Questo lavoro è stato supportato dai seguenti borse di studio (DaSilva AF): Istituto Superiore di Sanità - Istituto nazionale dei disordini neurologici e Stroke - K23 NS062946, il cervello di Dana Foundation e Immuno-Imaging Award, e il Emicrania Research Foundation Research Grant Award. Gli autori riconoscono il PET Centro di Medicina Nucleare tecnologi (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, e Caitlin Hendricks) e il personale di Functional MRI Laboratory (Scott Peltier e Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, il ricercatore principale, ha avuto pieno accesso a tutti i dati dello studio, e si assume la responsabilità per l&#39;integrità dei dati e l&#39;accuratezza dell&#39;analisi dei dati. Gli autori dichiarano assenza di conflitti di interesse legati a questo studio.

Lo studio deve essere approvato dal locale Institutional Review Board, e dalla Drug Comitato di Ricerca radioattivo. Il soggetto di ricerca fornisce il consenso informato scritto per partecipare allo studio. Il protocollo è diviso in tre fasi cronologiche: <ol><li> Sessione MRI </li><li> Sessione PET durante la fase ictale (mal di testa) di emicrania </li><li> Sessione PET durante la fase di interictale (senza mal di testa) di emicrania </li></ol> Il paziente è responsabile per la compilazione di un diario mal di testa, e per la conferma con il gruppo di ricerca del verificarsi di un attacco di emicrania il giorno della sessione di imaging. Entrambi, interictale e ictale, scansioni PET devono essere programmate durante le fasi follicolare metà degli anni diversi del paziente (da 5 a 10 giorni dopo il primo giorno di sanguinamento mestruale), che in questo caso è stato rintracciato e calcolate in anticipo da un ginecologo con esperienza nel campo (YRS). 1. MRI Session <ol><li> Preparing per l&#39;esperimento <ol><li> Prima di preparare il soggetto per la scansione, è necessario seguire le istruzioni di sicurezza adeguate a causa del campo magnetico dello scanner MR. Tutto il personale di studio devono essere prima di entrare nella stanza procedura MR metal-free. </li><li> Fornire una copia del consenso informato, in precedenza firmata dal volontario di ricerca durante lo screening iniziale, al tecnologo MR. </li></ol></li><li> Preparazione del soggetto per la scansione <ol><li> Il giorno della risonanza magnetica, chiedere al soggetto di ricerca di compilare un modulo di screening di sicurezza MRI. È necessario questo modulo per MRI preso presso l&#39;Università del Michigan - fMRI laboratorio. Il questionario rafforza che il soggetto è anche privo di metallo e non ha una condizione medica che richiede un&#39;attenta e speciale considerazione (ad esempio, frammenti estranei metallici, impiantato dispositivo meccanico / elettrico). </li><li> Rassicurare che il partecipante comprende le MR procedura, rischi e benefici. </li><li> Consegnateer la forma di screening compilato al tecnologo MR che saranno assiste nella procedura. </li></ol></li><li> Acquisire una scansione MRI anatomica T1-pesate durante una fase interictale per il paziente in uno scanner 3 Tesla. <ol><li> Utilizzare i seguenti parametri della sequenza per l&#39;acquisizione MRI: <ul><li> A. Axial rovinato gradiente richiamata (SPGR) acquisizione 3D </li><li> B. larghezza di banda = 15.63 </li><li> C. Tempo di ripetizione [TR] = 9.2 msec </li><li> Tempo D. Echo [TE] = 1.9 msec </li><li> E. Inversion preparazione recupero di 500 msec </li><li> F. flip angle = 15 ° </li><li> G. 25/26 FOV </li><li> H. Numero delle eccitazioni [NEX] = 1 </li><li> I. 144 sezioni contigue </li><li> J. 1,0 millimetri di spessore fetta </li><li> K. 256 x 256 matrice </li></ul></li></ol></li></ol> 2. Ictal PET sessione <ol><li> Preparazione per l&#39;esperimento <ol><li> Prima di confermare la scansione presso l&#39;University Hospital, in contatto con il soggetto per verificare in che phase del ciclo mestruale lei sarà il giorno della scansione. Si raccomanda di eseguire una PET durante la fase follicolare metà-fine (da 5 a 10 giorni dopo il sanguinamento mestruale esordio). </li><li> Inviare una richiesta in