The authors acknowledge funding from the NIDCR (Grant No. DE019902) and from the Israeli Science Foundation (Grant No. 382/13).

Il protocollo segue le linee guida della cura degli animali istituzionale e uso comitato (IACUC) della Hebrew University di Gerusalemme, Israele (Richiesta n MD-12-13524-4), un impianto AAALAC approvata, e il Cedars-Sinai Medical Center IACUC (Richiesta n ° 3770). Gli animali sono stati trattati con la massima aderenza alle linee guida NIH. 1. Preparazione di Bone Alloinnesti <ol><li> Euthanize 7- a 8 settimane di età topi Balb / C, o qualsiasi ceppo diverso dal ricevente, utilizzando il metodo standard di CO 2 inalazione o iniezione intraperitoneale di 50 microlitri fenobarbital (65 mg / ml .; 100 mg / kg). Confermare l&#39;assenza di un battito cardiaco ed eseguire dislocazione cervicale. In alternativa, raccogliere le allotrapianti da carcasse che sono stati tenuti in -20 ° C e scongelati prima del raccolto. </li><li> Radere la regione cranica con un tagliatore di capelli, applicandolo contro la direzione della crescita dei capelli. Disinfettare la testa della carcassa mediante l&#39;applicazione di 70% isopropanol. Tagliare la pelle del cuoio capelluto con un bisturi n ° 11 e rimuovere il periostio. </li><li> Utilizzando un trapano dentistico e una da 4,5 mm di diametro interno-trapano, staccare un frammento circolare di calvaria. Trasferire il frammento osseo di un piatto di plastica da 100 mm contenente soluzione fisiologica sterile. A questo punto, osservare sangue e tessuti molli attaccato al frammento osseo (Figura 1A). Ottenere frammenti ossei in questo modo da 22 donatori. </li><li> Tenere frammento un osso alla volta utilizzando pinzette ricurve. Tampone a fondo utilizzando cotone punta dell&#39;applicatore e rimuovere qualsiasi tessuto cerebrale, dei tessuti molli, e il sangue (Figura 1B). Tagliare delicatamente eventuali frammenti ossei che rimangono attaccati al trapianto con le forbici sottili in modo che il trapianto avrà una forma arrotondata perfetta. </li><li> Immergere ogni innesto volta in una provetta da 15 ml contenente 70% di etanolo e due volte in 15 ml provette contenenti PBS per lavare l&#39;etanolo. </li><li> Congelare i trapianti in una -80 ° C in frigorifero cryotubes per aalmeno 1 settimana. A questo punto, assicurarsi che le allotrapianti appaiono trasparente (Figura 1C). </li></ol> Chirurgia 2. cranica Difetto <ol><li> Per i destinatari di utilizzare i topi transgenici che esprimono luciferasi sotto il controllo del promotore osteocalcina 6. </li><li> Sterilizzare le punte degli strumenti chirurgici utilizzando un riscaldatore perle di vetro per 30 sec. Trasferire gli strumenti per un vaso contenente il 70% di isopropanolo per mantenere condizioni sterili. Utilizzare guanti sterili. </li><li> Anestetizzare un 7- a 8 settimane di età topo femmina mediante iniezione intraperitoneale di una miscela ketamine- medetomidina (75 mg / kg e 1 mg / kg, rispettivamente). Pinch l&#39;arto animale per assicurarsi che sia profondamente anestetizzato. Non lasciare un animale incustodito fino a quando non ha ripreso conoscenza sufficiente per mantenere decubito sternale. </li><li> Radere la regione cranica con un tagliatore di capelli applicando contro la direzione della crescita dei capelli. Applicare la crema-la rimozione dei capelli per eliminare eventuali residui di pelliccia e pulirla after non più di 2 minuti con garza asciutta seguite da garza imbevuta di soluzione salina. Si deve prestare attenzione per evitare di ottenere negli occhi. In alternativa, l&#39;unguento veterinario occhio può essere applicato prima della depilazione come un ulteriore livello di protezione per gli occhi. È indispensabile che tutte le tracce del crema depilatoria essere rimosse per evitare possibili irritazioni da eccessiva esposizione all&#39;agente chimico. Disinfettare il cuoio capelluto mediante l&#39;applicazione di 5% di clorexidina (Figura 1D). </li><li> Un&#39;iniezione sottocutanea di 5 mg / kg carprofen diluito in 200 microlitri di soluzione salina. Applicare veterinario occhio unguento per prevenire la secchezza e mantenere l&#39;animale su un pad termico in ogni momento. Posizionare l&#39;animale sotto il binocolo operativi. </li><li> Fare un 1 cm di lunghezza taglio ovale in pelle cuoio con le forbici sottili e pinzette (Figura 1E). Tenere il periostio con una pinzetta curve e tagliare con le forbici sottili. </li><li> Praticare la cranica difetto 2 millimetri anteriore alla sutura lambdoidea utilizzando un trapano dentistico unnd un trapano esterna diametro di 5 mm (Figura 1F e G). Per evitare la penetrazione della dura madre, praticare tre quarti della strada nell&#39;osso e staccare il frammento osseo con una spatola. </li><li> Per impiantare un autotrapianto, recuperare il frammento osseo e lavarlo in un piatto di plastica 10 millimetri contenente 10 ml di soluzione salina sterile per rimuovere i detriti. Non rimuovere i tessuti molli. Per impiantare un allotrapianto, disgelo in anticipo un allotrapianto e normalizzare a RT, e poi lavare. </li><li> Posizionare l&#39;innesto osseo nel difetto con una pinzetta curva in modo da non toccare i margini difetto (Figura 1H). Incollare l&#39;innesto con l&#39;osso ospite usando il gel di fibrina (5 ml di 46 mg / ml di fibrinogeno mescolati con 5 ml di 25 U / ml trombina). </li><li> Suturare la pelle con 4-0 Vicryl sutura (Figura 1I). Applicare iodopovidone al taglio chirurgico. Si deve prestare attenzione per evitare la contaminazione della sutura da pelliccia. Mark l&#39;orecchio del mouse e iniettare 0,25 mg / kg Antisedan to invertire l&#39;effetto anestetico di medetomidina. </li><li> Se l&#39;animale non svegliarsi 10 minuti, assicurarsi che si trova su un tappetino riscaldato. Iniettare 200 ml soluzione fisiologica sterile, e, se necessario iniettare 0,1 mg / kg Antisedan. Non restituire un animale che ha subito un intervento chirurgico per la compagnia di altri animali fino alla completa guarigione. </li><li> Tenere gli animali in gabbia separati per una settimana per impedire loro di aprire i punti di sutura. Posizionare il mouse Chow immersi in acqua in una capsula di Petri sul pavimento della gabbia per alcuni giorni post-op. Iniettare per via sottocutanea 200 ml di 1 mg / ml di soluzione Carprofen diluita in soluzione fisiologica sterile una volta al giorno per 3 giorni dopo l&#39;intervento chirurgico per il trattamento del dolore post-operatorio. