이 작품은 국립 암 연구소의 보조금 R01 CA120368, R01 CA109558 (KMT, RWH, FEG, BWP), RO1 CA132750 (MJ, BWP)과 K25 CA138578 (FL)에 의해 재정 지원 및 보건 연구 박사 화목상은 캐나다 연구소 (KMT되었습니다 ). 형광 tomography 시스템의 개발은 부분적으로 고급 연구 기술 (몬트리올, QC)에 의해 재정 지원되었다.

1. 동물 준비 <ol><li> 케타민을-xylazine (: 10 밀리그램 / kg IP 100 밀리그램 / ㎏)의 내부 복막 주사로 누드 마우스 (찰스 강, 윌밍턴, MA)를 마취. </li><li> stereotactic 프레임 플레이스 마우스, 두개골의 왼쪽에있는 두피에 절개를하고, 18 게이지 바늘을 사용하여 중앙 라인에서 두개골 2mm로 1mm 지름의 구멍과 뒤로 2mm를 만들 bregma. </li><li> 의 표면 아래에 약 2 mm의 깊이에서 왼쪽 대뇌 반구에 인산염 완충 용액 5 μl에 5 × 10 5 U251 인간의 연결을 glioblastoma 세포를 (친절하게 다트머스 대학, 하노버, 뉴 햄프셔에서 박사 마크 이스라엘에서 제공) 주사 뇌. 해밀턴 마이크로 주사기 18 뭉툭한 사용은 세포 주입에 대해 27 게이지 바늘을 종료하고 전지 주머니를 만드는 1mm를 철회 후 두개골의 외부 표면에서 바늘 3mm의 팁을 삽입합니다. </li><li> 봉합사의 절개 사이트 및 재사용을 허용수술에서 covery. </li><li> 종양 이미징 전에 성장할 수 있도록 ~ 14 일 기다리십시오. </li></ol> 2. 형광 Tomography 시스템 보정 <ol><li> 마우스 이미징의 날, 시스템을 시작하고 시스템 감도에 앉을 피하기 위해 약 20 분 동안 레이저와 광 감지기로 워밍업 수 있습니다. </li><li> 놓고 100 °별로-4 ° 이미징 갠트리의 직접적인 중앙 엔지니어링 라인 diffusor (Thorlabs, 뉴튼, 뉴저지), 여기 레이저로 정상 : picosecond-펄스 80-MHz의 멀티모드 635 nm의 레이저 다이오드 (PicoQuant Photonics 북 미국 주식, 웨스트 필드, MA). 다섯 빛을 수집 채널에 의해 감지된 신호의 양을 최대화하기 위해 diffusor의 각도를 조정합니다. 이미징 기하학의 완전한 설명은 다른 곳에서 11,14,15 제공됩니다. </li><li> 놓고 OD 모든 형광 검출 photomultiplier 튜브 (PMT)와 OD 한 중성 밀도 필터 앞에 2 중성 밀도 필터 (Thorlabs, 뉴튼, 뉴저지) (TH모든 투과율 검출 PMTs 앞 orlabs, 뉴튼, 뉴저지). 레이저 100 시간적 펄스 확산 프로파일 (TPSF), 1의 통합 시간을 각 수집합니다. </li><li> 각 검출기에 대한 모든 반복 이상 시간적 레이저 레퍼런스의 표류, 평균에 대한 정확한, 레이저 참조하여 각 TPSF을 정상화. 이러한 평균 TPSFs은 광학 이미지 재건에 사용되는 검출기 특정 악기 응답 함수 (IRF)입니다. </li></ol> 3. 이미징 프로토콜 <ol><li> 산소 (1 L / 분)에서 isoflurane 2%와 마우스를 마취. </li><li> 종양에서 표피 성장 인자 수용체 overexpression을 대상으로 사전 이미징에 인산염 완충 용액, intraperitoneally, 12 H 100 μl에 IRDye 800CW-EGF의 1 nanomole와 알렉사 형석 647 개 중 1 nanomole을 주사. </li><li> 그것의 코는 isoflurane 마취를 전달하는 원추형에 남아 있도록 마우스를 정리, 이미징 침대에서 지원하는 유리 섬유 위에 마우스를 놓습니다. </li><li> 음침대 형광 tomography 시스템으로 보안이 때 마우스 이미징 갠트리의 대략적인 중심임을, 즉 : 마우스가 침대에 적절히 위치되어 있는지 확인합니다. 이 위치는 레이저의 초점은 모든 각도에서 레이저의 관점에서 마우스의 중앙에 대략 요점을 조명 있도록, 마우스에 대해 여기 레이저 180 ° 회전으로 ​​보이는 수 있습니다. </li><li> 일단 위치, microCT (ON 현장, GE 헬스케어, 런던을 탐험) 스캐너로 이미지 침대와 마우스를 조심스럽게를 전송하고 마우스의 전체 머리에 93 μm의 등방성의 해상도로 해부 학적 정보를 수집합니다. </li><li> 중부 표준시 이미지 스택을 시각화하고 형광 tomography 시스템을 몇 군데되는 슬라이스 (들)을 선택합니다. </li><li> 조심스럽게 형광 tomography 시스템에 다시 이미징 침대와 마우스를 전송합니다. 