ospedale per produrre [11 C] carfentanil, una radiotracer breve vita con un&#39;affinità selettiva per i recettori μ-oppioidi, utilizzando un ciclotrone in prossimità della scansione. Il tracciante deve essere prodotto 2 ore prima della scansione. </li><li> Il giorno del potenziale PET ictal contattare l&#39;soggetto 2 ore prima della designazione di confermare la presenza di un attacco di emicrania spontanea. Se un attacco di emicrania è presente, validare la diagnosi di emicrania in seguito alla Classificazione Internazionale delle Cefalee. Dopo la diagnosi, assicurare che il partecipante è in grado di ottenere in modo sicuro in ospedale per sottoporsi alla scansione. Fornire il trasporto se il soggetto non è comodo guida o se nessun guidatore designato è disponibile. </li></ol></li><li> Preparazione del SuCon riserva per la scansione <ol><li> Quando il partecipante arriva in ospedale, la sua accompagnerà alla suite di PET per il rinnovo di diagnosi basata sulla Classificazione Internazionale delle Cefalee. Prima della scansione, eseguire un test di droga urina per confermare che il soggetto non ha fatto presa alcuna sostanza che possa interagire con il carfentanil tracciante [11 C], seguito da un test di gravidanza nelle urine. </li><li> Ribadisce che il partecipante capisce la procedura PET, rischi e benefici. </li><li> Consegnare una copia del consenso informato, in precedenza firmata dal volontario di ricerca durante la proiezione iniziale, il tecnologo Medicina Nucleare. </li><li> Seguendo la guida del tecnologo Medicina Nucleare, aiutare il soggetto stabilirsi nello scanner. </li><li> Hanno il soggetto sottoposto 1 90 min PET con un HR Siemens + scanner in modalità 3D (immagini ricostruite hanno una larghezza piena a metà (FWHM) risoluzione del ~ 5,5 millimetri-in-aereo e 5,0 millimetri assiale massimo). </li> &lt;li&gt; Per ogni dose carfentanil [11 C] (555 MBq ≤ 0,03 mg / kg), somministrare cinquanta per cento in bolo con la restante continuamente infuso nel corso della scansione di raggiungere livelli tracciante allo stato stazionario di circa 35 minuti dopo la somministrazione del tracciante . </li><li> Sessione PET interictale. </li><li> Ripetere i passaggi 2,2-2,6 durante la fase non-mal di testa. </li></ol></li></ol> 3. PET Dati ricostruzione <ol><li> Ricostruire immagini PET utilizzando algoritmi interattivi in ​​una matrice di pixel 128 x 128 in un campo di diametro 28,8 centimetri di vista (FOV). </li><li> Acquisire 21 fotogrammi dell&#39;immagine e co-registro uno con l&#39;altro per correggere il movimento durante la scansione. </li><li> Ottenere una trasmissione 6 min (fonte 68Ge) scansione prima della scansione PET ai fini della correzione dell&#39;attenuazione. </li><li> Convertire i dati di immagine dinamici per ogni scansione su base voxel per voxel in due serie di immagini parametriche (10 - 40 min): <ol><li> Utilizzare un metro trasporto tracciante (K1 ratio) per le procedure coregistrazione e normalizzazione; e </li><li> Utilizzare una misura recettore-correlati, BP ND, proporzionale alla Bmax (concentrazione dei recettori) di dividere per Kd (affinità per il recettore). </li></ol></li><li> Stimare queste misure utilizzando l&#39;analisi grafica Logan basato regione di riferimento con la corteccia occipitale come regione di riferimento 12. </li></ol> 4. PET Analisi dei dati NOTA: uniformare anatomica immagini nello spazio modello utilizzando Statistical Parametric Mapping (SPM8) il software seguendo la sequenza qui sotto. <ol><li> Co-registrare la scansione MR e scansioni K1. </li><li> Normalizzare la scansione MR al cervello modello di Montreal neurologico Institute (MNI) utilizzando Dartel. </li><li> Applicare la matrice deformazione conseguente alle immagini PET. </li><li> Verificare la co-registrazione e la precisione normalizzazione confrontando le immagini RM e PET trasformato al modello atlante MNI. </li><li> Regione di interesse (ROI) analisi. </li&gt; </ol> Esaminare l&#39;attività di varie regioni bilaterali che sono impegnate durante il trattamento del dolore, tra cui: <ul><li> A. anteriore / mediale / cingolata