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53459/53459fig1.jpg" /> Figura 1. cranica Alloinnesto Preparazione e cranica Difetto Chirurgia. Il frammento di osso è isolato dalla regione cranica (A). Tessuti molli, Midollo osseo e sangue sono tamponate (B), e l&#39;innesto è sciacquato in etanolo al 70% seguito da due lavaggi in tampone fosfato salino (C, AG = allotrapianto). Il mouse destinatario è preparata per la chirurgia dalla rasatura e disinfezione della cute nella regione cranica (D). Un taglio ovale è creata nella pelle cuoio, e il periostio viene rimosso (E). Successivamente, il difetto cranica è forato utilizzando un trapano 5 mm di diametro (F). Il frammento osseo viene rimosso con una spatola a forma di cucchiaio, lasciando il seno sagittale superiore intatto (G). L&#39;alloinnesto viene quindi posto nel difetto e bloccato usando gel di fibrina (H). Infine, la pelle viene suturata (I). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53459/53459fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 3. Micro-Tomografia Computerizzata per la caratterizzazione diVascular Albero <ol><li> Preparare soluzione salina eparinizzata. Peso 2.000 eparina sodica U e metterlo in tubo da 50 ml di plastica. Aggiungere 20 ml di soluzione fisiologica e agitare bene il tubo. Riempire una siringa da 20 ml Luer lock con 15 ml di soluzione fisiologica eparinizzata riscaldato e collegare la siringa a un set vena del cuoio capelluto 23-G. Fissare la siringa di una pompa a siringa, e impostarlo a pompare 10 ml a 1 ml / min. </li><li> Sedate un mouse con una iniezione intraperitoneale di fenobarbital 50μl (65 mg / ml .; 100 mg / kg). Pinch arto dell&#39;animale per assicurarsi che sia profondamente sedato. Fissare il mouse sul dorso di una scheda di fissazione avvolto con un rivestimento di superficie assorbente (Figura 2A). Posizionare il mouse fissato in una cappa aspirante per evitare l&#39;esposizione del personale a fumi. </li><li> Tagliare la pelle dall&#39;addome al collo con le forbici sottili e pinzette (Figura 2b). Tagliare la parete addominale fino al processo xifoideo (Figura 2C). Tagliare la gabbia toracica lungo la sua faccia laterale. Evitare lesioni ai polmoni und cuore, e assicurarsi che il cuore è completamente esposto. Utilizzare un emostatico per ritrarre sterno (Figura 2D). </li><li> Inserire l&#39;ago a farfalla di 3 mm nel ventricolo sinistro (Figura 2E). Incollare l&#39;ago della parete cardiaca e toracica utilizzando 3 secondi colla (Figura 2F). </li><li> Attivare immediatamente la pompa. Dopo un minuto, sezionare la vena cava inferiore per depressurizzare il sistema vascolare (figura 2G). Inclinare la scheda in modo che i liquidi fluiranno lontano dalla testa. Perfusione successo si tradurrà in compensazione i vasi fegato e del sangue. </li><li> Quando la perfusione soluzione fisiologica eparinizzata è completata, profumato 10 ml di formaldeide al 4%. Evitare la penetrazione di bolle d&#39;aria nel sistema vascolare ed evitare l&#39;esposizione a fumi di formaldeide. Perfusione formaldeide successo comporterà irrigidimento della coda. Lavare la formaldeide con 10 ml di soluzione fisiologica eparinizzate. </li><li> Preparare il mezzo di contrasto radio-opaco secondo manufattoistruzioni urer. Tipicamente, richiederà miscelazione del composto, diluente, e un agente indurente. Utilizzare pipette sierologiche e miscelare la soluzione in un tubo di plastica da 15 ml. </li><li> Profumato l&#39;animale con la miscela di contrasto ad una velocità di 1 ml / min. Osservare i vasi sanguigni coronarici, intestinali ed epatici e assicurarsi che ingialliscono dopo perfusione di 2 - 3 ml, indicando perfusione di successo (Figura 2H). Al termine della perfusione, tagliare tubi del ago a farfalla, ottenere la carcassa solo e avvolgerlo in carta igienica per evitare perdite della soluzione alla regione cranica. Consenti polimerizzazione in 4 ° CO / N. </li><li> Sezionare la regione cranica (figura 2I); Prima di utilizzare un bisturi per tagliare la pelle laterali possibile, evitando di danneggiare la regione craniale di interesse. Individuare l&#39;innesto osseo e quindi utilizzare le forbici sottili per tagliare l&#39;osso cranico 10 mm dal trapianto. </li><li> Eseguire la scansione del CALV isolatocampione di midollo arial utilizzando uno scanner μCT; set campo visivo di 20,5 millimetri, l&#39;energia dei raggi X di 55 kVp, intensità di 145 μA, con 1.000 proiezioni a 360 ° e l&#39;integrazione di tempo di 200 msec. Regolare i parametri μCT 7 all&#39;Immagine altri modelli di difetto osseo. </li><li> Osservare le fette 2D ricostruiti che sono stati generati dal software μCT. Assicurarsi di eseguire la scansione la regione di interesse è appropriato e quindi individuare il difetto cranica. Valutare la qualità della perfusione. Dopo l&#39;identificazione di successo dei vasi sanguigni (Figura 2J), proseguire e disincrostare il campione utilizzando il 6% di acido tricloroacetico (TCA) diluito in doppia Acqua distillata (DDW). </li><li> Eseguire nuovamente la scansione del campione utilizzando i parametri di cui alla sezione 3.10. Individuare la sutura lambdoidea nelle fette 2D ricostruiti. Definire un volume cilindrico di interesse (VOI) in altezza di 2 mm e diametro 8 mm, che è tangente alla sutura - questo è il sito anatomico di difetto. </li><li> Segmento °tessuto e osso da tessuti molli mediante una procedura soglia globale; impostare la soglia inferiore a 130, e applicare un filtro gaussiano vincolata 3D (sigma [σ] = 2.0 e supporto = 2) per eliminare in parte il rumore nei volumi. Generare una ricostruzione in 3D e assicurarsi che la VOI è posizionato correttamente (Figura 2K). </li><li> Generare una mappa di spessore utilizzando il software IPL e la funzione &quot;dt_object_param&quot; (Figura 2L). NOTA: Questa funzione descrive il volume del serbatoio per ogni diametro del