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

이 프로토콜은 예루살렘, 이스라엘 (요청 번호 MD-12-13524-4), AAALAC 승인 시설,로 삼목 시나이 의료 센터의 히브리 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 가이드 라인을 다음과 IACUC (신청 번호 3770). 동물 NIH 가이드 라인을 엄격하게 준수에 처리 하였다. 뼈 동종 이식 1. 준비 <ol><li> CO 2 흡입 또는 50 μL 페노바르비탈 (65 ㎎ / ㎖; 100 밀리그램 / kg)의 복강 내 주사의 표준 방법을 이용하여, 수신자는 다른 7- 내지 8 주령의 Balb / C 마우스 또는 변형을 안락사. 하트 비트가 없음을 확인하고 자궁 경부 전위를 수행합니다. 또한, -20 ℃에 보관하고 수확하기 전에 해동 된 시체에서 동종 이식을 수확. </li><li> 모발 성장의 방향에 대해 그것을 도포, 헤어 커터를 이용하여 두개골 영역을 면도. 70 %를 적용함으로써 카 커스 헤드 소독 isopropano엘. 11 호 메스를 사용하여 두피의 피부를 잘라 골막을 제거합니다. </li><li> 치과 용 드릴 및 4.5 mm 내경을 트레 이용하여 두개골 뼈의 원형 조각을 분리. 멸균 생리 식염수를 함유하는 100-mm 플라스틱 접시에 뼈 조각을 전송. 이 시점에서, 피와 뼈 조각 (그림 1A)에 부착 된 연부 조직을 관찰한다. 22 기증자에서 이러한 방식으로 뼈 조각을 얻습니다. </li><li> 곡선 핀셋을 사용하여 한번에 하나의 뼈 조각을 잡아. 철저면 팁 어플리케이터를 사용하여 면봉 및 뇌 조직, 연부 조직, 혈액 (그림 1B)를 제거합니다. 조심스럽게 이식이 완벽하게 둥근 형태를 가질 수 있도록 좋은 가위를 사용하여 이식에 부착 남아있는 뼈 칩을 절단. </li><li> 70 % 에탄올 및 에탄올을 씻어 인산염 완충 식염수를 함유하는 15 ml의 두 튜브를 함유하는 15 ㎖의 튜브에 한번씩 그래프트 담근다. </li><li> 에 대한 cryotubes에서 -80 ° C 냉장고에있는 동종 이식을 동결적어도 일주. 이 시점에서, 동종 이식 (그림 1C) 투명하게 표시해야합니다. </li></ol> 2. 두개골 결함 수술 <ol><li> 받는 사람의 오스테오칼신 프로모터 (6)의 제어하에 루시퍼 라제을 표현 형질 전환 마우스를 사용합니다. </li><li> 30 초 동안 유리 비드를 사용하여 히터 수술 도구의 팁을 소독. 무균 상태를 유지하기 위해 70 % 이소 프로필 알코올이 포함 된 항아리에 도구를 전송합니다. 멸균 장갑을 사용합니다. </li><li> ketamine- 메데 토미 혼합물 (75 ㎎ / ㎏ 1 ㎎ / ㎏, 각각)의 복강 내 주사하여 7- 8 주령의 암컷 마우스를 마취. 이 깊이 마취되어 있는지 확인하기 위해 동물의 사지를 핀치. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 무인 때까지 동물을 두지 마십시오. </li><li> 모발 성장의 방향에 대해이를 적용함으로써 헤어 커터를 이용하여 두개골 영역을 면도. 어떤 모피 찌꺼기를 제거하고 afte 닦아 헤어 크림을 적용R 식염수를 적신 거즈 다음 마른 거즈를 사용하여 더 이상보다 2 분. 배려가 눈에 들어 가지 않도록주의해야한다. 대안 적으로, 수의사 안연고는 눈 별도의 보호 층으로서 종래 제모에 적용될 수있다. 이는 제모 크림의 모든 흔적 화학 약품에 노출 가능한 과도한 자극을 방지하기 위해 제거되는 것이 필수적이다. 5 % 클로르헥시딘 (도 1D)을 적용하여 두피 소독. </li><li> 피하에 5 ㎎ / ㎏ 카프로 펜 200 μL 식염수에 희석하여 주입. 건조 함을 방지하고 항상 열 패드에 동물을 유지하기 위해 수의사 눈 연고를 적용합니다. 운영 쌍안경에서 동물을 배치합니다. </li><li> 미세 가위와 핀셋 (그림 1E)를 사용하여 두피의 피부에 1 cm 길이의 타원형 컷을 확인합니다. 곡선 핀셋을 사용하여 골막을 잡고 미세 가위를 사용하여 절단. </li><li> 치과 용 드릴을 사용하여 봉합 lambdoid 두개골 결함 2mm 전방 드릴ND 5 mm 외경 트레 (도 1F 및 G). 뇌경막의 침투를 방지하기 위해 뼈의 방법으로 3/4 드릴 주걱을 사용하여 뼈 조각을 분리. </li><li> 자가 이식을 이식, 뼈 조각을 검색하고 파편을 제거하기 위해 10 ㎖를 멸균 생리 식염수를 포함하는 10mm 플라스틱 접시에 씻는다. 