posteriore </li><li> B. Insula </li><li> C. Hippocampus </li><li> D. amigdala </li><li> Testa E. caudato / corpo </li><li> F. Nucleus accumbens </li><li> G. Putamen </li><li> H. laterale / mediale globo pallido </li><li> Nuclei I. Thalamus (anteriore ventrale, posteriore ventrale laterale / mediale, laterale posteriore, linea mediana, dorsale laterale / mediale) </li><li> Materia grigia J. periacqueduttale (PAG) </li></ul><ol><li> Definire Marsbar (nello spazio standardizzato per ciascuna di queste regioni, con l&#39;eccezione del PAG Generare il PAG ROI inserendo una sfera 3 mm! Coordinate: destra: 4, -28, -6 e sinistra:. -2, -28 , -6. Questa posizione PAG è stato precedentemente dimostrato di avere alterazioni diffusionali e di connettività nei pazienti con emicrania rispetto ai controlli sani 13,14. NOTA: studi test-retest con [11 C] Carfentanil dimostrare la riproducibilità delle misure BP ND di ben inferiore al 10%, con la maggior parte delle regioni corticali essere 3-5% 15. I più grandi coefficienti di variazione (CoV = Std.Dev. / Media) sono tipicamente osservate nelle regioni con l&#39;associazione più basso, tuttavia, anche nelle regioni corticali con il più basso vincolante BP ND CoV di stati ~ 0.5. Quindi, variazioni percentuali ROI μOR BP ND tra le scansioni vengono considerati solo come significativo quando sopra il 10%. </li></ol> 5. 3D-neuronavigazione <ol><li> Preparazione per un&#39;esperienza 3D-IIN <ol><li> Organizzare i dati forniti in formato dati volumetrici NIfTI come una pila di immagini con livelli di densità e di attivazione definiti come 16 bit. </li><li> Indossare occhiali attivi per consentire il tempo sequenziale effetto 3D stereoscopico. Gli occhiali operano attraverso il blocco di un occhio mentre l&#39;immagine per l&#39;altro occhio viene visualizzata sulla schermata. Il processo si ripete poi per l&#39;altro occhio. Questo shutterieffetto ng avviene a 110 Hz. </li><li> Utilizzare un joystick per le interazioni con la simulazione dopo essere stato istruito sul suo impiego. </li><li> Outfit gli occhiali e joystick con marcatori riflettenti per consentire il monitoraggio preciso 6DOF degli oggetti nello spazio attraverso un sistema di motion capture Vicon. </li></ol></li><li> Visualizza Aubject Attivazione dei dati <ol><li> Utilizzare i file di configurazione XML per definire le mappature di colore di livelli di densità e di attivazione, che vengono caricati quando inizia l&#39;applicazione e condivisi con ogni computer del cluster. </li><li> Acquisire le cellule volumetriche 3-dimensionale dalle NIfTIdata cabina per mezzo di funzioni di carico interne giugulare e la libreria software open source &quot;Niftilib&quot;. </li><li> Condividi risultante cellule volumetriche con ogni computer del cluster per migliorare la velocità. </li><li> Interpretare le cellule volumetriche da un shader di OpenGL (GLSL) che conduce marcia ray e la visualizzazione dei voxel con i vari colori e trasparenze definiti dafile di configurazione XML di mapping colore precedentemente condivisi. </li></ol></li><li> Ottenere la posizione attraverso il sistema Vicon e utilizzare questo per aggiornare le prospettive disegnate dei dati volumetrici su ogni schermo. </li><li> Interazioni Record e li usa per regolare dinamicamente e tagliare i piani attraverso i dati per navigare nello spazio virtuale. </li></ol> 6. 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) <ol><li> Conservare i dati di attivazione soggetti nel formato di dati NIfTI, un tipo di dati volumetrico che viene interpretato utilizzando la libreria Niftilib. </li><li> Ottenere le interazioni e la posizione tramite un sistema di tracciamento Vicon, un dispositivo joystick, e l&#39;input gestuale. Utilizzare queste informazioni per garantire l&#39;immagine visualizzata rappresenta il punto di vista corretto, permettendo l&#39;esplorazione in tempo reale del set di dati, e abilitare il controllo dinamico per un massimo di 3 piani di taglio arbitrario utilizzando i movimenti familiari e schemi di controllo (Figura 1). </li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