각 이미징 slic에 대해 마우스에 대한 데이터를 수집하는 소스 위치의 개수를 선택하십시오E (32), 각 TPSF 측정 (1의), 각 소스 위치 (10)에 대한 반복의 개수와 단계 3.6에서 중부 표준시 이미지 스택의 위치와 원하는 이미지 조각의 번호 적분 시간. 괄호 안의 숫자는 이미지 슬라이스 당 데이터 수집의 ~ 5 분하였으며 각 이미지 매개 변수의 전형적인 값입니다. </li><li> 채도를 피하기 위해 형광 감지기에 도달으로부터 레이저 빛을 제한하는 형광 검출 PMTs 앞에서 트리플 노치 필터 (채도 기술 공단, 폭포, VT를 벨로우즈), 그리고 투과율 탐지 PMTs 앞에 OD 2 중성 농도 필터를 놓으십시오 이러한 탐지기니다. </li><li> 각 정의된 소스 검출기 위치에 각각의 여기 파장 (각각 알렉사 형석 647 및 IRDye 800CW-EGF 추적기를 자극 635 nm의와 755 nm의)에 대한 형광 및 투과율의 TPSFs를 수집, 데이터 수집 소프트웨어를 실행합니다. TPSFs 수집된 모든 설정 내용은 모니터 및 레이저 강도를 기록참고 PMT 채널과. </li></ol> 4. 이미지 재건 <ol><li> 마우스의 바깥쪽 표면과 중부 표준시 이미지에서 이미징 베드 지원 막대의 위치를​​ 확인하고 별도로 마우스의 굴레와 이미징 봉을 다루고 마스크를 만듭니다. </li><li> NIRFAST 소프트웨어 19 사용하는 동물의 유한 요소 메쉬를 생성하기 위해 마우스 마스크를 사용하십시오. </li><li> microCT 및 형광 공간적 등록 좌표 20 일 기준으로 메쉬의 표면에 형광 tomography 시스템에서 소스와 검출기 위치를 집중하다. </li><li> 이미징 베드 지원 막대의 위치와 상호 작용하는 소스 또는 감지기 위치와 관련된 광학 데이터 포인트를 제거합니다. </li><li> 실험 테스트에 의해 결정되었다 레이저 참조의 시간적 드리프트에 대한 정확한, 그리고 필터 감성에 대한 정확한 레이저 참조하여 각 소스 검출기 위치에서 수집된 데이터, 정상화<html> 구입 15시. </li><li> 각 소스 검출기의 위치에 대한 데이터의 출생 비율 (형광은 투과율로 나눈)를 가지고 균일한 광학 특성에 대한 유한 요소 동물 메쉬를 기반으로 투과율의 전달 모델 시뮬레이션으로 곱하면됩니다. 이것은, 소스 또는 검출기 - 조직 커플링 21과 관련된 오류를 완화하기 위해 모델 22 데이터를 교정하고, 모델의 데이터 불일치 23,24의 다른 측면에 대한 데이터를 조정하기 위해 수행됩니다. </li><li> 두 파장에서 수집된 출생 비율 데이터의 스케일 차이로 구성된 데이터 벡터를 구축. 스케일링 팩터는 EGFR 구속력 대비를 최대화하기 위해 선택됩니다. 입력으로 각각 검출 채널 TPSF를 사용하여 보정 차이 데이터와 시간 도메인 이미지 재건을 수행하고, 명암이 향상된 타겟 추적 15 형광지도를 만듭니다. </li></ol> 5. 대표 결과 &quot;&gt; U251 orthotopic glioma 종양이 그림 1B에 표시됩니다와 마우스의 머리에서 공동 등록 CT 담당자 해부학 이미지와 중첩 형광 재건의 예. 형광 재건 (그림 1B에 의해 결정 glioma의 질량 중심 ) 자기 공명 영상 (그림 1A에게) 대비 - 향상에 의해 결정 질량 종양 중심 1mm 이내였다. 중부 표준시와 MRI 영상이 공동으로 등록된 상호-정보 변환을 기반으로했다. <img src="/files/ftp_upload/4050/4050fig1.jpg" alt="그림 1" /> 그림 1. 대비 향상된 (가돌리늄) 마우스 머리의 자기 공명 이미지 (.) 마우스는 U251 인간 glioma 세포 라인 orthotopically 주사되었다. 정상 뇌보다 콘트라스트 에이전트를 흡수 종양의 위치, 왼쪽 대뇌 반구 (오른쪽 이미지)에서 볼 수와 흰색 화살표로 표시됩니다. corresponding 계산된 tomography 이미지 (마우스 머리에 동일한 위치에서) (b)는 표피 성장 인자는 형광 마이너스 타겟이 불분명한 형광 재건 오버레이 대상으로 그려져 있습니다. 형광의 단위는 mm ​​반대하고 있고 그 양자 효율에 의해 및 그 농도를 곱한 바운드 타겟 형광의 흡수 계수와 관련된.

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관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.