부드러운 조직을 제거하지 마십시오. 사전에 동종 이식을 동종 이식, 해동 이식 및 RT에 정상화 한 다음 씻어. </li><li> 그래서 결함 마진 (그림 1H)을 터치하지 않습니다 곡선 핀셋을 사용하여 결함의 골 이식을 놓습니다. 피브린 겔을 사용하는 호스트 뼈 이식 (25 U / ㎖의 트롬빈 5 μL와 혼합 / ㎖ 피브리노겐 46 mg을 5 μL)를 붙인다. </li><li> 4-0 vicryl 봉합사 (도 1I)을 사용하여 피부를 봉합. 수술 컷에 포비돈 - 요오드를 적용합니다. 주의 모피 의해 봉합사의 오염을 방지하기 위해주의해야한다. 마크 마우스 귀 주입 0.25 ㎎ / ㎏ Antisedan의 T오 메데 토미의 마취 효과를 반전. </li><li> 동물이 10 분에 일어나 않는 경우는 예열 패드에 위치해 있는지 확인하십시오. 멸균 생리 식염수 200 μl를 주입, 0.1 ㎎ / ㎏ Antisedan 주입 필요한 경우. 완전히 회복 될 때까지 다른 동물의 회사에 수술을 한 동물을 반환하지 않습니다. </li><li> 봉합을 열 것을 방지하기 위해 일주일 동안 분리 새장에 동물을 유지합니다. 며칠 후 영업 이익에 대한 케이지 바닥에 페트리 접시에 물에 담가 마우스 우를 놓습니다. 피하에게 수술 - 후 통증을 치료하기 위해 수술 후 3 일 동안 하루에 한번 멸균 식염수에 희석하여 1 ㎎ / ㎖ 카프로 펜 용액 200 μl를 주입한다. </li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53459/53459fig1.jpg" /> 그림 1. 두개골 동종 이식 준비 및 두개골 결함은 수술. 뼈 조각은 두개골 영역 (A)에서 격리됩니다. 연조직골수 및 혈액 (B) 채취하고, 이식편은 인산 완충 식염수 (C, AG = 동종) 두 세척 한 다음 70 % 에탄올로 헹구었다. 받는 사람 마우스 두개골 영역 (D)에서 면도와 피부의 소독에 의해 수술을 위해 준비가되어 있습니다. 타원형 컷은 두피의 피부에서 생성되고, 골막은 (E)를 제거한다. 다음으로, 두개골 결함 5 mm 직경의 트레 (F)을 이용하여 천공된다. 뼈 조각이 그대로 우수한 시상 동 (G)를 떠나, 숟가락 모양의 주걱을 사용하여 분리된다. 이식 후 결함에 넣고 피브린 겔 (H)를 사용하여 고정된다. 마지막으로, 피부 (I) 봉합된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53459/53459fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 의 특성 3. 마이크로 컴퓨터 단층 촬영혈관 트리 <ol><li> 헤파린 식염수를 준비합니다. 무게 2,000 U 나트륨 헤파린과 50ML 플라스틱 튜브에 넣습니다. 20 ml의 생리 식염수를 넣고 잘 튜브를 흔들. 15 mL를 20 mL의 루어 잠금 주사기 헤파린 식염수를 따뜻하게 채우고 23-G 두피 정맥 세트에 주사기를 연결합니다. 주사기 펌프에 주사기를 붙입니다, / 분 1 ml의 10 ml의 펌프로 설정합니다. </li><li> 50μl를 페노바르비탈 (65 ㎎ / ㎖; 100 ㎎ / ㎏)의 복강 내 주사를 사용하여 진정 마우스. 이 깊게 진정되어 있는지 확인하기 위해 동물의 다리를 꼬집어. 흡수성 표면 라이너 (그림 2A)로 감싸 고정 보드의 뒷면에 마우스를 고정합니다. 연기하는 사람 노출을 방지하기 위해 흄 후드에 고정 마우스를 놓습니다. </li><li> 미세 가위와 핀셋 (그림 2B)를 사용하여 목 ​​복부의 피부를 잘라. 칼 모양의 과정 (그림 2C)까지 복부 벽을 잘라. 그것의 측면 측면을 따라 흉곽을 잘라. 폐 부상을 피하십시오D 마음과 마음이 완전히 노출되어 있는지 확인하십시오. 흉골 (그림 2D)를 철회 지혈제를 사용합니다. </li><li> 나비 바늘을 좌심실 (그림 2E)에 3mm를 삽입합니다. 3 초 접착제 (그림 2 층)를 사용하여 심장과 가슴 벽에 바늘을 접착제. </li><li> 즉시 펌프를 활성화합니다. 잠시 후, 혈관 (그림 2G)를 감압하기 위해 하대 정맥을 해부하다. 액체가 떨어져 머리에서 흘러 있도록 보드를 기울입니다. 성공적인 재관류는 간과 혈관을 제거 발생합니다. </li><li> 헤파린 염수 관류가 완료되면, 4 % 포름 알데히드를 10 ㎖을 관류. 혈관에 공기 거품의 침투를 피하고 포름 알데히드 가스에 노출을 피하십시오. 