In questo case report, i dati del neuroimaging emicrania è stata esplorata per la prima volta, in un coinvolgente la realtà virtuale 3D, che ha dimostrato una diminuzione della disponibilità di recettore μ-oppioidi (μOR BP ND). Riduzioni μOR BP ND implicano che c&#39;è una conduzione superiore e / o una perdita di recettori μ-oppioidi nel sistema nervoso centrale. Riduzioni acute μOR BP ND nelle regioni del dolore-matrice durante la scansione ictale rispetto alla scansione interictale, sono tenuti a verificarsi come conseguenza del rilascio di oppioidi endogeni che interagiscono con μORs come una risposta normativa al dolore in corso, rendendo meno μORs accessibile al radiotracciante. La novità del nostro studio neuroimaging emicrania ictale risiede nel nuovo approccio neuronavigazione 3D per studiare i dati effettivi del cervello di un paziente in realtà virtuale. La tecnologia radiotracer PET è stata utilizzata per misurare le variazioni di μORsla disponibilità con [11 C] carfentanil. Quando esaminato durante l&#39;evento mal di testa, il cervello dei soggetti emicranici sono di solito sottoposti a scansione a seguito di un trigger di attacco (ad es., Nitroglicerina, fotostimolazione) 16,17, o sotto la richiesta tecnica di uno specifico evocata stimolo (ad es., Dolore, pennello, la luce , e l&#39;odore) 18-20. Tutti questi studi confermano la consapevolezza che il disturbo è associato con ipereccitabilità corticale e sottocorticale durante la fase di mal di testa. Tuttavia, una tale pletora di stimoli nei protocolli di neuroimaging introduce molteplici fattori che offuscano la nostra comprensione della suola impatto di un attacco di emicrania acuta sul sistema nervoso centrale. Dai pochi studi funzionali precedenti senza la presenza di stimolazione esogena, vi è un&#39;indicazione di aumento del flusso cerebrale regionale in aree come la corteccia cingolata, ipotalamo, e tronco cerebrale 21, che può persistere anche dopo la terapia acuta 22. Finora, Le tecnologie di neuroimaging applicate non hanno consentito la caratterizzazione molecolare di processi neurotrasmettitore / recettore coinvolti nella attacco di emicrania, come il meccanismo di μ-oppioidi endogeni, una delle più importanti risorse analgesici nel cervello. Inoltre, il nostro metodo ha permesso questi processi da esplorare con neuronavigazione 3D in un ambiente virtuale. Il sistema modulatorio discendente del dolore è una complessa rete che regola l&#39;elaborazione dolore in larga misura attraverso recettori μ-oppioidi tutto il cervello, incluse spinale per aree sovra-spinale. Queste aree sono noti per essere coinvolti in anti-nocicezione, analgesia indotta da stress endogeno, e nell&#39;azione dei farmaci oppioidi comunemente usati per il dolore cronico e il trattamento dell&#39;emicrania. Infatti, la vasodilatazione durale neurogenica associato emicrania può essere inibita da morfina e successivamente annullata dalla antagonista oppioide naloxone, indicando che gli effetti della morfina sulla neurogenainfiammazione sono mediate specificamente attraverso l&#39;attivazione dei recettori μ-oppioidi 23. È interessante notare che la grandezza di oppioidi endogeni / μORs attivazioni regionali negli esseri umani è legato alla capacità dell&#39;individuo di sopprimere elementi sensoriali e affettivi dell&#39;esperienza del dolore 24. Nel nostro studio, le regioni cerebrali che hanno mostrato riduzioni di disponibilità del recettore μ-oppioidi durante la fase ictale sono responsabili di entrambi gli elementi dell&#39;esperienza emicrania e la sua modulazione. Sono ACC, talamo, i gangli basali (ad es., NAcc), ippocampo, e la PAG. Oltre alla sensibilizzazione causa anormale traffico afferente trigemino, una ipotesi solido per fisiopatologia dell&#39;emicrania è la disfunzione del sistema modulante. In questo caso, le proiezioni da / a strutture del tronco cerebrale, come il PAG, in cui vi è un&#39;alta espressione di recettori oppioidi, sarebbe inefficiente produrre il loro effetto anti-nocicettivo su ASCEnding neuroni sensoriali. Inoltre, altre strutture corticali superiori partecipano a questo meccanismo difettoso dolore-modulante in emicrania. Un recente studio di riposo stato interictale riportato cambiamenti nella connettività di emicranici rispetto ai controlli sani nel PAG ventrolaterale e la maggior parte del (sub) strutture corticali del sistema di modulazione del dolore e correlato questi con la frequenza degli attacchi di cefalea 13. Le regioni con variazioni di connettività trovati in questo studio sono le stesse di quelle con i cambiamenti nella μOR BP ND trovato nel nostro studio. La stessa posizione PAG è stato originariamente segnalato come comprende neuroplasticità microstrutturale in emicranici 14, e qui ha avuto una notevole diminuzione μOR BP ND durante l&#39;attacco. Sono necessari ulteriori studi con coorti più grandi per confermare ed estendere i risultati presentati in questo rapporto di caso. Per esempio, è attualmente sconosciuto perché il sistema non risponde correttamenteper l&#39;uso a lungo termine di oppioidi esogeni frequentemente prescritti in cliniche emicrania. Tuttavia, il nostro studio fornisce importanti informazioni meccanicistico, sull&#39;impatto di un attacco di emicrania nel sistema μ-oppioidi, e utilizza un romanzo 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) approccio per la prima volta. In futuro, questo metodo 3D esplorativo potrebbe fornire una prospettiva molto più coinvolgente e interattivo per esaminare i cervelli dei pazienti nella ricerca e nella clinica.