형광 tomography (FT)는 생물 학적 조직을 통해 보이는 가까운 적외선 전송을 기반으로 민감한, 이온화​​ 방사선 무료 분자 이미징 양상이다. FT에 대한 관심의 대부분은 실험 모델 1과 연구 중 하나가 핵심 영역은 암 biomarker의 표현과 분자 치료법 26 응답의 연구 왔습니다 작은 동물에서 약물 발견과 개발을 진행할 수 있도록 자사의 잠재력에 집중되었습니다. 현재 FT 시스템 설계 두 경쟁하는 방법이 있습니다. 가장 일반적인 디자인은 형광 검출 4-9위한 냉각 전하 결합 소자 (CCD) 카메라를 기준으로합니다. 이 디자인은 CCD 카메라의 각 픽셀 이후 조직 샘플링을 극대화하는 조직을 통해 독특한 경로를 여행했다 빛을 감지할 수, 측정의 높은 밀도를 제공합니다. 그러나 CCD 카메라는 제한된 동적 범위를 가지고 읽기 아웃 소음은 그들의 궁극적인 감도를 제한합니다. 두 번째 디자인은 잠재 limita를 방지<html> photomultiplier 튜브 또는 애벌란치 photodiodes 10-13 등 탐지기의 사용을 바탕으로 고도로 민감한 단일 광자 계수 기술을 채용하여 CCD 카메라 감지의 tions. 이러한 더 민감한 검출 방법의 단점은 각 검출기는 단일 지점에서 빛을 모을 수있다는 것입니다, 따라서 고밀도 조직 샘플링을 달성하기 위해 많은 탐지기 중 하나는 (매우 고가입니다)를 사용해야하거나, 여러 예측이 몇 군데해야 같은 검출기 (많은 시간이 소요가 될 수있는)로. 작은 동물 FT를위한 조직 표본의 최적 수준이 합의되지 않은, 그리고 건별로 다를 수 있지만, 그것은 단일 광자 계수 장비가 더 나은 측면에서 FT의 감도 한계를 탐험하는 데 적합합니다 동의합니다 분자 마커의 낮은 농도를 감지하는 기능. 본 연구에서는 마우스에서 종양을 집중하기 위해 단일 ​​광자 계수 탐지 장비를 사용하여 FT를 수행하기위한 방법론을 제공합니다. 엔트 &quot;&gt; 시간이 서로 관련 단일 광자 계수 FT와 강력한 데이터 세트를 생성하기 위해 관련된 네 중요한 단계가 있습니다. 최초 적합하고 간단한 보정 절차의 응용 프로그램입니다. 제시 방법론에서 각 감지 채널의 각각의 감성이 차지하고있다 각 검출기 15 빛의 동등한 분수 직접하도록 설계된 라인 diffusor 통해 전송되는 여기 빛의 기본적인 측정을 수집하여 위해. 또한, 실험하는 동안 감지된 빛이 지속적으로 두 강도의 측면에서, 레이저 참조로 보정하고 의미있다 . 레이저 레퍼런스 채널 11,15의 작동에 의해 시간이 지남에 따라 변동될 수있는 시간은 두 번째 중요한 단계는 가이드와 형광 reconstructions에 대한 해부 학적 영상의 정확한 수집과 공동 등록은 FT 데이터는 혼자서도 해부 학적 정보를 제공하지 않습니다.; 따라서 가벼운 교통 모델을 만들 수 있도록 싸다을 재구성하는 데 사용할 수있는시편의 표면에서 검출 형광의 표본 내에서 형광 소스의 양이온은 FT 시스템과 관련하여 시편의 해부학 정확하게 알고 있어야합니다. 저희 시스템에서는 해부 학적 정보 spatially FT 시스템 15-20 분들에 등록되어 공간 좌표와 마이크로 계산된 tomography 시스템에 의해 인수되었습니다. 세 번째 중요한 단계는 최적의 노출이 (즉, 각각의 레이저 프로젝션에 대한 전체 광자 검출 시간) 모든 소스 검출기 위치에 고용되어 있도록하는 것입니다. 이것은 두 가지 이유로 중요하다 : 먼저 감지 장치가 손상될 수 검출기 포화를 피하기 위해 각각의 검출 위치에서 신호 대 잡음 충분한와 두번째가 있는지 확인합니다. 각 검출기 위치에서 최적의 노출을 달성하기 위해, 자동 노출 컨트롤이 고용되어 본질적으로 두 낮은 신호 노출 14에서 최적의 노출을 triangulates 있습니다. 네 번째 임계방법론의 단계는 전송된 여기 빛의 금액에 수집된 형광 데이터를 참조하고 있습니다. 이 참조는 종종 출생 비율라는 모델 데이터 불일치 오류 23,24의 완화되는 주요 하나, FT에 대한 많은 혜택을 제공합니다. 제시된 시스템은 쏟아야 2 개의 분리된 photomultiplier 튜브에 각각 검출 채널의 불빛에 의해 동시에 형광 및 전송 모두 여기 광을 감지하도록 설계되었습니다. 이렇게하면, 우리는 출생 비율의 정확성에 대한 운동의 효과를 피하십시오. 강력한 데이터 세트가 손으로, 시간 영역 데이터의 이미지 재건은 식을 갖는 유한 요소 메쉬의 반전 문제 해결과 관련된 : D = Jx 어디 d는 N 소스 검출기 전망 및 M TPSF 시간은 성문을위한 N X 미터 요소 벡터이다; J는 N X M-별로리터 감성 메쉬에서 내가 노드에 대한 행렬 (또는 Jacobian), 그리고 x는 크기 나도 가지고, 각 노드에서 형광 광학 특성 벡터는 d는 실험과 J 수집된 보정 데이터는 유한 요소 솔루션을 사용하여 시뮬레이션입니다. 형광 수송 25 시간 영역 확산 근사치 있습니다. J의 시간 차원은 또한 검출기 특정 악기 응답 기능을 convolved됩니다. x는 관심의 형광지도의 표현이며 Tikhonov regularization 15 Levenberg-Marqardt 음수가 아닌 최소 제곱 접근법을 사용하기위한 해결되었다. 방법론은 형광 검출을 카운트 고도로 민감한 광자를 사용하여 생쥐에서 fluorescently 분류된 종양 현지화 수있는 절차를 설명하는, 여기 제시된 FT의 한계를 넓히고있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이전 연구에서는의 잠재력이 고용같은 쥐뿐만 아니라, 마우스 크기의 표본에서 기존 시스템 설계를 통해 향상된 감도와 같은 크기 이상의 쥐 동물 모델의 접근 방식은, 17을 시연했다. 이 방법의 즉각적인 응용 프로그램은 높은 처리량 의미에서 약물 효능을 평가하는 작은 동물 종양 모델에서 생체내의 biomarker의 표현의 모니터링을위한 것입니다. 여러 파장에서 형광을 자극하고 감지하는 시스템의 능력은 여러 개의 형광 마커의 동시 검출이 가능합니다. 추가 형광 마커는 생체내 구속력 잠재력에 측정하는 듀얼 기자 방법, 수용체 밀도 마커와 같은 양적 이미징 접근 방식을 채용하는 동시에, 병리 현상의 여러 측면을 심문하거나, 본 연구에서와 같이 사용될 수있는 수단을 제공 26,27.