성공적인 포름 알데히드 관류는 꼬리의 경직 발생합니다. 식염수를 헤파린 10 mL를 포름 알데히드를 플래시합니다. </li><li> manufact의 따른 무선 불투명 조영제를 준비의 urer 지침. 전형적으로, 이는 화합물, 희석제, 및 경화제의 혼합을 필요로한다. 혈청 피펫을 사용하여 15 mL의 플라스틱 튜브의 용액을 혼합한다. </li><li> / 분의 1 mL의 속도로 조영제 혼합물로 동물을 관류. 관상 장과 간 혈관을 관찰하고 그들이 2의 재관류 후 노란색 돌리고있다 있는지 확인 - 성공적인 재관류 (그림 2H)를 나타내는 3 ㎖. 재관류 완료하면, 버터 플​​라이 니들의 튜브를 절단 형 카 커스를 구하여 두개골 영역 용액의 누출을 방지하기 위해 휴지로 싸서. 4 ° CO / N의 중합을 허용합니다. </li><li> 두개골 지역 (그림 2I)을 해부하다; 우선 관심의 뇌 영역의 손상을 방지, 가능한 한 측면으로 피부를 잘라 메스를 사용합니다. 10mm 떨어진 이식의 두개골 뼈를 잘라 미세 가위를 사용 후 골 이식을 찾아. </li><li> 격리 CALV를 스캔μCT 스캐너를 사용하여 굴림 뼈 샘플; 200 밀리 초 360 ° 및 통합 시간 당 1,000 예측을 사용하여, 20.5 mm, 55 kVp의 X 선 에너지, 145 μA의 강도에보기의 필드를 설정합니다. 이미지를 다른 골 결손 모델에 μCT 매개 변수 (7)을 조정합니다. </li><li> μCT 소프트웨어에 의해 생성 된 2 차원 재구성 조각을 준수하십시오. 관심 영역이 제대로 스캔 한 후 두개골 결함을 찾을 수 있는지 확인합니다. 관류의 품질을 평가한다. 혈관의 성공적인 식별 (도 2J) 후, 계속해서 증류수 (DDW)에 희석 6 % 트리클로로 아세트산 (TCA)를 사용하여 샘플을 석회. </li><li> 3.10 절에 나타낸 파라미터를 이용하여 샘​​플을 재검색. 재구성 된 2D 조각에 Lambdoid 봉합을 찾습니다. 2mm, 8 mm 직경의 높이에 대한 관심 (VOI)의 원통형 볼륨을 정의, 즉, 봉합에 접선 - 이것은 결함의 해부학 사이트입니다. </li><li> 세그먼트 일임계 글로벌 절차를 이용하여 연부 조직의 전자 골조직; (130)에 낮은 임계 값을 설정하고, 제약 3D 가우시안 필터 (시그마 [σ = 2.0 및 지원 = 2) 부분적으로 볼륨의 노이즈를 억제을 적용합니다. 3 차원 재구성을 생성하고 VOI가 제대로 (그림 2K)에 위치되어 있는지 확인합니다. </li><li> IPL 소프트웨어 및 &quot;dt_object_param&quot;기능 (도 2L)를 사용하여 두께 맵을 생성한다. 참고 :이 기능은 각각의 혈관 직경의 혈관 볼륨을 설명합니다. </li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53459/53459fig2.jpg" /> 심장 접근법을 통해 전파 불투명 제를 사용하여도 2 관류. 마우스 정착 판 (A)에 부착하고, 피부는 목 (B)에 복부쪽으로 따라 절단된다. 복부 벽은 칼 모양의 proce을에 중간 라인업 따라 절단SS (C), 및 흉곽 측 방향 (D) 절단된다. 버터 플라이 니들은 (E는, 우심실이 흰 점선으로 표시된다) 현저 어두운 우심실로 삽입을 방지 좌심실에 삽입되고, 바늘은 심장 및 흉부 벽에 부착된다 (F) . 헤파린 식염수 (2-3 ml)을 마음에 펌핑하고, 하대 정맥을 해부한다 (G, 흰색 화살표는 하대 정맥을 나타냅니다). 포름 알데히드 (4 %) 관류와 세척된다 이 노란색으로 염색 한 라디오 불투명 한 조영제의 관류옵니다. 성공적인 관류 노란색 (H)에 색상을 변경 혈관의 거리만큼 명백 할 것이다. 중합 후, 두개골 영역 (I, AG는 = 동종 이식)을 분리하고 (J가, 관심의 볼륨이 주황색으로 표시됩니다) 적절한 관류를 확인하기 위해 μCT 스캐너를 사용하여 몇 군데 있습니다. 그만큼샘플 (K) 탈회하고 다시 스캔하고, 색깔의 두께지도 (L)이 발생 하였다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53459/53459fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 뼈 광물 화란과 혈액 관류 4. 형광 이미징 <ol><li> 1.5 ML 튜브 2 nmol의 / 100 μL PBS의 농도 (혈액 관류를 측정하기 위해 뼈 광물 및 혈액을 매개로 형광 제를 모니터링하는 비스포스포네이트 - 복합 형광 프로브를 사용)에 프로브를 복원합니다. 