L&#39;emicrania è un disturbo dolore trigeminale cronica che colpisce quasi il 16% delle donne e il 6% degli uomini negli Stati Uniti e nel mondo 1-3. Ripetuti attacchi di cefalea emicrania hanno un impatto su gran parte della vita del paziente, compromettendo la qualità della vita e delle prestazioni, che costano miliardi di dollari in mancati giorni di scuola / lavoro e di risorse sanitarie 4. Durante gli attacchi di mal di testa debilitanti, i suoi malati hanno una spiccata sensibilità per nocivo (iperalgesia) e anche stimoli nonnoxious (allodinia) 5. Il sistema neurotrasmettitore μ-oppioidi è uno dei principali meccanismi endogeni di modulazione del dolore nel nostro cervello. Esso è coinvolto nella regolazione della percezione sperimentale e clinica dolore, così come nella azione analgesica dei farmaci oppioidi 6-9 che sono stati associati con la cronicizzazione di attacchi di emicrania 10. I recenti progressi nella Positron Emission Tomografia (PET) imaging molecolare consentire lo studio dei meccanismi molecolari importanti nel cervello di pazienti con dolore cronico in vivo 11. In questo studio, nonostante la logistica impegnativi della sincronizzazione aleatoria e debilitante natura degli attacchi episodici con la complessità di installazione di sessione PET / radiotracciante, neuronavigazione 3D è stato usato per la prima volta a indagare μOR disponibilità in regioni dolore matrice chiave di un paziente cervello durante un attacco di emicrania spontanea. Caso Presentazione Un 36enne femmina asiatica è stata arruolati nello studio. Ha presentato con una storia di 10 anni di emicrania con aura visiva. Emicrania lato destro si sono verificati in media 12 giorni al mese, con moderata a grave intensità del dolore che di solito dura 72 ore (se non trattata o trattata senza successo). C&#39;è stato un aumento della frequenza degli attacchi di cefalea intorno al suo ciclo mestruale, cheavuto uno schema regolare tutto lo studio. I sintomi associati comprendono: nausea, vomito, fotofobia, fonofobia e. Durante gli attacchi di cefalea regolari che non ha presentato sintomi autonomici. Poiché il trattamento, che gestiva i suoi sintomi con la sola terapia abortiva farmacologica, che si basa su farmaci anti-infiammatori non steroidei, e non c&#39;erano indicazioni di uso eccessivo di farmaci o l&#39;assunzione di oppiacei. L&#39;esame clinico durante la visita di screening era insignificante e senza anomalie, e una revisione dei sistemi era entro i limiti normali. Lei era sola senza figli, e non stava usando il farmaco contraccettivo.