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 댓글 (옵션) </td></tr><tr><td> IRDye 800CW - EGF </td><td> LI-COR Biosciences </td><td> 926-08446 </td><td></td></tr><tr><td> 알렉사 형석 647, succinimidyl 에스테르 </td><td> 생명 기술 </td><td> A20106 </td><td> 비 특정 바인딩을 최소화하기 위해 물을 반응 </td></tr></tbody></table>

computed tomography-guided time-domain diffuse fluorescence tomography in small animals for localization of cancer biomarkers

작은 동물의 형광 분자 이미징 (FMI)는 잠복기 약물 발견과 개발 연구 1에 대한 강력한 도구가 될 수 있습니다. 그러나 조직 chromophores (예 : 헤모글로빈, 물, lipids, 멜라닌)에 의한 빛의 흡수는 일반적으로 몇 mm 2보다 큰 두께를 통해 광학 신호의 전파를 제한합니다. 다른 가시 파장에 대한 조직의 흡수에 비해 붉은 색과 가까운 적외선 (가까운 IR) 빛의 흡수가 대폭 감소 및 비 탄성 산란이 지배적 가벼운 조직 상호 작용 메커니즘이됩니다. 가까운 적외선 범위 (600-1000 nm의)에서 빛을 흡수하고 방출 형광 요원 중 비교적 최근에 개발이 작은 동물 3에서 입체 영상 몸 전체를 달성할 수있는 이미징 시스템과 빛의 전파 모델의 개발을 주도하고있다. 이 분야에서 커다란 진보에도 불구하고 확산 형광 tomography의 학대 인한 자연은 상당한 남아안정성, 명암 복구 및 영상 재구성 기법과 작은 동물의 FMI에 대한 최적의 접근 방식의 공간적 해상도에 대한 문제에 대해서도 동의되지 않았습니다. 우리 그룹과 몇 가지 다른 10-13 매우 고감도 탐지기를 기반으로 시스템을 추구하는 반면, 연구 그룹의 대다수는, 전하 결합 소자 (CCD) 기반 풍부한 조직 - 샘플링하지만 suboptimal 감도 4-9를 제공할 시스템에 투자 이 시간에 치밀한 조직 샘플링은 낮은 이미징 처리량의 비용에서만 달성될 수 있도록니다. 여기에서 우리는 마우스 모델에서 암의 뇌 병변을 집중하기 위해 형광 tomography 시스템에 단일 광자 검출 기술을 적용하기위한 방법론을 보여줍니다. 형광 tomography (FT) 시스템은 photomultiplier 튜브 (PMT)과 비 접촉 형태 11에서 풍부한 정보를 시간 도메인 빛을 감지를 사용하여 계산 단일 광자 고용. 이것은 동시에 열 수 있습니다전송된 여기 및 방출 빛의 성귀, 그리고이 작은 동물 계산된 tomography (microCT) 시스템 15 자동 형광 여기 노출 제어 14, 레이저 참조 및 공동 등록을 포함합니다. 누드 마우스 모델은 이미징을 위해 사용되었다. 동물은 왼쪽 대뇌 반구에서 인간 glioma 세포주 (U251)과 orthotopically 주사와 2 주후에 몇 군데했습니다. 종양은 형광 추적기 주입하여 형광 었지 IRDye 800CW-EGF 표피 성장 인자 수용체를 타겟 (LI-COR Biosciences, 링컨, NE), 세포 멤브레인 U251 종양 라인에 overexpressed 것으로 알려진 단백질과 많은 다른 암 18. 두번째 타겟이 분명하지 않은 형광 트레 이서, 알렉사 형석 647은 (생명 기술, 그랜드 아일랜드, 뉴욕)도 추적 바인딩 및 수용체 가용성 / 밀도를 quantifying 수단을 제공하기 위해 타겟 추적기의 이해에 비 수용체 중재 효과에 대한 계정으로 주입되었다 27. CT-가이드, TIME 도메인 알고리즘은 마우스 뇌의 두 형광 추적기의 위치 (즉, 종양의 위치)와 종양은 명암이 향상된 자기 공명 영상에 의해 검증되었다 집중하는 능력을 재구성하는 데 사용되었다. 비록 glioma 마우스 모델에서 형광 이미징을위한 시연이 비디오에 제시된 방법론은 쥐의 17 크기로 잠재적까지 다양한 작은 동물 모델에서 다른 종양 모델로 확장할 수 있습니다.

