אנו מודים למארק ויילר לביצוע ניסויי הפנטום. עבודה זו נתמכה על ידי המועצה האירופית למחקר (ERC גרנט החל 309,495: NeoNaNo), המדינה הפדרלית הגרמנית של נורדריין וסטפליה (NRW; High-Tech.NRW/EU-Ziel 2-Programm (EFRE); ForSaTum), גרמנית מחקר של משרד לחינוך ומחקר (BMBF) (כבד תוכניות מימון וירטואלי (0,315,743), LungSys (0315415C), LungSys2 (0316042F), Photonik Forschung Deutschland (13N13355)), האוניברסיטה אאכן RWTH (אני 3 קרן זרע TM), ופיליפס (אאכן, גרמניה).

<ol>
	<li>Hoffman, R. M., Yang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subcellular+imaging+in+the+live+mouse.">Subcellular imaging in the live mouse.</a> Nature Protocols. 1 (2), 775-782 (2006).</li><li>Ale, A., Ermolayev, V., Herzog, E., Cohrs, C., Angelis, M. H., 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=FMT-XCT:+in+vivo+animal+studies+with+hybrid+fluorescence+molecular+tomography-X-ray+computed+tomography.">FMT-XCT: in vivo animal studies with hybrid fluorescence molecular tomography-X-ray computed tomography.</a> Nature Methods. 9 (9), 615-620 (2012).</li><li>Eaton, V. L., Vasquez, K. O., Goings, G. E., Hunter, Z. N., Peterson, J. D., Miller, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+tomographic+imaging+of+near+infrared+imaging+agents+quantifies+disease+severity+and+immunomodulation+of+experimental+autoimmune+encephalomyelitis+in+vivo.">Optical tomographic imaging of near infrared imaging agents quantifies disease severity and immunomodulation of experimental autoimmune encephalomyelitis in vivo.</a> Journal of Neuroinflammation. 10 (138), (2013).</li><li>Lederle, W., Arns, S., 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=Failure+of+annexin-based+apoptosis+imaging+in+the+assessment+of+antiangiogenic+therapy+effects.">Failure of annexin-based apoptosis imaging in the assessment of antiangiogenic therapy effects.</a> EJNMMI Research. 1 (26), (2011).</li><li>Ntziachristos, V., Tung, C. -. H., Bremer, C., Weissleder, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+molecular+tomography+resolves+protease+activity+in+vivo.">Fluorescence molecular tomography resolves protease activity in vivo.</a> Nature Medicine. 8 (7), (2002).</li><li>Hoffman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+multiple+uses+of+fluorescent+proteins+to+visualize+cancer+in+vivo.">The multiple uses of fluorescent proteins to visualize cancer in vivo.</a> Nature Reviews Cancer. 5 (10), 796-806 (2005).</li><li>Schulz, R. B., Ale, A., 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=Hybrid+system+for+simultaneous+fluorescence+and+x-ray+computed+tomography.">Hybrid system for simultaneous fluorescence and x-ray computed tomography.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (2), 465-473 (2010).</li><li>Stuker, F., Baltes, C., 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=Hybrid+small+animal+imaging+system+combining+magnetic+resonance+imaging+with+fluorescence+tomography+using+single+photon+avalanche+diode+detectors.">Hybrid small animal imaging system combining magnetic resonance imaging with fluorescence tomography using single photon avalanche diode detectors.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 30 (6), 1265-1273 (2011).</li><li>Leblond, F., Davis, S. C., Vald&#233;s, P. A., Pogue, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preclinical+Whole-body+Fluorescence+Imaging:+Review+of+Instruments,+Methods+and+Applications.">Preclinical Whole-body Fluorescence Imaging: Review of Instruments, Methods and Applications.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 98 (1), 77-94 (2010).</li><li>Kunjachan, S., Gremse, F., 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+optical+imaging+of+nanomedicine+biodistribution.">Noninvasive optical imaging of nanomedicine biodistribution.</a> ACS Nano. 7 (1), 252-262 (2013).</li><li>Radrich, K., Ale, A., Ermolayev, V., 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=Improving+limited-projection-angle+fluorescence+molecular+tomography+using+a+co-registered+x-ray+computed+tomography+scan.">Improving limited-projection-angle fluorescence molecular tomography using a co-registered x-ray computed tomography scan.</a> Journal of Biomedical Optics. 17 (12), 126011 (2012).</li><li>Freyer, M., Ale, A., Schulz, R. B., Zientkowska, M., Ntziachristos, V., Englmeier, K. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+automatic+segmentation+of+anatomical+structures+in+x-ray+computed+tomography+images+to+improve+fluorescence+molecular+tomography+reconstruction.">Fast automatic segmentation of anatomical structures in x-ray computed tomography images to improve fluorescence molecular tomography reconstruction.</a> Journal of Biomedical Optics. 15 (3), 036006 (2010).</li><li>Gremse, F., Theek, B., 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=Absorption+Reconstruction+Improves+Biodistribution+Assessment+of+Fluorescent+Nanoprobes+Using+Hybrid+Fluorescence-mediated+Tomography.">Absorption Reconstruction Improves Biodistribution Assessment of Fluorescent Nanoprobes Using Hybrid Fluorescence-mediated Tomography.