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

Un crescente corpo di ricerca, generata principalmente da studi basati su MRI, mostra che l&#39;emicrania sembra verificarsi, ed eventualmente sopportare, causa l&#39;alterazione di specifici processi neurali nel sistema nervoso centrale. Tuttavia, le informazioni manca l&#39;impatto molecolare di questi cambiamenti, in particolare sul sistema oppioide endogeno durante l&#39;emicrania, e neuronavigazione attraverso questi cambiamenti non è mai stato fatto. Questo studio si propone di indagare, con un romanzo 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) l&#39;approccio, la trasmissione μ-oppioidi endogeni nel cervello durante un attacco di emicrania mal di testa in vivo. Questo è senza dubbio uno dei più neuromechanisms centrali associati con la regolazione del dolore, che colpisce più elementi dell&#39;esperienza dolore e analgesia. A 36 anni di età femminile, che ha sofferto con l&#39;emicrania per 10 anni, è stato scansionato nel mal di testa tipico (ictale) e nonheadache (interictali) fasi di emicrania con Positron Emissione di positroni (PET) con il carfentanil radiotracer selettiva [11 C], che ci ha permesso di misurare la disponibilità del recettore μ-oppioidi nel cervello (non spostabile potenziale legame - μOR BP ND). Il radiotracciante breve vita è stato prodotto da un ciclotrone e chimica apparecchio di sintesi del campus situato in prossimità della struttura di imaging. Entrambe le scansioni PET, interictale e ictale, sono state programmate durante le fasi di metà-fine separati follicolare del ciclo mestruale della paziente. Durante la sessione PET ictale sua spontanea attacco di mal di testa ha raggiunto livelli di intensità gravi; progressione di nausea e vomito alla fine della sessione di scansione. Ci sono state riduzioni di μOR BP ND nelle regioni del dolore-modulatori del sistema μ-oppioidi endogeni durante la fase ictale, tra cui la corteccia cingolata, nucleus accumbens (CCNA), talamo (Thal), e la sostanza grigia periacqueduttale (PAG); indicando che μORs erano già occupati da oppioidi endogeni rilasciatiin risposta al dolore in corso. A nostra conoscenza, questa è la prima volta che cambia in μOR BP ND durante un attacco di emicrania mal di testa sono stati neuronavigated utilizzando un nuovo approccio 3D. Questo metodo consente la ricerca e la didattica esplorazione interattiva di un attacco di emicrania in neuroimaging set di dati di un paziente reale.

Il paziente ha presentato in ospedale con un mal di testa pulsante temporale e occipitale destra, con intensità di 6 su una scala di dolore 0-10. Stava avendo il suo tipico attacco di emicrania, ma senza aura. Aveva iniziato al risveglio 5 ore prima del (ictale) sessione PET, e lei riuscì a tollerare senza alcuna terapia farmacologica abortivo. Per la sua conoscenza, il mal di testa non è stata evocata da qualsiasi fattore scatenante (ad esempio, l&#39;alcol, la privazione del sonno). Non sono stati segnalati sintomi autonomici, ma fotofobia e fonofobia erano presenti. Dopo l&#39;inizio della sessione PET ictale l&#39;intensità mal di testa intensificato, raggiungendo livelli gravi (9 su una scala di dolore 0-10) 60 min nello studio; progressione di nausea e vomito alla fine della sessione di scansione. Diminuzione μOR BP ND stato notato nel cervello del paziente durante l&#39;emicrania spontanea (fase ictale), rispetto alla linea di base (fase interictale) (Figura 2). Ci siamore riduzioni dei brevetti in μOR BP ND nelle principali regioni dolore matrice del sistema μ-oppioidi endogeni, inclusi i seguenti nuclei: talamo dorsale laterale destro (11, -19, -16: 10,2%), di destra dorsale mediale (6, -17, -8: 11,1%), linea mediana a destra (8, -19, -16: 27%), ed anteriore ventrale (9, -9, -12: 12,0%). Inoltre, i cambiamenti sono stati trovati nella anteriore destra (8, 35, 14: 13,7%) e lasciato corteccia cingolata posteriore (-5, -44, 23: 11,8%), il corpo di sinistra caudato (-11, 6, 15: 12.0 %), mediale globo pallido (a destra: 16, -4, -3: 16,2%; sinistra: -14, -4, -3: 22,6%), il nucleo accumbens sinistra (-9, -11, -7: 10,5% ), e ippocampo (a destra: 30, -22, -14: 12,6%; sinistra: -30, -22, -14: 11,5%). C&#39;è stato un aumento μOR BP ND solo nella amigdala sinistra (-23, -4, -19: 11,7%). Nel tronco encefalico, la significativa riduzione ictale in μOR BP ND esteso dal rostrale a caudale materia grigia periacqueduttale (PAG) (a destra: 4, -28, -6: 15,1%; sinistra: -2, -28, -6: 14.6 %) (Figure 3). Tuttavia, le variazioni percentuali emisferiche globali nel μOR BP ND durante l&#39;attacco di emicrania erano modesti (a destra: 8,5%; sinistra: 8.29%), indicando che le diminuzioni del μOR BP ND erano specifici per le strutture dolore matrice nel cervello . <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Piena realtà virtuale 3D di navigazione dei dati di un emicranico cervello. Per la prima volta i dati emicrania effettivo di neuroimaging è stato esplorato in maniera completamente immersiva di realtà virtuale 3D, che include la navigazione illimitata attraverso i dati (da studenti, medici e ricercatori), per quanto riguarda la disponibilità dei recettori μ-oppioidi (μOR BP ND) nel cervello durante l&#39;emicrania attacco mal di testa in vivo. <img alt="Figura 2" fo: content-width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50682/50682fig2highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; .. Figura 2 μ-oppioidi del cervello Profilo di un Emicrania Mal di testa in vivo la fase ictale (riga in basso) - Fase di mal di testa - mostra una diminuzione nella disponibilità del recettore μ-oppioidi (μOR BP ND) nelle regioni del dolore-matrice (valore di soglia, DV = 4.50). Questo risultato rappresenta forse un aumento del rilascio μ-oppioidi endogeni durante l&#39;attacco di emicrania, come risposta regolamentare alla forte mal di testa continuo. Parole chiave: talamo (Thal), nucleus accumbens (Nac), e anteriore della corteccia del cingolo (ACC). <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Mesencefalo / Pons / Medulla μ-oppioidi Receptor Availability Durante un attacco di emicrania in vivo. La fase ictale (a destracolonna) - fase di cefalea - mostra una ridotta disponibilità recettore μ-oppioidi lungo la sostanza grigia periacqueduttale (PAG) (valore di soglia, DV = 4.50), rispetto alla fase interictale (colonna di sinistra) - fase non cefalea. Parole chiave: PAG: r - rostrale; m - mediale; c - caudale.