부드럽게 여러 번 피펫은 프로브의 균일 한 용해를 보장합니다. </li><li> 지정된 이미지 세션 전에 24 시간은 시간 제로 이미지를 촬영; 유도 챔버에 3 % 이소 플루 란으로 보충 된 100 %의 의료용 산소를 2 L / 분으로 흡입을 사용하여 마우스를 마취 3. 적절한 마취가 설정된 후, 1.5 %의 이소 플루 란 농도를 낮출 - 2%. </li><li> 건조 함을 방지하고 있는지 열 패드가 항상 켜져 있도록 수의사 눈 연고를 적용합니다. 이 깊이 마취되어 있는지 확인하기 위해 동물의 사지를 핀치. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 무인 때까지 동물을 두지 마십시오. </li><li> 모발 성장의 방향에 대해 그것을 적용 헤어 커터를 이용하여 두개골 영역을 면도. 헤어 크림을 사용 모피 잔해를 제거합니다. 모든 모피 남은 광학 영상에 방해가됩니다. 미세 가위와 핀셋을 사용하여 봉합을 제거합니다. </li><li> IVIS 무대에서 세 동물을 놓고 각 영상 세션을 37 ℃로 가온. 자동 노출 시간을 설정 C에 필드를 볼 수 있으며, 필터를 조정합니다. 예를 들어, 680 나노 미터의 빛 파장에서 최대 여기에 특징 비스포스포네이트 - 복합 형광 프로브, 675 나노 미터의 여기 필터와 Cy5.5의 발광 필터를 사용 . 이와 유사하게, 빛 파장 750 nm의 피크 여기에 혈액을 매개로 형광 제를 사용하는 경우710 나노 미터의 여기 필터 및 780 나노 미터의 방출 필터를 사용한다. </li><li> 화상 &quot;획득&quot;버튼을 누르면 이미지 소프트웨어를 통해 살아있는 쥐. 확인 두개골 영역이 포괄적 인 가이드의 조언 임 등의 알 2009 8 (그림 3B) 완전히 볼 수 있는지 확인합니다. </li><li> 마우스는 100 % 산소를 흡입 깨어 있도록 허용합니다. </li><li> 정맥 꼬리 주입을 통해 2 nmol의 형광 프로브를 주입한다. 상기와 같이 지정된 영상 회의에서, 촬상을 수행한다. </li></ol> 골 재생 5. 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 <ol><li> 4.3 - 4.2 단계에 도시 된 바와 같이, 골 형성의 정량화를 들어, 3 % 이소 플루 란 흡입에 의해 마우스를 마취. μCT 스캐너 침대에 마우스를 이동, 스캐너에 넣습니다. </li><li> μCT 스캐너의 X 선관 가능성 55 kVp의 에너지와 145 μA 중간 해상도의 강도를 설정합니다. 20.5 mm의 시야를 사용하여 수행스카우트 (단일 X 선)은 스캔과 두개골의 뒷면에 마우스의 눈에서 연장 관심 영역을 정의합니다. 200 밀리 초 360 ° 및 통합 시간 당 1,000 예측을 사용하여, CT 스캔을 수행합니다. </li><li> 20 ㎛의 공칭 공간 해상도를 이용하여 2 차원 슬라이스를 재구성. μCT 소프트웨어 (9)를 사용하여 표준화 된 위치로 결함 여백을 맞 춥니 다. </li><li> 유사, 3.20 단계 관심의 원통형 볼륨을 정의하고 제약 3D 가우시안 필터를 적용합니다 (σ = 0.8 및 지원 = 1) 부분적으로 볼륨의 노이즈를 억제 할 수 있습니다. 세그먼트 임계 글로벌 절차를 이용하여 연부 조직의 골조직. </li><li> 관심의 볼륨 광물 뼈 조​​직의 볼륨을 결정합니다. </li></ol> 줄기 세포 모집 및 차별화 6. 생물 발광 영상 <ol><li> 섹션 4.2-4.4에 묘사 된 100 % 산소를 흡입하여 쥐를 깨어으로 이미징 마우스를 준비합니다. </li><li> (1)를 관리26 밀리그램 / 복강 내 주사를 통해 각 마우스 kg의 딱정벌레 루시페린, 그리고 유도 챔버에 동물을 반환합니다. 2 분 후, 3 % 이소 플루 란을 이용하여 동물을 마취. IVIS에 마우스 무대를 따뜻하게 놓습니다. </li><li> 이미지 소프트웨어 리빙 통해 노출 시간에 &quot;자동&quot;과 C. 화상에 시야 루시페린 투여 후 생쥐를 5 분으로 설정. 형질 전환 유전자의 발현은 마우스 사이에서 변화 때문에 화상 &quot;생물 발광&quot;양상을 사용하여 단계 4.6에 도시 된 바와 같이 동물은, 관심 영역을 정의한다. 꼬리에 두개골 신호를 정상화. </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.