vaso. </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53459/53459fig2.jpg" /> Figura 2. perfusione utilizzando un agente radiopaco con approccio cardiaca. Il mouse è applicata al bordo di fissaggio (A), e la pelle è tagliata lungo l&#39;addome fino al collo (B). La parete addominale viene tagliato lungo la linea mediana fino alla proce xifoidess (C), e la gabbia toracica è tagliato lateralmente (D). Un ago a farfalla è inserita nel ventricolo sinistro, evitando l&#39;inserimento nel ventricolo destro, che è notevolmente più scuro (E, il ventricolo destro è indicata dalla linea tratteggiata bianca), e l&#39;ago è fissato alla parete del cuore e del torace (F) . Soluzione salina eparinizzata (2-3 ml) viene pompata nel cuore, e la vena cava inferiore è sezionato (G, freccia bianca indica la vena cava inferiore). Formaldeide (4%) è perfuso e lavato fuori; questo è seguito da una perfusione di agente giallo tinto contrasto radio-opaco. Perfusione successo sarà evidente dai liquidazione dei vasi sanguigni, che cambiano colore al giallo (H). Dopo la polimerizzazione, la regione cranica è isolata (I, AG = trapianto allogenico) e ripreso con uno scanner μCT per confermare la corretta perfusione (J, volume di interesse è contrassegnata con colore arancione). Ilcampione è decalcificata e nuova scansione (K), seguita da generazione di una mappa dello spessore di colore (L). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53459/53459fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 4. imaging di fluorescenza di Bone mineralizzazione e del Sangue di perfusione <ol><li> Ricostituire sonde ad una concentrazione di 2 nmol / 100 ml PBS in una provetta da 1,5 ml (utilizzare una sonda fluorescente bisfosfonato coniugato per monitorare mineralizzazione dell&#39;osso e un agente fluorescente ematica per misurare la perfusione di sangue). Pipetta delicatamente più volte per garantire la dissoluzione omogenea della sonda. </li><li> 24 ore prima della sessione di imaging designato prendere un&#39;immagine di tempo zero; anestetizzare 3 topi utilizzando 2 L / min inalazione di 100% del medico-grado ossigeno integrato con il 3% isoflurano in una camera di induzione. Dopo l&#39;anestesia corretta è stata stabilita, abbassare la concentrazione isoflurano all&#39;1,5% - 2%. </li><li> Applicare veterinario occhio unguento per prevenire la secchezza e assicurarsi pad termico sia acceso in ogni momento. Pinch l&#39;arto animale per assicurarsi che sia profondamente anestetizzato. Non lasciare un animale incustodito fino a quando non ha ripreso conoscenza sufficiente per mantenere decubito sternale. </li><li> Radere la regione cranica con un tagliatore di capelli applicando contro la direzione della crescita dei capelli. Rimuovere i resti di pelliccia con crema di depilazione. Qualsiasi residuo pelliccia interferirà con imaging ottico. Rimuovere suture con le forbici sottili e pinzette. </li><li> Inserire tre animali sul palco IVIS riscaldato a 37 ° C per ogni sessione di imaging. Impostare il tempo di esposizione per l&#39;auto, campo Vista C, e regolare i filtri. Ad esempio, per una sonda fluorescente bisfosfonato coniugato caratterizzato con eccitazione massima in lunghezza d&#39;onda di 680 nm, utilizzare un filtro di eccitazione di 675 nm ed un filtro di emissione di Cy5.5 . Analogamente, quando si utilizza un agente fluorescente ematica di picco con eccitazione a 750 nm lunghezza d&#39;onda di luceutilizzare un filtro di eccitazione di 710 nm ed un filtro di emissione di 780 nm. </li><li> Immagine topi attraverso Vivere software immagine premendo il pulsante &quot;Acquire&quot;. Assicurarsi che la regione cranica è completamente visibile (Figura 3B) Per una guida completa consulenza Lim et al 2009 8. </li><li> Lasciare i topi per risvegliano l&#39;inalazione di ossigeno al 100%. </li><li> Iniettare la sonda fluorescente 2-nmol tramite una iniezione endovenosa di coda. Alla sessione di imaging designato, eseguire l&#39;imaging come descritto sopra. </li></ol> 5. Micro-Tomografia Computerizzata per rigenerazione ossea <ol><li> Per la quantificazione della formazione ossea, anestetizzare il mouse per inalazione del 3% isoflurano, come illustrato nel passo 4.2 - 4.3. Trasferire il mouse per il piatto dello scanner μCT, e inserirlo nello scanner. </li><li> Set tubo a raggi X potenziale energetico dello scanner μCT a 55 kVp e l&#39;intensità di 145 μA risoluzione media. Utilizzando un campo visivo di 20,5 mm, eseguireun esploratore (single x-ray) scansione e definire una regione di interesse si estende dagli occhi del topo alla parte posteriore del cranio. Eseguire una TAC, utilizzando 1.000 proiezioni a 360 ° tempo e l&#39;integrazione di 200 msec. </li><li> Ricostruire le fette 2D con una risoluzione spaziale di 20 micron nominale. Allineare i margini difetto ad una posizione standard utilizzando il software μCT 9. </li><li> Simile al punto 3.20, definire un volume cilindrico di interessi e di applicare il filtro Controllo vincolata 3D (σ = 0.8 e supporto = 1) per sopprimere parzialmente rumore nei volumi. Segmento del tessuto osseo da tessuti molli utilizzando una procedura thresholding globale. </li><li> Determinare il volume di tessuto osseo mineralizzato nel volume di interesse. </li></ol> 6. bioluminescenza Imaging di reclutamento delle cellule staminali e la differenziazione <ol><li> Preparare il mouse per l&#39;imaging come illustrato nelle sezioni 4,2-4,4 e risvegliare i topi per inalazione di ossigeno al 100%. </li><li> Somministrare 126 mg / kg coleottero luciferina per ogni mouse tramite iniezione intraperitoneale, e rispedire l&#39;animale verso la camera di induzione. Dopo 2 minuti, anestetizzare l&#39;animale utilizzando 3% isoflurano. Posizionare i topi sulla IVIS riscaldati palco. </li><li> Via Vivere software immagine, impostare il tempo di esposizione su &quot;auto&quot;, e il campo di vista a C. Immagine topi 5 minuti dopo la somministrazione luciferina. Immagine gli animali come raffigurato al punto 4.6, usando la modalità &quot;bioluminescenza&quot; Definire le regioni di interesse in quanto espressione del transgene varia tra i topi. Normalizzare il segnale cranica alla coda. </li></ol>