</a> Theranostics. 4 (10), 960-971 (2014).</li><li>Cheong, W. -. F., Prahl, S. A., Welch, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+optical+properties+of+biological+tissues.">A review of the optical properties of biological tissues.</a> IEEE Journal of Quantum Electronics. 26 (12), 2166-2185 (1990).</li><li>Doleschel, D., Mundigl, O., 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=Targeted+near-infrared+imaging+of+the+erythropoietin+receptor+in+human+lung+cancer+xenografts.">Targeted near-infrared imaging of the erythropoietin receptor in human lung cancer xenografts.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 53 (2), 304-311 (2012).</li><li>Al Rawashdeh, W., Arns, S., 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+tomography+of+MMP-activity+allows+a+sensitive+non-invasive+characterization+of+the+invasiveness+and+angiogenesis+of+SCC-xenografts.">Optical tomography of MMP-activity allows a sensitive non-invasive characterization of the invasiveness and angiogenesis of SCC-xenografts.</a> Neoplasia. 16 (3), 235-246 (2014).</li><li>Kunjachan, S., Pola, R., 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=Passive+versus+Active+Tumor+Targeting+Using+RGD-+and+NGR-Modified+Polymeric+Nanomedicines.">Passive versus Active Tumor Targeting Using RGD- and NGR-Modified Polymeric Nanomedicines.</a> Nano Letters. 14 (2), 972-981 (2014).</li><li>Schober, A., Nazari-Jahantigh, 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=MicroRNA-126-5p+promotes+endothelial+proliferation+and+limits+atherosclerosis+by+suppressing+Dlk1.">MicroRNA-126-5p promotes endothelial proliferation and limits atherosclerosis by suppressing Dlk1.</a> Nature Medicine. 20 (4), 368-376 (2014).</li><li>Aikawa, E., Nahrendorf, 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=Osteogenesis+associates+with+inflammation+in+early-stage+atherosclerosis+evaluated+by+molecular+imaging+in+vivo.">Osteogenesis associates with inflammation in early-stage atherosclerosis evaluated by molecular imaging in vivo.</a> Circulation. 116 (24), 2841-2850 (2007).</li><li>Gremse, F., H&#246;fter, A., Schwen, L., Kiessling, F., Naumann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GPU-Accelerated+Sparse+Matrix-Matrix+Multiplication+by+Iterative+Row+Merging.">GPU-Accelerated Sparse Matrix-Matrix Multiplication by Iterative Row Merging.</a> SIAM Journal on Scientific Computing. , C54-C71 (2015).</li><li>Vasquez, K. O., Casavant, C., Peterson, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Whole+Body+Biodistribution+of+Fluorescent-Labeled+Agents+by+Non-Invasive+Tomographic+Imaging.">Quantitative Whole Body Biodistribution of Fluorescent-Labeled Agents by Non-Invasive Tomographic Imaging.</a> PLoS ONE. 6 (6), e20594 (2011).</li><li>Theek, B., Gremse, F., 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=Characterizing+EPR-mediated+passive+drug+targeting+using+contrast-enhanced+functional+ultrasound+imaging.">Characterizing EPR-mediated passive drug targeting using contrast-enhanced functional ultrasound imaging.</a> Journal of Controlled Release. 182 (1), 83-89 (2014).</li><li>Hyde, D., Schulz, R., Brooks, D., Miller, E., 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=Performance+dependence+of+hybrid+x-ray+computed+tomography/fluorescence+molecular+tomography+on+the+optical+forward+problem.">Performance dependence of hybrid x-ray computed tomography/fluorescence molecular tomography on the optical forward problem.</a> Journal of the Optical Society of America. A, Optics, Image Science, and Vision. 26 (4), 919-923 (2009).</li><li>Jacques, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+properties+of+biological+tissues:+a+review.">Optical properties of biological tissues: a review.</a> Physics in Medicine and Biology. 58 (11), R37 (2013).</li><li>Loening, A. M., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMIDE:+a+free+software+tool+for+multimodality+medical+image+analysis.">AMIDE: a free software tool for multimodality medical image analysis.</a> Molecular Imaging. 2 (3), 131-137 (2003).</li><li>Gremse, F., Schulz, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Qualitative+and+Quantitative+Data+Analysis.">Qualitative and Quantitative Data Analysis.</a> Small Animal Imaging. , 363-378 (2011).</li><li>Baiker, M., Milles, 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=Atlas-based+whole-body+segmentation+of+mice+from+low-contrast+Micro-CT+data.">Atlas-based whole-body segmentation of mice from low-contrast Micro-CT data.</a> Medical Image Analysis. 14 (6), 723-737 (2010).</li><li>Sevick-Muraca, E. M., Rasmussen, J. C. <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+with+optics:+primer+and+case+for+near-infrared+fluorescence+techniques+in+personalized+medicine.">Molecular imaging with optics: primer and case for near-infrared fluorescence techniques in personalized medicine.</a> Journal of Biomedical Optics. 13 (4), 041303 (2008).</li></ol>