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Computed Tomography-guided Time-domain Diffuse Fluorescence Tomography in Small Animals for Localization of Cancer Biomarkers

미만성 형광 tomography는 잠복기로 높은 걸쳐 상대적으로 저렴한 비용과 잠재적인 접근 방식을 제공합니다<em&gt; 생체내에서</em&gt; 종양 이미징. 광학 데이터 수집, 교정 및 이미지 재건의 방법론은 형광 마우스 glioma 모델에서 종양 biomarker 표피 성장 인자 수용체 타겟팅을 사용하여 계산된 tomography 주 도형 비 접촉 시간 영역 시스템에 대해 제공됩니다.

암 생체 현지화위한 작은 동물의 계산된 Tomography 주 도형 시간 도메인 미만성 형광 Tomography

Small animal fluorescence molecular imaging (FMI) can be a powerful tool for preclinical drug discovery and development studies1. However, light ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

12.2K 조회수.  Dartmouth College. 미만성 형광 tomography는 잠복기로 높은 걸쳐 상대적으로 저렴한 비용과 잠재적인 접근 방식을 제공합니다 생체내에서 종양 이미징. 광학 데이터 수집, 교정 및 이미지 재건의 방법론은 형광 마우스 glioma 모델에서 종양 biomarker 표피 성장 인자 수용체 타겟팅을 사용하여 계산된 tomography 주 도형 비 접촉 시간 영역 시스템에 대해 제공됩니다.

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Retrograde Perfusion and Filling of Mouse Coronary Vasculature as Preparation for Micro Computed Tomography Imaging

Visualization of the vasculature is becoming increasingly important for understanding many different disease states. While several techniques exist for imaging vasculature, few are able to visualize the vascular network as a whole while extending to a resolution that includes the smaller vessels1,2. Additionally, many vascular casting techniques destroy the surrounding tissue, preventing further analysis of the sample3-5. One method which circumvents these issues is micro-Computed Tomography (&mu;CT). &mu;CT imaging can scan at resolutions &lt;10 microns, is capable of producing 3D reconstructions of the vascular network, and leaves the tissue intact for subsequent analysis (e.g., histology and morphometry)6-11. However, imaging vessels by ex vivo &mu;CT methods requires that the vessels be filled with a radiopaque compound. As such, the accurate representation of vasculature produced by &mu;CT imaging is contingent upon reliable and complete filling of the vessels. In this protocol, we describe a technique for filling mouse coronary vessels in preparation for &mu;CT imaging.
Two predominate techniques exist for filling the coronary vasculature: in vivo via cannulation and retrograde perfusion of the aorta (or a branch off the aortic arch) 12-14, or ex vivo via a Langendorff perfusion system 15-17. Here we describe an in vivo aortic cannulation method which has been specifically designed to ensure filling of all vessels. We use a low viscosity radiopaque compound called Microfil which can perfuse through the smallest vessels to fill all the capillaries, as well as both the arterial and venous sides of the vascular network. Vessels are perfused with buffer using a pressurized perfusion system, and then filled with Microfil. To ensure that Microfil fills the small higher resistance vessels, we ligate the large branches emanating from the aorta, which diverts the Microfil into the coronaries. Once filling is complete, to prevent the elastic nature of cardiac tissue from squeezing Microfil out of some vessels, we ligate accessible major vascular exit points immediately after filling. Therefore, our technique is optimized for complete filling and maximum retention of the filling agent, enabling visualization of the complete coronary vascular network &#x2013; arteries, capillaries, and veins alike.

Visualization of the coronary vessels is critical to advancing our understanding of cardiovascular diseases. Here we describe a method for perfusing murine coronary vasculature with a radiopaque silicone rubber (Microfil), in preparation for micro-Computed Tomography (&mu;CT) imaging.

마이크로 계산된 Tomography 이미징을위한 준비로서 역행 관류 및 마우스 관상 Vasculature의 작성

Visualization of the vasculature is becoming increasingly important for understanding many different disease states. While several techniques exist for ...