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H., 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=Effect+of+calvarial+burring+on+resorption+of+onlay+cranial+bone+graft.">Effect of calvarial burring on resorption of onlay cranial bone graft.</a> J Craniofac Surg. 23 (5), 1495-1498 (2012).</li><li>Yin, J., Jiang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Completely+resorption+of+autologous+skull+flap+after+orthotopic+transplantation:+a+case+report.">Completely resorption of autologous skull flap after orthotopic transplantation: a case report.</a> Int J Clin Exp Med. 7 (4), 1169-1171 (2014).</li><li>Schuss, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+flap+resorption:+risk+factors+for+the+development+of+a+long-term+complication+following+cranioplasty+after+decompressive+craniectomy.">Bone flap resorption: risk factors for the development of a long-term complication following cranioplasty after decompressive craniectomy.</a> J Neurotrauma. 30 (2), 91-95 (2013).</li><li>Ben Arav, 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=Adeno-associated+virus-coated+allografts:+a+novel+approach+for+cranioplasty.">Adeno-associated virus-coated allografts: a novel approach for cranioplasty.</a> J Tissue Eng Regen Med. 6 (10), e43-e50 (2012).</li><li>Ito, H., 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=Remodeling+of+cortical+bone+allografts+mediated+by+adherent+rAAV-RANKL+and+VEGF+gene+therapy.">Remodeling of cortical bone allografts mediated by adherent rAAV-RANKL and VEGF gene therapy.</a> Nat Med. 11 (3), 291-297 (2005).</li><li>Sheyn, D., 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=PTH+promotes+allograft+integration+in+a+calvarial+bone+defect.">PTH promotes allograft integration in a calvarial bone defect.</a> Mol Pharm. 10 (12), 4462-4471 (2013).</li><li>Jain, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+regulation+of+vessel+maturation.">Molecular regulation of vessel maturation.</a> Nat Med. 9 (6), 685-693 (2003).</li><li>Reginato, S., Gianni-Barrera, R., Banfi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Taming+of+the+wild+vessel:+promoting+vessel+stabilization+for+safe+therapeutic+angiogenesis.">Taming of the wild vessel: promoting vessel stabilization for safe therapeutic angiogenesis.</a> Biochem Soc Trans. 39 (6), 1654-1658 (2011).</li><li>Moutsatsos, I. K., 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=Exogenously+regulated+stem+cell-mediated+gene+therapy+for+bone+regeneration.">Exogenously regulated stem cell-mediated gene therapy for bone regeneration.</a> Mol Ther. 3 (4), 449-461 (2001).</li><li>Deckers, M. 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=Bone+morphogenetic+proteins+stimulate+angiogenesis+through+osteoblast-derived+vascular+endothelial+growth+factor.">Bone morphogenetic proteins stimulate angiogenesis through osteoblast-derived vascular endothelial growth factor.</a> A. Endocrinology. 143 (4), 1545-1553 (2002).</li><li>Cornejo, 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=Effect+of+adipose+tissue-derived+osteogenic+and+endothelial+cells+on+bone+allograft+osteogenesis+and+vascularization+in+critical-sized+calvarial+defects.">Effect of adipose tissue-derived osteogenic and endothelial cells on bone allograft osteogenesis and vascularization in critical-sized calvarial defects.</a> Tissue Eng Part A. 18 (15-16), 1552-1561 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Lo scopo degli approcci di imaging multimodali qui descritte è quello di consentire un&#39;indagine meticolosa dell&#39;asse angiogenesi-osteogenesi nel contesto cranica innesto osseo. Neovascolarizzazione è stato ripreso con un protocollo μCT, che ha permesso un accurato ad alta risoluzione dimostrazione 3D dell&#39;albero vascolare che alimenta il vizio cranica. dati μCT possono essere facilmente analizzati utilizzando strumenti avanzati quali il software IPL. Ad esempio, l&#39;analisi spessore mostrata in...