פליקס Gremse הוא מייסד והבעלים של Gremse-IT, חברת סטארט-אפ שמציעה תוכנות ושירותים לניתוח תמונה רפואית בשיתוף פעולה עם פיליפס והמחלקה לניסויית הדמיה מולקולרית של האוניברסיטה אאכן RWTH.

אנו מתארים וליישם פרוטוקול הדמיה μCT-FMT multimodal. אנו משתמשים בFMT זמין מסחרי ושימוש נרחב והתקני μCT 3,11,15 - 17,21. בעוד הפרוטוקול מחייב FMT ספציפי, יכול להיות מוחלף על ידי μCT μCT אחר עם פונקציונליות דומה ופרמטרי סריקת השוואה, למשל, שדה הראייה צריך להיות גדול מספיק כדי לכסות את מיטת העכבר כולל הסמנים. FMT כבר בשימוש לניתוח biodistribution ללא שילוב עם μCT או MRI 21, לעומת זאת, נתונים אנטומיים מועיל להגדיל את שחזור כי הפילוח יכול להיות מבוסס על גבולות האיבר שנראים בנתונים μCT 10. בעוד מכשירי μCT-FMT משולבים פותחו 2,7, אלה אינם זמינים באופן מסחרי עדיין. יתר על כן, השימוש בשני מכשירים נפרדים מאפשרת צנרת, כלומר., CA העכבר הבאn הדמיה בμCT בעוד העכבר הראשון הוא עדיין בFMT, כדי להגדיל את התפוקה. כדי להפחית את עומס העבודה הידנית, אנו מבצעים איתור סמן אוטומטי והיתוך. יתר על כן, את צורת העכבר מפולח באופן אוטומטי ומידע זה באופן משמעותי משפר את 11,13,22 שחזור הקרינה. לשחזור הקרינה כמותי, יש צורך במפות קליטה ופיזור 13,23. אנו שואבים את מפת הפיזור על ידי פילוח האוטומטי של נתונים μCT והקצאת מקדמי פיזור ידועים של כמה סוגי רקמות (ריאות, עצמות, עור, שומן, ונותרו רקמות רכות) 24. בהמשך לכך, אנחנו לשחזר מפת קליטה מהנתונים הגולמיים האופטיים אשר חשוב במיוחד עבור איברי perfused היטב כמו הלב והכבד 13,20. סריקה כמה עכברים בנקודות זמן מרובים תוצאות במהירות במספר רב של ערכות נתונים כדי להיות מנותחת. לbiodisמחקרי tribution, כמה איברים צריכים להיות מפולחים לכל סריקת μCT-FMT. למרבה הצער, לא ניתן לעשות שימוש חוזר בפילוחים, כי העכבר הוא מיקומו חדש למיטת העכבר שוב ושוב. אנו משתמשים בכלי לפילוח אינטראקטיבי, שפותח במכון שלנו, לעומת זאת, כלים אחרים יכולים להיות גם מתאימים 25. אנו מייצרים פילוחי voxel-חכם, כי אלה שיתאימו יותר לאיברים מורכבים מצורות פשוטות כמו אליפסות וקוביות 26. פילוח כל-חיה אוטומטית יהיה שימושי כדי להפחית את עומס העבודה הידני 27 נוסף, אבל כלי פילוח אינטראקטיבי עדיין יידרש לתקן את שגיאות פילוח. יתר על כן, כלים פילוח אוטומטיים בקושי יכולים לצפות מקרים מיוחדים כגון פתולוגיות בצורה נכונה. מכיוון שאנו משתמשים בסריקות μCT ילידים, כמה איברים כמו הטחול הם קשים מאוד למגזר גם באופן ידני. סוכנים בניגוד יעזרו, אבל יש בעיות עם סבילות וקשה maintaiהפצת חומר ניגוד היציב na ברחבי ההדמיה האורך. המחקר שלנו מראה כי פנטום לוקליזציה האות משופרת בעת שימוש במידע בצורה לשיקום הקרינה. בvivo, שיפור דומה ניכר לנקודת הזמן המוקדם (15 דקות לאחר הזרקה), כאשר כמות גדולה של החללית כבר ב שלפוחית ​​שתן. הבדיקה מחייב hydroxyapatite מצטברת בעצמות ומפרקים. זה מדהים כמה מהר זה קורה, כלומר, האות היא כבר נראה בבירור בעמוד השדרה 15 דקות לאחר הזרקה. כנראה זו נגרמת על ידי המשקל המולקולרי הנמוך של הבדיקה, המאפשרת extravasation ודיפוזיה מהירים לאזורי היעד. הבדיקה נקשר קוולנטית לhydroxyapatite היעד שלה והבדיקה מאוגד מופרשת. לנקודות הזמן מאוחר יותר, בין 6 שעות ו -24 שעות לאחר הזרקה, עוצמת האות בעמוד השדרה נותרת יציבה יחסית, כנראה, משום שכמעט ולא מחדש אורכאבים עמוקים לתוך העכבר כדי להלבין את הקרינה. לצורך המחקר שלנו, השתמשנו בערוץ 750 ננומטר, מה שגורם הקרינה רקע נמוכה ניכרה כלסריקות שנרכשו לפני ההזרקה. באורכי גל נמוכים, ניתן לצפות יותר אות רקע 28. לסיכום, אנו מתארים פרוטוקול הדמיה multimodal למכשירי FMT וμCT זמינים מסחרי. אנו מראים כי השילוב מספק יתרונות לשיקום הקרינה. אנו מדגימים כיצד עקומות biodistribution מופקים מהכמות הגדולה של נתוני תמונה באמצעות פילוח איבר אינטראקטיבי ועיבוד אצווה. אנו מאמינים כי עבודה סטנדרטית זה יכול להיות מועיל לפיתוח תרופות ובדיקות הדמיה אחרת באמצעות בדיקות שכותרתו fluorescently.