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

In questo studio, gli autori riportano per la prima volta un 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) attraverso l&#39;impatto di un attacco di emicrania mal di testa spontanea nel sistema μ-oppioidi del cervello di un paziente in vivo romanzo.

3D-neuronavigazione<em&gt; In Vivo</em&gt; Attraverso il cervello di un paziente durante una spontanea Emicrania Mal di testa

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

3d-neuronavigation-vivo-through-patient-s-brain-during-spontaneous

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

17.8K Views.  University of Michigan School of Dentistry.  In questo studio, gli autori riportano per la prima volta un 3D immersiva e interattiva neuronavigazione (3D-IIN) attraverso l'impatto di un attacco di emicrania mal di testa spontanea nel sistema μ-oppioidi del cervello di un paziente in vivo romanzo. 

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

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

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

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

In Imaging bioluminescenza in vivo di Dinamica Tumore ipossia di metastasi cerebrali cancro al seno in un modello murino

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

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In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

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

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

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

In vivo doppio substrato Bioluminescent Imaging

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

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

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

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

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

Imaging Glioma Iniziazione<em&gt; In Vivo</em&gt; Attraverso un lucido e sottile rinforzato cranio finestra craniale

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

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

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

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

Utilizzando una finestra craniale per visualizzare l&#39;arteria cerebrale media Durante endotelina-1 indotta da occlusione dell&#39;arteria cerebrale media

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

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

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

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

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

Un romanzo ad alta risoluzione<em&gt; In vivo</em&gt; Tecnica di imaging per studiare la risposta dinamica di strutture intracraniche alla crescita del tumore e Terapeutica

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

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

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

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

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

Sequenziale<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging di osteogeniche cellule staminali / progenitrici durante la frattura di riparazione

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

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

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

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

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

Eccitotossica stimolazione del cervello Microslices come<em&gt; In vitro</em&gt; Modello di Corsa

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

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

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

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

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

Telemetria intrauterina misurare mouse contrattile Pressione<em&gt; In Vivo</em

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

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

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

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

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

Attivazione reattiva Gliosi<em&gt; In Vivo</em&gt; Da un Forebrain Stab Injury

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

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

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

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

L&#39;esaurimento delle cellule di topo da xenotrapianti tumorali umani migliora in modo significativo Analisi A valle delle cellule bersaglio

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