Perdita ossea craniofacciale causa di un trauma, la resezione del tumore, craniotomia decompressiva, e difetto congenito guarisce raramente da sola e presenta una chiara necessità clinica insoddisfatta. Innesti ossei autologhi e innesti ossei allogenici sono ampiamente utilizzati per trattare queste condizioni 1. E &#39;ampiamente accettato che l&#39;osteogenesi è strettamente accoppiato con angiogenesi 2,3. Pertanto, lo studio completo di una terapia proposto per la rigenerazione ossea dovrebbe includere un&#39;indagine completa dell&#39;albero vascolare formazione durante l&#39;intero sito del difetto. Ci sono diversi metodi disponibili per caratterizzare vascolarizzazione in modelli di ricerca. L&#39;albero vascolare può essere indagata mediante analisi istologica. Poiché istologia deduce sezionamento tessuto, vi è un&#39;alta probabilità che l&#39;immagine risultante sarà distorta. Per affrontare questo problema, la microscopia intravitale può essere eseguita per i vasi sanguigni intatti immagine 4; Tuttavia, questo metodo èlimitato a imaging solo piano. μCT scansione di campioni ottenuti da un animale perfuso con agente di contrasto permette imaging 3D della rete vascolare che alimenta il sito di rigenerazione 5. Questo approccio consente una dimostrazione estremamente dettagliata di vascolare di un organo nel suo complesso, nonché una meticolosa analisi della distribuzione dei vasi sanguigni. Inoltre, μCT consente differenziazione tra vari diametri dei vasi sanguigni, che caratterizzano i diversi sottotipi di vasi sanguigni. Abbiamo ipotizzato che l&#39;impianto di un innesto autologo cranica indurrà maggiore neovascolarizzazione di impianto di un allotrapianto, e questa maggiore neovascolarizzazione porterà, a sua volta, ad una maggiore osso formation.To perseguire questa ipotesi abbiamo utilizzato una varietà di tecniche. Abbiamo studiato i modelli di dell&#39;albero vascolare di nuova formazione per l&#39;esecuzione di un&#39;analisi basata su μCT. Abbiamo misurato perfusione sanguigna utilizzando una sonda fluorescente sangue piscina. Successivamente, abbiamo asinised mineralizzazione del tessuto osseo da FLI di una sonda idrossiapatite-diretto e analisi μCT. Infine, abbiamo monitorato il reclutamento delle cellule staminali e la differenziazione, l&#39;esecuzione di BLI in topi transgenici in cui luciferasi è espressa nelle cellule di osteocalcina-positivo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="614">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">C57BL/C&#160; Mice</td>
			<td style="width:112px;">Harlan laboratories</td>
			<td align="right" style="width:119px;">57</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">FVB/n Mice</td>
			<td style="width:112px;">Harlan laboratories</td>
			<td align="right" style="width:119px;">862</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Phenobarbital</td>
			<td style="width:112px;">West waro</td>
			<td style="width:119px;">NDC 0641-0477-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rodent hair clipper</td>
			<td style="width:112px;">Wahl animal</td>
			<td style="width:119px;">8786-451A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Scalpel 11</td>
			<td style="width:112px;">Miltex</td>
			<td align="right" style="width:119px;">27111504</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Dental micro motor</td>
			<td style="width:112px;">marathon III</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">5mm trephine</td>
			<td style="width:112px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:119px;">18004-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hair removing cream</td>
			<td style="width:112px;">Veet</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">KetaVed (Ketamine)</td>
			<td style="width:112px;">Vedco</td>
			<td style="width:119px;">NDC 50989-996-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Domitor</td>
			<td style="width:112px;">Zoetis</td>
			<td style="width:119px;">NADA 141-267</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">carprofen</td>
			<td style="width:112px;">Norbrook</td>
			<td style="width:119px;">02000/4229</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Eye ointment</td>
			<td style="width:112px;">Puralube</td>
			<td style="width:119px;">NDC 17033-211-38</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Operating binocular</td>
			<td style="width:112px;">Kent scientific</td>
			<td style="width:119px;">KSCXTS-1121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fine scissors&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:119px;">14060-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Curve tweezers</td>
			<td style="width:112px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:119px;">11274-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Spoon shaped spatula</td>
			<td style="width:112px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:119px;">10090-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tisseel Fibin gel kit&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Baxter</td>
			<td align="right" style="width:119px;">718971</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">needle holder</td>
			<td style="width:112px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:119px;">12060-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">vicryl suture 4-0</td>
			<td style="width:112px;">Ethicon</td>
			<td style="width:119px;">J392H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Antisedan</td>
			<td style="width:112px;">Zoetis</td>
			<td style="width:119px;">NADA#141033</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Heparin</td>
			<td style="width:112px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">H3393</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">20ml luerlock&#160;</td>
			<td style="width:112px;">BD</td>
			<td align="right" style="width:119px;">302830</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">23G scalp vein set (butterfly needle)</td>
			<td style="width:112px;">BD</td>
			<td align="right" style="width:119px;">367342</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hemostat</td>
			<td style="width:112px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:119px;">13008-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Syringe pump</td>
			<td style="width:112px;">Harvard apparatus</td>
			<td style="width:119px;">PHD 2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">3sec gel glue&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Scotch</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">rodent dissection board</td>
			<td style="width:112px;">Leica</td>
			<td style="width:119px;">38DI02313</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microfil MV-122</td>
			<td style="width:112px;">flow-tech</td>
			<td style="width:119px;">MV-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">uCT40 scanner</td>
			<td style="width:112px;">Scanco</td>
			<td style="width:119px;">uCT40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TCA6%</td>
			<td style="width:112px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">T6399</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Osteosense 680</td>
			<td style="width:112px;">PerkinElmar</td>
			<td style="width:119px;">NEV10020EX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Angiosense750</td>
			<td style="width:112px;">PerkinElmar</td>
			<td style="width:119px;">NEV10011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Oxigen 100% medical grade</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">isoflurane (furane)</td>
			<td style="width:112px;">Baxter</td>
			<td align="right" style="width:119px;">1001936040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">IVIS kinetics</td>
			<td style="width:112px;">Xenogen</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Beetle luciferin</td>
			<td style="width:112px;">Promega</td>
			<td style="width:119px;">E160A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