טומוגרפיה תיווך הקרינה, טומוגרפיה הקרינה נקראת גם מולקולרית (FMT), היא טכניקה מבטיחה להעריך את הפצת הקרינה ברקמות מפוזרת, כגון עכברים מורדמים או אפילו רקמות גוף אדם, למשל, שדיים או מפרקי אצבע כמותית. בניגוד לשיטות מיקרוסקופיה לא פולשנית, המאפשרות הדמיה של מטרות שטחיות ברזולוציה subcellular 1, FMT מאפשר שחזור תלת ממדי של מקורות ניאון במעמקים של כמה סנטימטרים, אם כי ברזולוציה נמוכה יותר 2. בדיקות ניאון ממוקדות רבות זמינות לאנגיוגנזה תמונה, אפופטוזיס, דלקת, ואחרים 2-5. בדיקות חלקם activatable, למשל., על ידי מחשוף אנזים ספציפי המוביל לunquenching של fluorochromes. יתר על כן, ניתן הדמיה גני הכתב להביע חלבוני ניאון, למשל, כדי לעקוב אחר תאים סרטניים הגירה 6. FMT מאוד נהנה מהשילוב עם שיטה אנטומיים, למשל, μCT 2,7 או MRI 8. בעוד מכשירי FMT עצמאיים הם זמינים מסחריים 9, תמונות הקרינה קשות לפרש ללא מידע התייחסות אנטומיים. לאחרונה הצליחו להראות, כי נתוני תמונה אנטומית התמזגו מאפשרים ניתוח חזק יותר 10. גם נתונים אנטומיים יכולים לשמש כדי לספק ידע מוקדם, כגון צורה החיצונית של העכבר, וזה חשוב עבור מודלים אופטיים מדויקים וקרינת שחזור 11. יתר על כן, ניתן להעריך מפות פיזור וקליטה אופטיות באמצעות פילוח של סוגי רקמות ועל ידי הקצאת מקדמים ספציפיים כיתת 12,13. לאור האינפרה-אדום קרוב, המוגלובין הוא בולם העיקרי בעכברים, מלבד מלנין ופרווה 14. מאז ביחס נפח הדם משתנה אזורי לפי סדר גודל, מפת קליטה היא חשובה במיוחד עבור קוואןשחזור הקרינה titative 13. אחד יתרונות של שימוש במכשירי הדמיה לא פולשנית הוא שניתן הדמיה העכברים לאורך זמן, כלומר, בנקודות זמן שונות. זה חשוב להעריך את ההתנהגות הדינמית של בדיקות, כלומר, הצטברות היעד שלהם, biodistribution והפרשה 10,15, או להעריך את התקדמות המחלה 16. כאשר הדמיה כמה עכברים בנקודות זמן מרובים, כמות גדולה של ערכות נתונים תמונה עולה. כדי לאפשר השוואה, אלה צריכים להיות שנרכשו באופן שיטתי, כלומר, עם פרוטוקול מוגדר היטב ומתועד. המספר הגדול של סריקות מציב אתגר לניתוח תמונה, אשר נדרש כדי לחלץ מדידות כמותיות מנתוני התמונה. מטרת המחקר שלנו היא לספק תיאור מפורט של פרוטוקול ההדמיה μCT-FMT שהשתמשנו ומותאם לאורך מספר מחקרים 10,13,15,17,18. אנו מתאריםאיך ערכות נתונים נוצרות, מעובד, דמיינו, ונותח. זה בא לידי ביטוי באמצעות בדיקה הוקמה מולקולרית, OsteoSense, שנקשרה לhydroxyapatite 19, וניתן להשתמש בם למחלות עצם תמונה ושיפוץ 2. כל הנהלים הקשורים בעלי חיים אושרו על ידי ועדת ביקורת הממשלתית על טיפול בבעלי חיים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>FMT (Fluorescence molecular tomography) FMT2500 LX</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>FMT2000</td>
			<td>Device for fluorescence molecular tomography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#181;CT (micro computed tomography) Tomoscope Duo</td>
			<td>CT Imaging GmbH</td>
			<td>Tomoscope Duo</td>
			<td>Device for micro computed tomography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimodal Mouse Bed</td>
			<td>CT Imaging GmbH</td>
			<td>Experimental builder</td>
			<td>Partially transparent animal holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IsoFlo (isoflurane, USP)</td>
			<td>Abbott</td>
			<td>05260-05</td>
			<td>Isoflurane Inhalation anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal anesthesia system</td>
			<td>Harvard apparatus</td>
			<td>726419</td>
			<td>Complete Isoflurane Table-Top System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorophyll-free mouse food</td>
			<td>Ssniff</td>
			<td>E15051</td>
			<td>low chlorophyll / low fluorescence food</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OsteoSense 750EX</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>NEV10053EX</td>
			<td>Animal FMT contrast agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portex Fine Bore Polythene Tubing</td>
			<td>Smith medical</td>
			<td>800/100/120</td>
			<td>Tube for injection catheter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterican 30g</td>
			<td>BBraun</td>
			<td>4656300</td>
			<td>Hypodermic needle for catheter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imeron</td>
			<td>Altana pharma</td>
			<td>INLA F.1/0203/3.5337.69</td>
			<td>CT contrast agent for the phantom inclusions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>90-12-36-6</td>
			<td>Agarose for phantom production</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TiO2</td>
			<td>Applichem</td>
			<td>A1900,1000</td>
			<td>Titanium oxyde as phantom scattering agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan blue</td>
			<td>Fluka</td>
			<td>93595</td>
			<td>Trypan blue to adjust phantom light propagation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy7</td>
			<td>Lumiprobe</td>
			<td>15020</td>
			<td>Fluorochrome for the phantom inclusions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipovenoes 20%</td>
			<td>Fresenius Kabi</td>
			<td>3094740</td>
			<td>Lipid emulsion, scattering agent for FMT contrast agents</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Definiens Developer XD Server</td>
			<td>Definiens AG</td>
			<td>Server XD</td>
			<td>Software platform for automated segmentation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imalytics Preclinical</td>
			<td>ExMI/Gremse-IT</td>
			<td>Version 2.0.1</td>
			<td>Software for image fusion, reconstruction and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NVIDIA Geforce Titan</td>
			<td>Asus</td>
			<td>GTXTITAN6GD5</td>
			<td>High end computer graphics card, 6GB Memory</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hybrid &#181;ct-fmt imaging and image analysis

טומוגרפיה תיווך הקרינה (FMT) מאפשרת קביעת אורך וכמותי של הפצת הקרינה in vivo וניתן להשתמש בו כדי להעריך את biodistribution של בדיקות חדשניות ולהעריך את התקדמות מחלה באמצעות בדיקות מולקולריות הוקמו או גני כתב. השילוב עם שיטה אנטומיים, למשל, טומוגרפיה ממוחשבת מיקרו (μCT), מועיל לניתוח תמונה ולשיקום הקרינה. אנו מתארים פרוטוקול להדמיה multimodal μCT-FMT כוללים צעדי עיבוד תמונה דרושים כדי לחלץ מדידות כמותיות. לאחר הכנת העכברים וביצוע ההדמיה, ערכות נתונים multimodal רשומות. בהמשך לכך, שחזור הקרינה משופר מתבצע, אשר לוקח בחשבון את הצורה של העכבר. לניתוח כמותי, פילוחי איבר נוצרים מבוססים על נתונים אנטומיים באמצעות כלי הפילוח האינטראקטיבי שלנו. לבסוף, מ&quot;ק biodistributionrves נוצרים באמצעות תכונת עיבוד אצווה. אנחנו מראים את תחולתה של השיטה על ידי הערכת biodistribution של בדיקה ידועה שנקשרה לעצמות ומפרקים.