여기에 설명 조영 방법의 목적은 뇌신경 골 이식의 맥락에서 혈관 신생 골 형성의 축 세심한 조사를 가능하게하는 것이다. 신생 혈관은 뇌 전체 결함 공급 혈관 트리의 정확한 고해상도 3D 데모 허용 μCT 프로토콜을 사용하여 영상화 하였다. μCT 데이터 용이 IPL 같은 소프트웨어와 같은 고급 툴을 사용하여 분석 될 수있다. 예를 들어,도 3c에 도시 된 두께 분석 뇌 자가골 이식과의 주요 ...

외상, 종양 절제, decompressive 개두술 및 선천성 결함에 대한 두개 안면 뼈 손실은 거의 그 자체로 치유하지 않고 명확한 충족되지 임상 필요성을 제시한다. 자가 뼈 이식과 동종 골 이식이 광범위하게 이러한 조건 1을 치료하는 데 사용된다. 널리 혈관 신생 골 형성이 단단히 2,3- 결합되는 것을 허용한다. 따라서, 뼈 재생을위한 제안 치료의 전체 연구는 전체 결함의 위치를​​ 통하여 형성하는 혈관 나무의 포괄적 인 조사를 포함해야한다. 연구 모델에서 혈관의 특성을 몇 가지 가능한 방법이 있습니다. 혈관 나무는 조직 학적 분석을 통해 조사 할 수있다. 조직학은 조직을 절편에 의존하기 때문에, 결과 이​​미지가 왜곡 될 가능성이 높은있다. 이 문제를 해결하기 위해, 생체 내에 현미경 이미지 본래의 혈관 (4)에 수행 될 수있다; 그러나,이 방법은하나의 평면 영상으로 제한. 조영제로 관류 동물에서 얻은 검체의 μCT 검사는 재생 사이트 (5)를 공급하는 혈관 네트워크의 3D 영상을 수 있습니다. 이 접근법은 전체 기관의 혈관의 매우 상세한 데모뿐만 아니라 혈관 분포의 치밀한 분석을 허용한다. 또한, μCT 혈관의 서로 다른 아형을 특성화 혈관 직경의 변화 사이의 차별화를 가능하게한다. 우리는 동종 이식의 이식보다 큰 혈관 신생을 유도하는 두개골 이식술의 주입을 가정하고, 이것은 우리가 다양한 기술을 사용이 가설을 추구 formation.To 강화 뼈, 차례로, 신생 혈관이 이어질 것 증가했다. 우리 μCT 기반 분석을 수행하여 새로 형성된 혈관의 나무 무늬를 조사 하였다. 우리는 혈액 풀 형광 프로브를 이용하여 혈류를 측정 하였다. 다음으로, 엉덩이하이드 록시 아파타이트 지시 프로브 및 μCT 분석 FLI으로 나오지 뼈 조직 광물. 마지막으로, 우리는 오스테오칼신 루시페라아제 양성 세포에서 발현하는 형질 전환 마우스에서 BLI을 수행하는 줄기 세포의 분화 및 모집을 모니터.