연구

의학

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell proliferation in the bone marrow cavity as well as for interaction of tumor and bone cells resulting in local bone destruction. Our aim was to develop a model of experimental bone metastasis that allows in vivo assessment of angiogenesis in skeletal lesions using non-invasive imaging techniques.
For this purpose, we injected 105 MDA-MB-231 human breast cancer cells into the superficial epigastric artery, which precludes the growth of metastases in body areas other than the respective hind leg1. Following 25-30 days after tumor cell inoculation, site-specific bone metastases develop, restricted to the distal femur, proximal tibia and proximal fibula1. Morphological and functional aspects of angiogenesis can be investigated longitudinally in bone metastases using magnetic resonance imaging (MRI), volumetric computed tomography (VCT) and ultrasound (US).
MRI displays morphologic information on the soft tissue part of bone metastases that is initially confined to the bone marrow cavity and subsequently exceeds cortical bone while progressing. Using dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) functional data including regional blood volume, perfusion and vessel permeability can be obtained and quantified2-4. Bone destruction is captured in high resolution using morphological VCT imaging. Complementary to MRI findings, osteolytic lesions can be located adjacent to sites of intramedullary tumor growth. After contrast agent application, VCT angiography reveals the macrovessel architecture in bone metastases in high resolution, and DCE-VCT enables insight in the microcirculation of these lesions5,6. US is applicable to assess morphological and functional features from skeletal lesions due to local osteolysis of cortical bone. Using B-mode and Doppler techniques, structure and perfusion of the soft tissue metastases can be evaluated, respectively. DCE-US allows for real-time imaging of vascularization in bone metastases after injection of microbubbles7.
In conclusion, in a model of site-specific breast cancer bone metastases multi-modal imaging techniques including MRI, VCT and US offer complementary information on morphology and functional parameters of angiogenesis in these skeletal lesions.

In the pathogenesis of bone metastasis, angiogenesis is a crucial process and therefore represents a target for imaging and therapy. Here, we present a rat model of site-specific breast cancer bone metastasis and describe strategies to non-invasively image angiogenesis in vivo using magnetic resonance imaging, volumetric computed tomography and ultrasound.

자기 공명 영상, 체적 계산의 Tomography 및 초음파를 이용한 유방암의 뼈 전이의 누드 쥐 모델에서 Angiogenesis의 멀티 모달 이미징

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Assessment of Viability of Human Fat Injection into Nude Mice with Micro-Computed Tomography

Lipotransfer is a vital tool in the surgeon&#8217;s armamentarium for the treatment of soft tissue deficits of throughout the body. Fat is the ideal soft tissue filler as it is readily available, easily obtained, inexpensive, and inherently biocompatible.1 However, despite its burgeoning popularity, fat grafting is hampered by unpredictable results and variable graft survival, with published retention rates ranging anywhere from 10-80%. 1-3
To facilitate investigations on fat grafting, we have therefore developed an animal model that allows for real-time analysis of injected fat volume retention. Briefly, a small cut is made in the scalp of a CD-1 nude mouse and 200-400 &#181;l&#160;of processed lipoaspirate is placed over the skull. The scalp is chosen as the recipient site because of its absence of native subcutaneous fat, and because of the excellent background contrast provided by the calvarium, which aids in the analysis process. Micro-computed tomography (micro-CT) is used to scan the graft at baseline and every two weeks thereafter. The CT images are reconstructed, and an imaging software is used to quantify graft volumes.
Traditionally, techniques to assess fat graft volume have necessitated euthanizing the study animal to provide just a single assessment of graft weight and volume by physical measurement ex vivo. Biochemical and histological comparisons have likewise required the study animal to be euthanized. This described imaging technique offers the advantage of visualizing and objectively quantifying volume at multiple time points after initial grafting without having to sacrifice the study animal. The technique is limited by the size of the graft able to be injected as larger grafts risk skin and fat necrosis. This method has utility for all studies evaluating fat graft viability and volume retention. It is particularly well-suited to providing a visual representation of fat grafts and following changes in volume over time.

Fat grafting is an essential technique for reconstructing soft tissue deficits. However, it remains an unpredictable procedure characterized by variable graft survival. Our goal was to devise a mouse model that utilizes a novel imaging method to compare volume retention between differing techniques of fat graft preparation and delivery.

마이크로 컴퓨터 단층 촬영과 누드 마우스에 인간의 지방 주입의 생존 능력의 평가

Lipotransfer is a vital tool in the surgeon&#8217;s armamentarium for the treatment of soft tissue deficits of throughout the body. Fat is the ideal soft ...

Using Micro-computed Tomography for the Assessment of Tumor Development and Follow-up of Response to Treatment in a Mouse Model of Lung Cancer

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse models of lung cancer are being used to study the mechanism of cancer development and to experiment with various therapeutic strategies. However, the absence of a real-time technique to identify the development of tumor nodules in mice lungs and to monitor the changes in their size in response to various experimental and therapeutic interventions hampers the ability to obtain an accurate description of the course of the disease and its timely response to treatments. In this study, a method using a micro-computed tomography (CT) scanner for the detection of the development of lung tumors in a mouse model of lung adenocarcinoma is described. Next, we show that monthly follow-up with micro-CT can identify dynamic changes in the lung tumor, such as the appearance of additional nodules, increase in the size of previously detected nodules, and decrease in the size or complete resolution of nodules in response to treatment. Finally, the accuracy of this real-time assessment method was confirmed with end-point histological quantification. This technique paves the way for planning and conducting more complex experiments on lung cancer animal models, and it enables us to better understand the mechanisms of carcinogenesis and the effects of different treatment modalities while saving time and resources.