אנחנו מוחלים פרוטוקול המתואר להעריך biodistribution של בדיקה, OsteoSense ממוקד, אשר נקשר לhydroxyapatite. 3 עכברים (C57BL / 6 APOE - / - Ahsg - / - עכברי כפולים נוקאאוט, 10 שבועות) הם צילמו לפני 15 דקות ו, 2 שעות, 4 שעות, 6 שעות, 24 שעות ולאחר הזרקת IV של 2 OsteoSense nmol. התוכנה שלנו מזוהה באופן אוטומטי הסמנים מובנים בתוך מיטת עכבר multimodal (איור 1, איור 2 א, ב), שאיפשר שילוב של נתונים אנטומיים μCT עם שחזור הקרינה שבוצע על ידי FMT (איור 2 ג, ד). מאז OsteoSense היא בדיקה עם משקל מולקולרי נמוך, הפרשת כליות מהירה ולכן אות גבוהה בשלפוחית ​​השתן צפוי. שילוב של שחזור הקרינה של FMT חשף בעיות כגון אות איבדה מחוץ לשלפוחית ​​השתן (איור 2 ג, ד). בעיות אלה מתרחשות עקב FMT לא יודע את הצורה האמיתית של העכבר ומניח צורת בלוק. Ouשחזור r קובע את הצורה מדויקת מנתוני μCT ויוצר פיזור וקליטה מפות 13 על מנת לאפשר שחזור הקרינה מדויק יותר עם ​​לוקליזציה אות טובה יותר, וזה בולט במיוחד לשלפוחית ​​השתן (איור 2E, F). כדי להקצות את הקרינה המשוחזרת לאזורים מתאימים, אנחנו אינטראקטיבי מפולחים כמה איברים באמצעות התוכנה שלנו (איור 3). לכל אחת מהסריקות 18, 7 אזורים היו מפולחים על בסיס נתוני μCT, כלומר., לב, ריאות, כבד, כליות, עמוד השדרה, מעי ושלפוחית ​​שתן. בהמשך לכך, התוכנה שימשה לחישוב ריכוז הקרינה הממוצע לכל אחד מהאזורים 126. למרבה המזל, התוכנה מספקת במצב אצווה, שמחשב את כל הערכים ושומר אותם בגיליון אלקטרוני יחיד. כדי להמחיש את הפצת הקרינה, הדמיות 3D נוצרו עבור כל נקודת זמן,באמצעות הגדרת חלונאית דומה (איור 4 א-ו). שימוש בערכי האיבר לכמת, biodistribution חושבו על ידי ממוצע ערכי איברים בשלושה העכברים (איור 4G). הסריקות מראש, שנרכשו לפני ההזרקה, הראו אות רקע זניחה. 15 דקות לאחר ההזרקה, האות החזק ביותר הופיע בשלפוחית ​​השתן, בגלל הפרשת הכליות מהירה. בנקודות הזמן שלאחר מכן, הבדיקה שנותרה הצטברה בעצמות ומפרקים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig1.jpg" /> איור 1. מיטת מולטימודליות עכבר. () מיטת עכבר multimodal מכיל שני לוחות זכוכית אקריליק שחוזקה להחזיק את העכבר. ההידוק מותאם באמצעות שני ברגים. מיטת העכבר מכילה סמנים (חורים ריקים) להיתוך תמונה. גז הרדמה מסופק באמצעות צינור גמיש המקובע עם tקוף. מיטת העכבר (ב) מחוברת למחזיק מתכת ונערכה במרכז gantry μCT מסתובב. (ג) להימנע מפער בין מיטת עכבר ובעל המתכת, כי אחר, הסמנים ניתן להקצות באופן שגוי שהובילו להיתוך שגוי. צינור גז ההרדמה צריך להיות מחובר למחבר הצינור. (ד) מיטת העכבר צריכה להיות מוכנס לתוך FMT עם החזית הראשונה כדי לאפשר איחוי אוטומטי נכון. (ה) הסמנים גלויים למצלמה FMT, המשמשת לגילוי הסמן האוטומטי וההיתוך. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52770/52770fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig2.jpg" /> (A, B) מסומן איור 2. תמונת היתוך ושיקום. ואת הצורה החיצונית של mouse נקבעים על ידי אלגוריתם הפילוח האוטומטי. (C, D) 15 דקות לאחר ההזרקה של OsteoSense, כמות ניכרת של החללית כבר מופרשת לתוך שלפוחית ​​השתן. לאחר פיוזינג השחזור סופק על-ידי ספק עם נתוני μCT, הבעיות להיות גלויות. רוב האות מופיע מסביב לשלפוחית ​​השתן, אך לא בתוך שלפוחית ​​השתן וחלק האות אפילו מופיעה באוויר. זה קורה כי FMT מניח עכבר בצורת בלוק. (E, F) שחזור הקרינה המשופר שלנו, תוך שימוש בצורה של העכבר נגזר מנתוני μCT, תוצאות בלוקליזציה טובה יותר של הקרינה בתוך שלפוחית ​​השתן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52770/52770fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig3.jpg" /> איור 3. האינטראקטיבי האיברים Segmentat<html> . יון () כדי לכמת את הפצת הקרינה, כמה איברים מפולחים: לב (אדום), ריאה (ורוד), כבד (חום), בטן (בז &#39;), עמוד השדרה (סגולה), כליות (צהובות), מעי (ירוק) , ושלפוחית ​​שתן (זהב). (ב) הריאות, אשר מאוד בניגוד לעומת הרקמה הסובבת, היא מפולחות באמצעות thresholding ומילוי אזור. איברים (ג) עגולים, כגון שלפוחית ​​השתן, כליות, לב ומפולחים באמצעות &quot;קשקושים&quot;. איברים (ד &#39;) עם צורה מורכבת יותר, למשל, כבד וקיבה מפולחים באופן הדרגתי באמצעות שרבוטים. למגזר עמוד השדרה, סף גבוה מוחל על קטע כל העצמות. אז כמה עצמות, למשל., הצלעות, נחתכות משם, עד שעמוד השדרה נשארה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52770/52770fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> בתוך עמודים = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig4.jpg" /> איור 4. biodistribution. כדי להעריך את biodistribution, העכברים נסרקים במספר נקודות זמן (AF). (א) הסריקה מראש, לפני הזריקה, תערוכות אות רקע מעט בערוץ 750 ננומטר. (ב) 15 דקות לאחר הזרקה, כמות ניכרת של החללית כבר בשלפוחית ​​השתן. (ג) בנקודת הזמן 2 שעות, העכבר השתין, וכתוצאה מכך חלק הקרינה מחוץ לעכבר. בנקודות זמן מאוחר יותר (DF), האות מופיעה בעיקר בעצמות ובמפרקים, כלומר., בעמוד השדרה והברכיים. (G) ריכוז הקרינה לכמת מוצג לאיברים שנבחרו.