computed tomography and optical imaging of osteogenesis-angiogenesis coupling to assess integration of cranial bone autografts and allografts

Un importante parametro determinante il successo di una procedura di innesto osseo-è vascolarizzazione della zona circostante l&#39;innesto. Abbiamo ipotizzato che l&#39;impianto di un osso autologo indurrebbe una maggiore rigenerazione ossea da una ricca formazione dei vasi sanguigni. Per studiare l&#39;effetto del trapianto sulla neovascolarizzazione presso il sito del difetto, abbiamo sviluppato una tomografia (μCT) approccio micro-computerizzata per caratterizzare nuova formazione dei vasi sanguigni, che coinvolge la perfusione sistemica dell&#39;animale con un mezzo di contrasto polimerizzazione. Questo metodo consente un&#39;analisi dettagliata vascolare di un organo nella sua interezza. Inoltre, perfusione sanguigna è stata valutata utilizzando imaging di fluorescenza (FLI) di un agente fluorescente ematica. Formazione ossea è stata quantificata da FLI utilizzando una sonda di idrossiapatite mirato e analisi μCT. Reclutamento di cellule staminali è stato monitorato da bioluminescenza (BLI) di topi transgenici che esprimono luciferasi sotto il controllo del promotore osteocalcina.Qui si descrive e dimostrare preparazione del trapianto allogenico, chirurgia difetti cranica, μCT protocolli di scansione per lo studio e l&#39;analisi neovascolarizzazione formazione ossea (tra cui la perfusione in vivo di mezzo di contrasto), e il protocollo per l&#39;analisi dei dati. L&#39;analisi ad alta risoluzione 3D della vascolarizzazione dimostrata significativamente maggiore angiogenesi in animali con autoinnesti impiantati, soprattutto per quanto riguarda la formazione di arteriole. Di conseguenza, la perfusione sanguigna è risultata significativamente più alta nel gruppo autologo dal 7 ° giorno dopo l&#39;intervento chirurgico. Abbiamo osservato mineralizzazione ossea superiore e una maggiore formazione ossea misurata negli animali che hanno ricevuto autoinnesti. Autotrapianto impianto residente indotto il reclutamento di cellule staminali per la sutura osso trapianto-ospite, dove le cellule differenziate in cellule che formano l&#39;osso tra il 7 ° e 10 ° giorno post-operatorio. Questa scoperta significa che la formazione ossea maggiore può essere attribuito al&#39;alimentazione vascolare aumentata che caratterizza l&#39;impianto autologo. I metodi descritti possono servire come strumento ottimale per studiare la rigenerazione ossea in termini di formazione ossea strettamente delimitata e neovascolarizzazione.

Neovascolarizzazione è stata valutata mediante μCT analisi volumetrica e da FLI utilizzando un agente ematica fluorescente per quantificare perfusione sanguigna. Sette giorni dopo l&#39;intervento chirurgico, la scansione μCT dimostrato un volume significativamente più alto dei vasi sanguigni di piccole e medie diametro nei topi che avevano ricevuto autoinnesti che nei topi che avevano ricevuto alloinnesti raccolti da C57BL / 6 (figura 3A). È interessante notare che nel gruppo autograft dell&#39;al...

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Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

L&#39;impianto di innesti ossei autologhi e allogenici costituiscono accettato approcci per trattare la perdita di massa ossea cranio-facciale. Eppure l&#39;effetto della composizione trapianto sull&#39;interazione tra neovascolarizzazione, la differenziazione cellulare e la formazione delle ossa non è chiaro. Vi presentiamo un protocollo di imaging multimodale mira a chiarire l&#39;interdipendenza angiogenesi-osteogenesi in prossimità dell&#39;innesto.

Tomografia Computerizzata e Optical Imaging di osteogenesi-angiogenesi Accoppiamento per valutare l&#39;integrazione di craniche Bone Autoinnesti e Alloinnesti

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...

computed-tomography-optical-imaging-osteogenesis-angiogenesis

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.3K Views.  The Hebrew University–Hadassah Faculty of Dental Medicine.  L'impianto di innesti ossei autologhi e allogenici costituiscono accettato approcci per trattare la perdita di massa ossea cranio-facciale. Eppure l'effetto della composizione trapianto sull'interazione tra neovascolarizzazione, la differenziazione cellulare e la formazione delle ossa non è chiaro. Vi presentiamo un protocollo di imaging multimodale mira a chiarire l'interdipendenza angiogenesi-osteogenesi in prossimità dell'innesto. 

Video: Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

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

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

Tridimensionale con risoluzione ottica Microscopia fotoacustico

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

Ricerca

Bioingegneria

Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) technique), make use of various surface modification techniques, that can, for example, prevent surface fouling, tune the hydrophobicity / hydrophilicity of the surface, adapt to a variety of electronic environments, and most frequently, induce specificity towards a target of interest.1-5 These techniques extend the functionality of otherwise highly sensitive biosensors to real-world applications in complex environments, such as blood, urine, and wastewater analysis.2,6-7 While commercial biosensing platforms, such as Biacore, have well-understood, standard techniques for performing such surface modifications, these techniques have not been translated in a standardized fashion to other label-free biosensing platforms, such as Whispering Gallery Mode (WGM) optical resonators.8-9
WGM optical resonators represent a promising technology for performing label-free detection of a wide variety of species at ultra-low concentrations.6,10-12 The high sensitivity of these platforms is a result of their unique geometric optics: WGM optical resonators confine circulating light at specific, integral resonance frequencies.13 Like the SPR platforms, the optical field is not totally confined to the sensor device, but evanesces; this "evanescent tail" can then interact with species in the surrounding environment. This interaction causes the effective refractive index of the optical field to change, resulting in a slight, but detectable, shift in the resonance frequency of the device. Because the optical field circulates, it can interact many times with the environment, resulting in an inherent amplification of the signal, and very high sensitivities to minor changes in the environment.2,14-15
To perform targeted detection in complex environments, these platforms must be paired with a probe molecule (usually one half of a binding pair, e.g. antibodies / antigens) through surface modification.2 Although WGM optical resonators can be fabricated in several geometries from a variety of material systems, the silica microsphere is the most common. These microspheres are generally fabricated on the end of an optical fiber, which provides a "stem" by which the microspheres can be handled during functionalization and detection experiments. Silica surface chemistries may be applied to attach probe molecules to their surfaces; however, traditional techniques generated for planar substrates are often not adequate for these three-dimensional structures, as any changes to the surface of the microspheres (dust, contamination, surface defects, and uneven coatings) can have severe, negative consequences on their detection capabilities. Here, we demonstrate a facile approach for the surface functionalization of silica microsphere WGM optical resonators using silane coupling agents to bridge the inorganic surface and the biological environment, by attaching biotin to the silica surface.8,16 Although we use silica microsphere WGM resonators as the sensor system in this report, the protocols are general and can be used to functionalize the surface of any silica device with biotin.