<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

뼈 이식 절차의 성공을 결정하는 중요한 매개 변수는 그래프트를 둘러싼 영역의 혈관이다. 우리는 풍부한 혈관 형성에 의해 더 많은 골 재생을 유도 할 뼈 이식술의 주입을 가설을 세웠다. 결함 부위에서 신생 혈관에 이식 효과를 조사하기 위해, 우리는 중합 성 조영제와 동물의 조직 관류를 포함 혈관 형성 새롭게 특성화 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 (μCT) 접근 방법을 개발 하였다. 이 방법은 전체 기관의 자세한 혈관 분석을 할 수 있습니다. 또한, 혈액 관류 혈액 유래 형광 제의 형광 이미징 (FLI)를 사용하여 평가 하였다. 골 형성은 수산화 인회석 타겟 프로브 μCT 분석을 사용하여 정량 하였다 FLI. 줄기 세포 모집 오스테오칼신 프로모터의 제어 하에서 루시페라아제를 발현 트랜스 제닉 마우스의 생물 발광 영상 (BLI)에 의해 모니터링 하였다.다음은 설명과 동종의 제조, 두개골 결함 수술을 보여, 혈관 신생 연구하고 (조영제의 생체 내 관류를 포함) 골 형성 분석 및 데이터 분석을위한 프로토콜 μCT 주사 프로토콜. 맥관 구조의 3D 고해상도 분석 특히 세동맥 포메이션에 대하여,자가 이식으로 이식 동물에서 상당히 큰 혈관을 보여 주었다. 따라서, 혈액 관류는 수술 후 7 일째에 의한자가 이식 군에서 유의하게 높았다. 우리는자가 이식을받은 동물에서 우수한 뼈 광물 및 측정보다 골 형성을 관찰했다. 세포는 7 일 및 10 일 사이의 수술후 일 골 형성 세포로 분화 그래프트 호스트 뼈 봉합,자가 이식에 의한 주입 상주 줄기 세포 모집. 이 결과는 강화 된 골 형성이에 기인 할 수 있음을 의미자가 이식 주입의 특징을 증강 혈관 먹이입니다. 방법은 단단히 경계 골 형성 및 신생 혈관의 관점에서 골 재생을 연구하는 최적의 도구로 역할을 할 수있다 묘사했다.