Watch this Scientific Journal Video about Hybrid ÂµCT-FMT imaging and image analysis at JoVE.com

Hybrid  &amp;#181;CT-FMT imaging and image analysis

We describe a protocol for hybrid imaging, combining fluorescence-mediated tomography (FMT) with micro computed tomography (&#181;CT). After fusion and reconstruction, we perform interactive organ segmentation to extract quantitative measurements of the fluorescence distribution.

הדמיה μCT-FMT היברידי וניתוח תמונה

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

13.0K Views.  RWTH Aachen University. We describe a protocol for hybrid imaging, combining fluorescence-mediated tomography (FMT) with micro computed tomography (µCT). After fusion and reconstruction, we perform interactive organ segmentation to extract quantitative measurements of the fluorescence distribution.

Video: Hybrid  &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Specimen Preparation, Imaging, and Analysis Protocols for Knife-edge Scanning Microscopy

Major advances in high-throughput, high-resolution, 3D microscopy techniques have enabled the acquisition of large volumes of neuroanatomical data at submicrometer resolution. One of the first such instruments producing whole-brain-scale data is the Knife-Edge Scanning Microscope (KESM)7, 5, 9, developed and hosted in the authors' lab. KESM has been used to section and image whole mouse brains at submicrometer resolution, revealing the intricate details of the neuronal networks (Golgi)1, 4, 8, vascular networks (India ink)1, 4, and cell body distribution (Nissl)3. The use of KESM is not restricted to the mouse nor the brain. We have successfully imaged the octopus brain6, mouse lung, and rat brain. We are currently working on whole zebra fish embryos. Data like these can greatly contribute to connectomics research10; to microcirculation and hemodynamic research; and to stereology research by providing an exact ground-truth. 
In this article, we will describe the pipeline, including specimen preparation (fixing, staining, and embedding), KESM configuration and setup, sectioning and imaging with the KESM, image processing, data preparation, and data visualization and analysis. The emphasis will be on specimen preparation and visualization/analysis of obtained KESM data. We expect the detailed protocol presented in this article to help broaden the access to KESM and increase its utilization.

The full process from brain specimen preparation to serial sectioning imaging using the Knife-Edge Scanning Microscope, to data visualization and analysis is described. This technique is currently used to acquire mouse brain data, but it is applicable to other organs, other species.

הכנת הדגימה, הדמיה, ניתוח הפרוטוקולים מיקרוסקופית סכין קצה סריקה

Major advances in high-throughput, high-resolution, 3D microscopy techniques have enabled the acquisition of large volumes of neuroanatomical data at ...

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting airways, whereas adenocarcinomas are typically more peripheral in location. Lung malignancy detection early in the disease process may be difficult due to several limitations: radiological resolution, bronchoscopic limitations in evaluating tissue underlying the airway mucosa and identifying early pathologic changes, and small sample size and/or incomplete sampling in histology biopsies. High resolution imaging modalities, such as optical frequency domain imaging (OFDI), provide non-destructive, large area 3-dimensional views of tissue microstructure to depths approaching 2 mm in real time (Figure 1)2-6. OFDI has been utilized in a variety of applications, including evaluation of coronary artery atherosclerosis6,7 and esophageal intestinal metaplasia and dysplasia6,8-10.
Bronchoscopic OCT/OFDI has been demonstrated as a safe in vivo imaging tool for evaluating the pulmonary airways11-23 (Animation). OCT has been assessed in pulmonary airways16,23 and parenchyma17,22 of animal models and in vivo human airway14,15. OCT imaging of normal airway has demonstrated visualization of airway layering and alveolar attachments, and evaluation of dysplastic lesions has been found useful in distinguishing grades of dysplasia in the bronchial mucosa11,12,20,21. OFDI imaging of bronchial mucosa has been demonstrated in a short bronchial segment (0.8 cm)18. Additionally, volumetric OFDI spanning multiple airway generations in swine and human pulmonary airways in vivo has been described19. Endobronchial OCT/OFDI is typically performed using thin, flexible catheters, which are compatible with standard bronchoscopic access ports. Additionally, OCT and OFDI needle-based probes have recently been developed, which may be used to image regions of the lung beyond the airway wall or pleural surface17.
While OCT/OFDI has been utilized and demonstrated as feasible for in vivo pulmonary imaging, no studies with precisely matched one-to-one OFDI:histology have been performed. Therefore, specific imaging criteria for various pulmonary pathologies have yet to be developed. Histopathological counterparts obtained in vivo consist of only small biopsy fragments, which are difficult to correlate with large OFDI datasets. Additionally, they do not provide the comprehensive histology needed for registration with large volume OFDI. As a result, specific imaging features of pulmonary pathology cannot be developed in the in vivo setting. Precisely matched, one-to-one OFDI and histology correlation is vital to accurately evaluate features seen in OFDI against histology as a gold standard in order to derive specific image interpretation criteria for pulmonary neoplasms and other pulmonary pathologies. Once specific imaging criteria have been developed and validated ex vivo with matched one-to-one histology, the criteria may then be applied to in vivo imaging studies. Here, we present a method for precise, one to one correlation between high resolution optical imaging and histology in ex vivo lung resection specimens. Throughout this manuscript, we describe the techniques used to match OFDI images to histology. However, this method is not specific to OFDI and can be used to obtain histology-registered images for any optical imaging technique. We performed airway centered OFDI with a specialized custom built bronchoscopic 2.4 French (0.8 mm diameter) catheter. Tissue samples were marked with tissue dye, visible in both OFDI and histology. Careful orientation procedures were used to precisely correlate imaging and histological sampling locations. The techniques outlined in this manuscript were used to conduct the first demonstration of volumetric OFDI with precise correlation to tissue-based diagnosis for evaluating pulmonary pathology24. This straightforward, effective technique may be extended to other tissue types to provide precise imaging to histology correlation needed to determine fine imaging features of both normal and diseased tissues.