We describe a method for the detection of tumor nodule development in the lungs of an adenocarcinoma mouse model using micro-computed tomography and its use for monitoring changes in nodule size over time and in response to treatment. The accuracy of the assessment was confirmed with end-point histological quantification.

종양 개발의 평가를 위해 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하고 후속 치료에 대한 반응의를 폐암의 마우스 모델에서

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of stroke than relying on indirect measurements, and will be a potent and robust vascular research tool. We use an optical imaging approach that labels thrombi with a molecular imaging thrombus marker&#160;&#8212; a Cy5.5 near-infrared fluorescent (NIRF) probe that is covalently linked to the fibrin strands of the thrombus by the fibrin-crosslinking enzymatic action of activated coagulation factor XIIIa during the process of clot maturation. A micro-computed tomography (microCT)-based approach uses thrombus-seeking gold nanoparticles (AuNPs) functionalized to target the major component of the clot: fibrin. This paper describes a detailed protocol for the combined in vivo microCT and ex vivo NIRF imaging of thromboemboli in a mouse model of embolic stroke. We show that in vivo microCT and fibrin-targeted glycol-chitosan AuNPs (fib-GC-AuNPs) can be used for visualizing both in situ thrombi and cerebral embolic thrombi. We also describe the use of in vivo microCT-based direct thrombus imaging to serially monitor the therapeutic effects of tissue plasminogen activator-mediated thrombolysis. After the last imaging session, we demonstrate by ex vivo NIRF imaging the extent and the distribution of residual thromboemboli in the brain. Finally, we describe quantitative image analyses of microCT and NIRF imaging data. The combined technique of direct thrombus imaging allows two independent methods of thrombus visualization to be compared: the area of thrombus-related fluorescent signal on ex vivo NIRF imaging vs. the volume of hyperdense microCT thrombi in vivo.

This protocol describes the application of combined near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and micro-computed tomography (microCT) for visualizing cerebral thromboemboli. This technique allows the quantification of thrombus burden and evolution. The NIRF imaging technique visualizes fluorescently labeled thrombus in excised brain, while the microCT technique visualizes thrombus inside living animals using gold-nanoparticles.

직접 대뇌 Thromboemboli 시각화를위한 결합 된 근적외선 형광 이미징 및 마이크로 계산 된 단층 촬영

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

Disposable Dosators for Pulmonary Insufflation of Therapeutic Agents to Small Animals

Development of new therapeutic products requires efficacy testing in an animal model. The pulmonary route of administration can be utilized to deliver drugs locally and systemically. Evaluation of dry powder aerosols necessitates an efficient dispersion mechanism to maintain high concentrations in an exposure chamber or for direct endotracheal administration. While solutions exist to expose animals by passive inhalation to dry powder aerosols, most require masses of powder in large excess of the dose delivered. This precludes conducting early feasibility studies as insufficient drug is available at the research or early development stage to support the dose delivery requirements for conventional aerosol delivery systems. When designing an aerosol drug product, aerodynamic performance can relate directly to delivery efficiency and efficacy. Dispersion of powder into an aerosol requires energy input sufficient to overcome interparticulate forces, and particle engineering approaches can substantially improve aerosol performance. We have developed a dispersion system (dosator) which can aerosolize engineered dry powder aerosols efficiently for the purpose of direct pulmonary insufflation, dispersion into an exposure system or generation for analytical purposes.

During development of drugs for pulmonary delivery, it is necessary to evaluate pharmacokinetics and efficacy in an animal model. We present a method to build a disposable aerosol dispersion system from of-the-shelf components that can be used to administer intrapulmonary dry powder aerosol to rodents.

작은 동물에 대한 치료제의 폐 통기를위한 일회용 Dosators

Development of new therapeutic products requires efficacy testing in an animal model. The pulmonary route of administration can be utilized to deliver ...

Cone Beam Intraoperative Computed Tomography-based Image Guidance for Minimally Invasive Transforaminal Interbody Fusion

Transforaminal lumbar interbody fusion (TLIF) is commonly used for the treatment of spinal stenosis, degenerative disc disease, and spondylolisthesis. Minimally invasive surgery (MIS) approaches have been applied to this technique with an associated decrease in estimated blood loss (EBL), length of hospital stay, and infection rates, while preserving outcomes with traditional open surgery. Previous MIS TLIF techniques involve significant fluoroscopy that subjects the patient, surgeon, and operating room staff to non-trivial levels of radiation exposure, particularly for complex multi-level procedures. We present a technique that utilizes an intraoperative computed tomography (CT) scan to aid in placement of pedicle screws, followed by traditional fluoroscopy for confirmation of cage placement. Patients are positioned in the standard fashion and a reference arc is placed in the posterior superior iliac spine (PSIS) followed by intraoperative CT scan. This allows for image-guidance-based placement of pedicle screws through a one-inch skin incision on each side. Unlike traditional MIS-TLIF that requires significant fluoroscopic imaging during this stage, the operation can now be performed without any additional radiation exposure to the patient or operating room staff. After completion of the facetectomy and discectomy, final TLIF cage placement is confirmed with fluoroscopy. This technique has the potential to decrease operative time and minimize total radiation exposure.

The purpose of this article is to provide image-guidance for minimally invasive transforaminal interbody fusion.

