the limited capacity of the central nervous system (CNS) to ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology with great potential for biomedical applications. The technique facilitates the direct deposition of biocompatible polymer fibers to fabricate well-ordered scaffolds in the sub-micron to micro scale range. The establishment of a stable, viscoelastic, polymer jet between a spinneret and a collector is achieved using an applied voltage and can be direct-written. A significant benefit of a typical porous scaffold is a high surface-to-volume ratio which provides increased effective adhesion sites for cell attachment and growth. Controlling the printing process by fine-tuning the system parameters enables high reproducibility in the quality of the printed scaffolds. It also provides a flexible manufacturing platform for users to tailor the morphological structures of the scaffolds to their specific requirements. For this purpose, we present a protocol to obtain different fiber diameters using melt electrospinning writing (MEW) with a guided amendment of the parameters, including flow rate, voltage and collection speed. Furthermore, we demonstrate how to optimize the jet, discuss often experienced technical challenges, explain troubleshooting techniques and showcase a wide range of printable scaffold architectures.

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&amp;#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This protocol serves as a comprehensive guideline to fabricate scaffolds via electrospinning with polymer melts in a direct writing mode. We systematically outline the process and define the appropriate parameter settings for achieving targeted scaffold architectures.

להמיס Electrospinning הכתיבה של פיגומים Poly(ε-caprolactone) תלת מימדי עם מורפולוגיות לשליטה עבור יישומי הנדסת רקמות

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Hand-held Clinical Photoacoustic Imaging System for Real-time Non-invasive Small Animal Imaging

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, we report a combined photoacoustic and clinical ultrasound imaging system by integrating an ultrasound probe with light delivery for small animal imaging. We demonstrate this by showing sentinel lymph node imaging in small animals along with minimally invasive real-time needle guidance. A clinical ultrasound platform with access to raw channel data allows the integration of photoacoustic imaging leading to a handheld real-time clinical photoacoustic imaging system. Methylene blue was used for sentinel lymph node imaging at 675 nm wavelength. Additionally, needle guidance with dual modal ultrasound and photoacoustic imaging was shown using the imaging system. Depth imaging of up to 1.5 cm was demonstrated with a 10 Hz laser at a photoacoustic imaging frame rate of 5 frames per second.

A clinical handheld photoacoustic imaging system will be demonstrated for real-time non-invasive small animal imaging.

כף יד Photoacoustic קליניים מערכת הדמיה עבור בזמן אמת לא פולשנית הדמיה בעלי חיים קטנים

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, ...

Culturing Mammalian Cells in Three-dimensional Peptide Scaffolds

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an environment that closely mimics the structural features of non-polarized tissue. Furthermore, the particular intrinsic nanofiber structure of the scaffold makes it transparent to visual light, which allows for easy visualization of the sample under microscopy. This advantage was largely used to study cell migration, organization, proliferation, and differentiation and thus any development of their particular cellular function by staining with specific dyes or probes. Furthermore, in this work, we describe the good performance of this system to easily study the redifferentiation of expanded human articular chondrocytes into cartilaginous tissue. Cells were encapsulated into self-assembling peptide scaffolds and cultured under specific conditions to promote chondrogenesis. Three-dimensional cultures showed good viability during the 4 weeks of the experiment. As expected, samples cultured with chondrogenic inducers (compared to non-induced controls) stained strongly positive for toluidine blue (which stains glycosaminoglycans (GAGs) that are highly present in cartilage extracellular matrix) and expressed specific molecular markers, including collagen type I, II and X, according to Western Blot analysis. This protocol is easy to perform and can be used at research laboratories, industries and for educational purposes in laboratory courses.

Here, we present a protocol to obtain 3D-culture systems in self-assembling peptide scaffolds to promote the differentiation of dedifferentiated human articular chondrocytes into cartilage-like tissue.

Culturing בתרבית של תאים בפפטיד תלת מימדי פיגומים

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an ...

Cultivating a Three-dimensional Reconstructed Human Epidermis at a Large Scale

A three-dimensional human epidermis model reconstructed from neonatal primary keratinocytes is presented. Herein, a protocol for the cultivation process and the characterization of the model is described. Neonatal primary keratinocytes are grown submerged on permeable polycarbonate inserts and lifted to the air-liquid interface three days after seeding. After fourteen days of stimulation with defined growth factors and ascorbic acid in high calcium culture medium, the model is fully differentiated. Histological analysis revealed a completely stratified epidermis, mimicking the morphology of native human skin. To characterize the model and its barrier functions, protein levels and localization specific for early-stage keratinocyte differentiation (i.e., keratin 10), late-stage differentiation (i.e., involucrin, loricrin, and filaggrin) and tissue adhesion (i.e., desmoglein 1), were assessed by immunofluorescence. The tissue barrier integrity was further evaluated by measuring transepithelial electrical resistance. Reconstructed human epidermis was responsive to proinflammatory stimuli (i.e., lipopolysaccharide and tumor necrosis factor alpha), leading to increased cytokine release (i.e., interleukin 1 alpha and interleukin 8). This protocol represents a straightforward and reproducible in vitro method to cultivate reconstructed human epidermis as a tool to assess environmental effects and a broad range of skin-related studies.

This protocol describes a straightforward method to cultivate three-dimensional reconstituted human epidermis in a reproducible and robust manner. Additionally, it characterizes the structure-function relationship of the epidermal barrier model. The biological responses of the reconstituted human epidermis upon proinflammatory stimuli are also presented.

טיפוח אפידרמיס אנושי תלת מימדי משוחזר בקנה מידה גדול

A three-dimensional human epidermis model reconstructed from neonatal primary keratinocytes is presented. Herein, a protocol for the cultivation process ...