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

A method to image ex vivo pulmonary resection specimens with optical frequency domain imaging (OFDI) and obtain precise correlation to histology is described, which is essential to developing specific OFDI interpretation criteria for pulmonary pathology. This method is applicable to other tissue types and imaging techniques to obtain precise imaging to histology correlation for accurate image interpretation and assessment. Imaging criteria established with this technique would then be applicable to image assessment in future in vivo studies.

הדמיה אופטית של תחום תדר<em&gt; גופיים</em&gt; דוגמאות כריתת ריאה: קבלת תמונה אחד לאחד למתאם היסטופתולוגיה

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting ...

High-resolution Spatiotemporal Analysis of Receptor Dynamics by Single-molecule Fluorescence Microscopy

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., kinetics, coexistence of different states and populations, transient interactions), which are typically hidden in ensemble measurements, such as those obtained with standard biochemical or microscopy methods. Thus, dynamic events, such as receptor-receptor interactions, can be followed in real time in a living cell with high spatiotemporal resolution. This protocol describes a method based on labeling with small and bright organic fluorophores and total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy to directly visualize single receptors on the surface of living cells. This approach allows one to precisely localize receptors, measure the size of receptor complexes, and capture dynamic events such as transient receptor-receptor interactions. The protocol provides a detailed description of how to perform a single-molecule experiment, including sample preparation, image acquisition and image analysis. As an example, the application of this method to analyze two G-protein-coupled receptors, i.e., &#946;2-adrenergic and &#947;-aminobutyric acid type B (GABAB) receptor, is reported. The protocol can be adapted to other membrane proteins and different cell models, transfection methods and labeling strategies.

This protocol describes how to use total internal reflection fluorescence microscopy to visualize and track single receptors on the surface of living cells and thereby analyze receptor lateral mobility, size of receptor complexes as well as to visualize transient receptor-receptor interactions. This protocol can be extended to other membrane proteins.

רזולוציה גבוהה ניתוח Spatiotemporal של קולטן Dynamics ידי המולקולה בודדת מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., ...

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

ריחוף מגנטי יחד עם הדמיה ניידת וניתוח עבור אבחון מחלות

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

Quantifying Intermembrane Distances with Serial Image Dilations

A recently-described extracellular nanodomain, termed the perinexus, has been implicated in ephaptic coupling, which is an alternative mechanism for electrical conduction between cardiomyocytes. The current method for quantifying this space by manual segmentation is slow and has low spatial resolution.We developed an algorithm that uses serial image dilations of a binary outline to count the number of pixels between two opposing 2 dimensional edges.This algorithm requires fewer man hours and has a higher spatial resolution than the manual method while preserving the reproducibility of the manual process.In fact, experienced and novice investigators were able to recapitulate the results of a previous study with this new algorithm.The algorithm is limited by the human input needed to manually outline the perinexus and computational power mainly encumbered by a pre-existing pathfinding algorithm.However, the algorithm&#39;s high-throughput capabilities, high spatial resolution and reproducibility make it a versatile and robust measurement tool for use across a variety of applications requiring the measurement of the distance between any 2-dimensional (2D) edges.

The purpose of this algorithm is to continuously measure the distance between two 2-dimensional edges using serial image dilations and pathfinding. This algorithm can be applied to a variety of fields such as cardiac structural biology, vascular biology, and civil engineering.

לכימות מרחקים Intermembrane עם תמונות טורי Dilations

A recently-described extracellular nanodomain, termed the perinexus, has been implicated in ephaptic coupling, which is an alternative mechanism for ...

Substructure Analyzer: A User-Friendly Workflow for Rapid Exploration and Accurate Analysis of Cellular Bodies in Fluorescence Microscopy Images

The last decade has been characterized by breakthroughs in fluorescence microscopy techniques illustrated by spatial resolution improvement but also in live-cell imaging and high-throughput microscopy techniques. This led to a constant increase in the amount and complexity of the microscopy data for a single experiment. Because manual analysis of microscopy data is very time consuming, subjective, and prohibits quantitative analyses, automation of bioimage analysis is becoming almost unavoidable. We built an informatics workflow called Substructure Analyzer to fully automate signal analysis in bioimages from fluorescent microscopy. This workflow is developed on the user-friendly open-source platform Icy and is completed by functionalities from ImageJ. It includes the pre-processing of images to improve the signal to noise ratio, the individual segmentation of cells (detection of cell boundaries) and the detection/quantification of cell bodies enriched in specific cell compartments. The main advantage of this workflow is to propose complex bio-imaging functionalities to users without image analysis expertise through a user-friendly interface. Moreover, it is highly modular and adapted to several issues from the characterization of nuclear/cytoplasmic translocation to the comparative analysis of different cell bodies in different cellular sub-structures. The functionality of this workflow is illustrated through the study of the Cajal (coiled) Bodies under oxidative stress (OS) conditions. Data from fluorescence microscopy show that their integrity in human cells is impacted a few hours after the induction of OS. This effect is characterized by a decrease of coilin nucleation into characteristic Cajal Bodies, associated with a nucleoplasmic redistribution of coilin into an increased number of smaller foci. The central role of coilin in the exchange between CB components and the surrounding nucleoplasm suggests that OS induced redistribution of coilin could affect the composition and the functionality of Cajal Bodies.