Biosensors interface with complex, biological environments and perform targeted detection by combining highly sensitive sensors with highly specific probes attached to the sensor via surface modification. Here, we demonstrate the surface functionalization of silica optical sensors with biotin using silane coupling agents to bridge the sensor and the biological environment.

Collegamento sonde biologiche ai biosensori ottici che utilizza silice agenti di accoppiamento silanici

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) ...

Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging technologies. Existing retinal imaging modalities, such as fundus photography1, confocal scanning laser ophthalmoscopy (cSLO)2, and optical coherence tomography (OCT)3, have significant contributions in monitoring disease onsets and progressions, and developing new therapeutic strategies. However, they predominantly rely on the back-reflected photons from the retina. As a consequence, the optical absorption properties of the retina, which are usually strongly associated with retinal pathophysiology status, are inaccessible by the traditional imaging technologies.
Photoacoustic ophthalmoscopy (PAOM) is an emerging retinal imaging modality that permits the detection of the optical absorption contrasts in the eye with a high sensitivity4-7 . In PAOM nanosecond laser pulses are delivered through the pupil and scanned across the posterior eye to induce photoacoustic (PA) signals, which are detected by an unfocused ultrasonic transducer attached to the eyelid. Because of the strong optical absorption of hemoglobin and melanin, PAOM is capable of non-invasively imaging the retinal and choroidal vasculatures, and the retinal pigment epithelium (RPE) melanin at high contrasts 6,7. More importantly, based on the well-developed spectroscopic photoacoustic imaging5,8 , PAOM has the potential to map the hemoglobin oxygen saturation in retinal vessels, which can be critical in studying the physiology and pathology of several blinding diseases 9 such as diabetic retinopathy and neovascular age-related macular degeneration.
Moreover, being the only existing optical-absorption-based ophthalmic imaging modality, PAOM can be integrated with well-established clinical ophthalmic imaging techniques to achieve more comprehensive anatomic and functional evaluations of the eye based on multiple optical contrasts6,10 . In this work, we integrate PAOM and spectral-domain OCT (SD-OCT) for simultaneously in vivo retinal imaging of rat, where both optical absorption and scattering properties of the retina are revealed. The system configuration, system alignment and imaging acquisition are presented.

Photoacoustic ophthalmology (PAOM), an optical-absorption-based imaging modality, provides the complementary evaluation of the retina to the currently available ophthalmic imaging technologies. We report the using of PAOM integrated with spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) for simultaneous multimodal retinal imaging in rats.

Integrato oftalmoscopia fotoacustico e Spectral-dominio Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging ...

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic imaging. In medical applications, one of the major limitations of optical sensing technology is its susceptibility to environmental conditions, e.g. changes in pressure and temperature, which may saturate the detection. Additionally, the clinical environment often imposes stringent limits on the size and robustness of the sensor. In this work, the combination of pulse interferometry and fiber-based optical sensing is demonstrated for ultrasound detection. Pulse interferometry enables robust performance of the readout system in the presence of rapid variations in the environmental conditions, whereas the use of all-fiber technology leads to a mechanically flexible sensing element compatible with highly demanding medical applications such as intravascular imaging. In order to achieve a short sensor length, a pi-phase-shifted fiber Bragg grating is used, which acts as a resonator trapping light over an effective length of 350 &#181;m. To enable high bandwidth, the sensor is used for sideway detection of ultrasound, which is highly beneficial in circumferential imaging geometries such as intravascular imaging. An optoacoustic imaging setup is used to determine the response of the sensor for acoustic point sources at different positions.

Optical detection of ultrasound is impractical in many imaging scenarios because it often requires stable environmental conditions. We demonstrate an optical technique for ultrasound sensing in volatile environments with miniaturization and sensitivity levels appropriate for optoacoustic imaging in restrictive scenarios, e.g. intravascular applications.

Wideband rivelatore ottico di ultrasuono per applicazioni Medical Imaging

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a nano-scale. As such, traditional methods of describing implant surfaces -&#160;namely numerical determinants of surface roughness -&#160;are inadequate for predicting in vivo performance. Biomechanical testing provides an accurate and comparative platform to analyze the performance of biomaterial surfaces. An improved mechanical testing method to test the anchorage of bone to candidate implant surfaces is presented. The method is applicable to both early and later stages of healing and can be employed for any range of chemically or mechanically modified surfaces -&#160;but not smooth surfaces. Custom rectangular implants are placed bilaterally in the distal femora of male Wistar rats and collected with the surrounding bone. Test specimens are prepared and potted using a novel breakaway mold and the disruption test is conducted using a mechanical testing machine. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate and reproducible means for isolating an exact peri-implant region for testing.

An improved method to mechanically test bone anchorage to candidate implant surfaces is presented. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate means to direct the disruption forces to an exact peri-implant region.

Una migliorata meccanica metodo di prova per valutare osso-impianto Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.

In Vivo quantitativa valutazione della struttura del miocardio, la funzione, la perfusione e sostenibilità Utilizzando cardiaca micro-tomografia computerizzata

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that ...