신생 혈관은 혈액 관류를 정량화하는 형광 혈액을 매개로 에이전트를 사용 μCT 체적 분석과 FLI에 의해 평가 하였다. 세븐 일 수술 후, μCT 검사는 C57BL / 6 (그림 3A)에서 수확 동종 이식을받은 쥐에 비해자가 이식을받은 생쥐의 중소 직경 혈관의 상당히 높은 볼륨을 보여 주었다. 흥미롭게도, 자가골 그룹에 새로 형성된 혈관 트리 이식 군에서 혈관 외부 에지에서 결함 부위를 관통하도?...

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

자가 및 동종 골 이식의 주입은 주요 두개 안면 뼈 손실을 치료하는 방법을 받아 구성한다. 그러나 혈관 신생, 세포 분화 및 골 형성 간의 상호 작용에 그래프트 조성물의 효과는 불분명하다. 우리는 이식 근접에서 혈관 신생 골 형성의 상호 의존성을 규명하는 것을 목표로 멀티 모달 이미징 프로토콜을 제시한다.

컴퓨터 단층 촬영 및 골 형성 - 혈관 신생 커플 링의 광학 이미징 두개골 뼈자가 이식과 동종 이식 통합을 평가하기 위해

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 조회수.  The Hebrew University–Hadassah Faculty of Dental Medicine.  자가 및 동종 골 이식의 주입은 주요 두개 안면 뼈 손실을 치료하는 방법을 받아 구성한다. 그러나 혈관 신생, 세포 분화 및 골 형성 간의 상호 작용에 그래프트 조성물의 효과는 불분명하다. 우리는 이식 근접에서 혈관 신생 골 형성의 상호 의존성을 규명하는 것을 목표로 멀티 모달 이미징 프로토콜을 제시한다. 

비디오: 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.

입체 광학 해상도 Photoacoustic 현미경

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

연구

생체공학

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.

실란 커플링 에이전트를 사용하여 실리카 광 Biosensors에 생물 학적 프로브를 부착

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.

통합 Photoacoustic Ophthalmoscopy 및 스펙트럼 도메인 광 결맞음 단층 촬영 장치

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.

광대역 의료 이미징 애플리케이션을위한 초음파의 광 검출기

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.

뼈 이식 앵커리지 평가하는 향상된 기계적 시험 방법

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.

심근 구조, 기능의 생체 양적 평가에서 관류 및 생존 능력은 심장 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여

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.

적절 한 위치와 뼈 마이크로 아키텍처를 사용 하 여 생체 내에서 마이크로-단층의 집중된 고해상도 이미징 쥐 뒷 다리의 구속

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.

복합 체적 망막 이미징 오블리크 스캐닝 레이저 Ophthalmoscopy (오슬로) 및 광학 일관성 단층 촬영 (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).

인간 섬유근육 조직을 시각화하기 위해 인산화산 제제를 사용한 마이크로 X선 컴퓨터 단층 촬영 사용

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.

고립 된 뮤린 심실 근세포의 광학 이미징

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