We present a freely available workflow built for rapid exploration and accurate analysis of cellular bodies in specific cell compartments in fluorescence microscopy images. This user-friendly workflow is designed on the open-source software Icy and also uses ImageJ functionalities. The pipeline is affordable without knowledge in image analysis.

מנתח מבנה משנה: זרימת עבודה ידידותית למשתמש לחקר מהיר וניתוח מדויק של גופים סלולריים בתמונות מיקרוסקופ פלואורסצנטית

The last decade has been characterized by breakthroughs in fluorescence microscopy techniques illustrated by spatial resolution improvement but also in ...

Imaging and Quantification of the Area of Fast-Moving Microbubbles Using a High-Speed Camera and Image Analysis

An experimental and image analysis technique is presented for imaging cavitation bubbles and calculating their area. The high-speed imaging experimental technique and image analysis protocol presented here can also be applied for imaging microscopic bubbles in other fields of research; therefore, it has a wide range of applications. We apply this to image cavitation around dental ultrasonic scalers. It is important to image cavitation to characterize it and to understand how it can be exploited for various applications. Cavitation occurring around dental ultrasonic scalers can be used as a novel method of dental plaque removal, which would be more effective and cause less damage than current periodontal therapy techniques. We present a method for imaging the cavitation bubble clouds occurring around dental ultrasonic scaler tips using a high-speed camera and a zoom lens. We also calculate the area of cavitation using machine learning image analysis. Open source software is used for image analysis. The image analysis presented is easy to replicate, does not require programming experience, and can be modified easily to suit the application of the user.

Cavitation microbubbles are imaged using a high-speed camera attached to a zoom lens. The experimental setup is explained, and image analysis is used to calculate the area of the cavitation. Image analysis is done using ImageJ.

הדמיה וכמות של האזור של מיקרו-bubbles הנע במהירות באמצעות מצלמה במהירות גבוהה וניתוח תמונה

An experimental and image analysis technique is presented for imaging cavitation bubbles and calculating their area. The high-speed imaging experimental ...

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

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

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

ציטומטריית זרימה בממדיות גבוהה לניתוח תפקוד מערכת החיסון של רקמות שתל מנותחות

The success of implanting laboratory-grown tissue or a medical device in an individual is subject to the immune response of the recipient host. ...

Area-based Image Analysis Algorithm for Quantification of Macrophage-fibroblast Cocultures

Quantification of cells is necessary for a wide range of biological and biochemical studies. Conventional image analysis of cells typically employs either fluorescence detection approaches, such as immunofluorescent staining or transfection with fluorescent proteins or edge detection techniques, which are often error-prone due to noise and other non-idealities in the image background. 
We designed a new algorithm that could accurately count and distinguish macrophages and fibroblasts, cells of different phenotypes that often colocalize during tissue regeneration. MATLAB was used to implement the algorithm, which differentiated distinct cell types based on differences in height from the background. A primary algorithm was developed using an area-based method to account for variations in cell size/structure and high-density seeding conditions. 
Non-idealities in cell structures were accounted for with a secondary, iterative algorithm utilizing internal parameters such as cell coverage computed using experimental data for a given cell type. Finally, an analysis of coculture environments was carried out using an isolation algorithm in which various cell types were selectively excluded based on the evaluation of relative height differences within the image. This approach was found to accurately count cells within a 5% error margin for monocultured cells and within a 10% error margin for cocultured cells.

We present a method, which utilizes a generalizable area-based image analysis approach to identify cell counts. Analysis of different cell populations exploited the significant cell height and structure differences between distinct cell types within an adaptive algorithm.

אלגוריתם ניתוח תמונה מבוסס אזור לכימות של קוקולטורות מקרופאגים-פיברובלסטים

Quantification of cells is necessary for a wide range of biological and biochemical studies. Conventional image analysis of cells typically employs either ...

Hybrid Cell Analysis System to Assess Structural and Contractile Changes of Human iPSC-Derived Cardiomyocytes for Preclinical Cardiac Risk Evaluation

Cardiac contractility assessment is of immense importance for the development of new therapeutics and their safe transition into clinical stages. While human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) hold promise to serve as a human-relevant model in preclinical phases of drug discovery and safety pharmacology, their maturity is still controversial in the scientific community and under constant development. We present a hybrid contractility and impedance/extracellular field potential (EFP) technology, adding significant pro-maturation features to an industry-standard 96-well platform.
The impedance/EFP system monitors cellular functionality in real-time. Besides the beat rate of contractile cells, the electrical impedance spectroscopy readouts detect compound-induced morphological changes like cell density and integrity of the cellular monolayer. In the other component of the hybrid cell analysis system, the cells are cultured on bio-compliant membranes that mimic the mechanical environment of real heart tissue. This physiological environment supports the maturation of hiPSC-CMs in vitro, leading to more adult-like contractile responses including positive inotropic effects after treatment with isoproterenol, S-Bay K8644, or omecamtiv mecarbil. Parameters such as the amplitude of contraction force (mN/mm2) and beat duration also reveal downstream effects of compounds with influence on electrophysiological properties and calcium handling.
The hybrid system provides the ideal tool for holistic cell analysis, allowing preclinical cardiac risk assessment beyond the current perspectives of human-relevant cell-based assays.

The analysis of changes in contractile function and cellular integrity of human iPSC-derived cardiomyocytes is of immense importance for nonclinical drug development. A hybrid 96-well cell analysis system addresses both parameters in a real-time and physiological manner for reliable, human-relevant results, necessary for a safe transition into clinical stages.

מערכת ניתוח תאים היברידית להערכת שינויים מבניים והתכווצות של קרדיומיוציטים שמקורם ב- iPSC אנושי להערכת סיכון לבבי פרה-קליני

Cardiac contractility assessment is of immense importance for the development of new therapeutics and their safe transition into clinical stages. While ...