최소 침습성 경막 전형 체 융합을 위한 콘 빔 수술 외 컴퓨터 단층 촬영 기반 이미지 안내

Transforaminal lumbar interbody fusion (TLIF) is commonly used for the treatment of spinal stenosis, degenerative disc disease, and spondylolisthesis. ...

Identifying Coronary Artery Calcification on Non-gated Computed Tomography Scans

Coronary artery calcification (CAC) provides an objective measure of coronary artery disease and can readily be identified on non-gated computed tomography (CT) scans with a high correlation with gated cardiac CT scans. This standardized protocol takes a step-wise approach to not only optimizing an image for the identification of calcification but also to distinguishing CAC from other common causes of calcification in the cardiac silhouette. Recognition of CAC on non-gated CT scans helps to identify a very powerful prognostic factor that can influence therapeutic interventions or downstream diagnostic testing without requiring a gated cardiac scan. These non-gated CT scans are often acquired as part of the routine care of the patient, and this data is readily available without another dose of&#160;ionizing radiation. This protocol allows for the precise and accurate extraction of this data for the purposes of retrospective data analysis in clinical research studies, but also in the clinical evaluation and management of patients.

Here, we present a protocol to reliably and systematically identify coronary artery calcification (CAC) on non-gated computed tomography (CT) scans of the chest or abdomen. CAC provides an objective measure of coronary artery disease for both research and clinical purposes.

단층 촬영 검사 계산 문이 비에 관상 동맥 석 회화를 식별

Coronary artery calcification (CAC) provides an objective measure of coronary artery disease and can readily be identified on non-gated computed ...

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal blood time-activity concentration also known as arterial input function (AIF) is a key point, especially for the characterization of animal disease models and the introduction of newly developed radiotracers. The knowledge of radiotracer availability in the blood helps to interpret PET/CT-derived data of tissue activity. For this purpose, online blood sampling during the PET/CT imaging is advisable to measure the AIF. In contrast to manual blood sampling and image-derived approaches, continuous online blood sampling has several advantages. Besides the minimized blood loss, there is an improved resolution and a superior accuracy for the blood activity measurement. However, the major drawback of online blood sampling is the costly and time-consuming preparation to catheterize the femoral vessels of the animal. Here, we describe an easy and complete workflow for catheterization and continuous blood sampling during small animal PET/CT imaging and compared it to manual blood sampling and an image-derived approach. Using this highly-standardized workflow, the determination of the fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) AIF is demonstrated. Further, this procedure can be applied to any radiotracer in combination with different animal models to create fundamental knowledge of tracer kinetic and model characteristics. This allows a more precise evaluation of the behavior of pharmaceuticals, both for diagnostic and therapeutic approaches in the preclinical research of oncological, neurodegenerative and myocardial diseases.

Here a protocol for continuous blood sampling during PET/CT imaging of rats to measure the arterial input function (AIF) is described. The catheterization, the calibration and setup of the system and the data analysis of the blood radioactivity are demonstrated. The generated data provide input parameters for subsequent bio-kinetic modeling.

작은 동물 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영에서 지속적인 혈액 샘플링은 동맥 입력 기능의 측정을 가능하게

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...

Four-Dimensional Computed Tomography-Guided Valve Sizing for Transcatheter Pulmonary Valve Replacement

The measurements of the right ventricle (RV) and pulmonary artery (PA), for selecting the optimal prosthesis size for transcatheter pulmonary valve replacement (TPVR), vary considerably. Three-dimensional (3D) computed tomography (CT) imaging for device size prediction is insufficient to assess the displacement of the right ventricular outflow tract (RVOT) and PA, which could increase the risk of stent misplacement and paravalvular leak. The aim of this study is to provide a dynamic model to visualize and quantify the anatomy of the RVOT to PA over the entire cardiac cycle by four-dimensional (4D) cardiac CT reconstruction to obtain an accurate quantitative evaluation of the required valve size. In this pilot study, cardiac CT from sheep J was chosen to illustrate the procedures. 3D cardiac CT was imported into 3D reconstruction software to build a 4D sequence which was divided into eleven frames over the cardiac cycle to visualize the deformation of the heart. Diameter, cross-sectional area, and circumference of five imaging planes at the main PA, sinotubular junction, sinus, basal plane of the pulmonary valve (BPV), and RVOT were measured at each frame in 4D straightened models prior to valve implantation to predict the valve size. Meanwhile, dynamic changes in the RV volume were also measured to evaluate right ventricular ejection fraction (RVEF). 3D measurements at the end of the diastole were obtained for comparison with the 4D measurements. In sheep J, 4D CT measurements from the straightened model resulted in the same choice of valve size for TPVR (30 mm) as 3D measurements. The RVEF of sheep J from pre-CT was 62.1 %. In contrast with 3D CT, the straightened 4D reconstruction model not only enabled accurate prediction for valve size selection for TPVR but also provided an ideal virtual reality, thus presenting a promising method for TPVR and the innovation of TPVR devices.

This study assessed a new methodology with a straightened model generated from the four-dimensional cardiac computed tomography sequence to obtain the desired measurements for valve sizing in the application of transcatheter pulmonary valve replacement.

The measurements of the right ventricle (RV) and pulmonary artery (PA), for selecting the optimal prosthesis size for transcatheter pulmonary valve ...