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high resolutions in live animal models. This allows for repeated imaging of the same rodent over time. This feature not only reduces the total number of rodents required in an experimental design and thereby reduces the inter-subject variation that can arise, but also allows researchers to assess longitudinal or life-long responses to an intervention. To acquire high quality images that can be processed and analyzed to more accurately quantify outcomes of bone micro-architecture, users of in vivo &#181;CT scanners must properly anesthetize the rat, and position and restrain the hind limb. To do this, it is imperative that the rat be anesthetized to a level of complete relaxation, and that pedal reflexes are lost. These guidelines may be modified for each individual rat, as the rate of isoflurane metabolism can vary depending on strain and body size. Proper technique for in vivo &#181;CT image acquisition enables accurate and consistent measurement of bone micro-architecture within and across studies.

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

This paper instructs users of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) scanners how to anesthetize, correctly position and restrain the hind limb of a rat for minimal movement during high-resolution imaging of the tibia. The result is high quality images that can be processed to accurately quantify bone micro-architecture.

Corretto posizionamento e trattenuta di un ratto dell'arto per l'Imaging mirato ad alta risoluzione dell'osso utilizzando Micro-architettura In Vivo Micro-tomografia computerizzata

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high ...

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy (oSLO) and Optical Coherence Tomography (OCT)

While fluorescence imaging is widely used in ophthalmology, a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence retinal image is still a big challenge with the state-of-the-art retinal imaging modalities because they would require z-stacking to compile a volumetric dataset. Newer optical coherence tomography (OCT) and OCT angiography (OCTA) systems overcome these restrictions to provide three-dimensional (3D) anatomical and vascular images, but the dye-free nature of OCT cannot visualize leakage indicative of vascular dysfunction. This protocol describes a novel oblique scanning laser ophthalmoscopy (oSLO) technique that provides 3D volumetric fluorescence retinal imaging. The setup of the imaging system generates the oblique scanning by a dove tail slider and aligns the final imaging system at an angle to detect fluorescent cross-sectional images. The system uses the laser scanning method, and therefore, allows an easy incorporation of OCT as a complementary volumetric structural imaging modality. In vivo imaging on rat retina is demonstrated here. Fluorescein solution is intravenously injected to produce volumetric fluorescein angiography (vFA).

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy oSLO and Optical Coherence Tomography OCT

Here, we present a protocol to get a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence and OCT retinal image by using a novel imaging multimodal platform. We will introduce the system setup, the method of alignment, and the operational protocols. In vivo imaging will be demonstrated, and representative results will be provided.

Multimodale Imaging retinico volumetrica da Oblique scansione Laser oftalmoscopia (oSLO) e tomografia a coerenza ottica (OCT)

While fluorescence imaging is widely used in ophthalmology, a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence retinal image is still a big ...

Use of Micro X-ray Computed Tomography with Phosphotungstic Acid Preparation to Visualize Human Fibromuscular Tissue

Manual dissection and histological observation are common methods used to investigate human tissues. However, manual dissection can damage delicate structures&#160;while processing and histological observation provide limited information through cross-sectional imaging. Micro X-ray computed tomography (microCT) is an effective tool for obtaining three-dimensional information without damaging specimens. However, it shows limited efficiency in differentiating soft tissue parts. Use of contrast-enhancing agents, like phosphotungstic acid (PTA), can solve this problem by improving soft tissue contrast. We implemented microCT with PTA to investigate the human orbicularis retaining ligament (ORL), which is a delicate structure in the orbit area. In this method, harvested specimens are fixed in formalin, dehydrated in serial ethanol solutions, and stained with a PTA solution. After staining, microCT scanning, 3D reconstruction, and analysis are performed. Skin, ligaments, and muscles can be clearly visualized using this method. The specimen size and duration of staining are essential features of the method. The suitable specimen thickness was about 5&#8211;7 mm, above which the process was slowed, and the optimum duration was 5&#8211;7 days, below which an empty hole in the central area occasionally occurred. To maintain the location and direction of small pieces during cutting, sewing on the same region of each part is recommended. Furthermore, preliminary analyses of the anatomical structure are needed to correctly identify each piece. Parafilm can be used to prevent drying, but care should be taken to prevent specimen distortion. Our multidirectional observation showed that the ORL is composed of a multilayered meshwork of continuous plates, rather than thread-like fibers, as reported previously. These results suggest that microCT scanning with PTA is useful for examining specific compartments within complex structures of human tissue. It may be helpful in the analyses of cancer tissues, nerve tissues, and various organs, like the heart and liver.

Micro X-ray computed tomography is effective in obtaining three-dimensional information from undamaged human specimens but has limited success in observing soft tissues. The use of phosphotungstic acid contrast agent can resolve this issue. We implemented this contrast agent to examine human delicate fibromuscular tissues (the orbicularis retaining ligament).

Uso della micrografia computerizzata a raggi X con preparazione dell'acido fosfongstico per visualizzare il tessuto fibromuscolare umano

Manual dissection and histological observation are common methods used to investigate human tissues. However, manual dissection can damage delicate ...

Optical Imaging of Isolated Murine Ventricular Myocytes

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances in calcium sensitive dyes have permitted the robust optical recording of single cell calcium dynamics, recording of robust transmembrane optical voltage signals has remained difficult. Arguably, this is because of the low single to noise ratio, phototoxicity, and photobleaching of traditional potentiometric dyes. Therefore, single cell voltage measurements have long been confined to the patch clamp technique which while the gold standard, is technically demanding and low throughput. However, with the development of novel potentiometric dyes, large, fast optical responses to changes in voltage can be obtained with little to no phototoxicity and photobleaching. This protocol describes in detail how to isolate adult murine myocytes which can be used for cellular shortening, calcium, and optical voltage measurements. Specifically, the protocol describes how to use a ratiometric calcium dye, a single-excitation calcium dye, and a single excitation voltage dye. This approach can be used to assess the cardiotoxicity and arrhythmogenicity of various chemical agents. While phototoxicity is still an issue at the single cell level, methodology is discussed on how to reduce it.

We present the methodology for the isolation of murine myocytes and how to obtain voltage or calcium traces simultaneously with sarcomere shortening traces using fluorescence photometry with simultaneous digital cell geometry measurements.

Imaging ottico di miociti Murine Ventricolari isolati

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances ...