Este trabalho foi financiado por verbas Instituto Nacional do Câncer R01 CA120368 e R01 CA109558 (KMT, RAC, FEG, BWP) e RO1 CA132750 (MJ, BWP) e K25 CA138578 (FL) e Canadian Institutes of Health prêmio bolsa de pesquisa de pós-doutorado (KMT ). O desenvolvimento do sistema de tomografia de fluorescência foi parcialmente financiado pelo Tecnologias Avançadas de Investigação (Montreal, QC).

1. Preparação dos animais <ol><li> Anestesiar rato nu (Charles River, Wilmington, MA) com injecção intra-peritoneal de cetamina-xilazina (100 mg / kg: 10 mg / kg ip). </li><li> Coloque o rato na moldura estereotáxica, fazer uma incisão no couro cabeludo do lado esquerdo do crânio e, usando uma agulha de 18 gauge, criar um orifício de 1 mm de diâmetro no crânio milímetros 2 a partir da linha central e 2 mm atrás do bregma. </li><li> Injectar 5 × 10 5 U251 humanas células de glioblastoma neuronais (gentilmente fornecida pelo Dr. Mark Israel no Dartmouth College, Hanover, NH) em 5 ml de solução tampão de fosfato para o hemisfério cerebral esquerdo, a uma profundidade de aproximadamente 2 mm abaixo da superfície do cérebro. Usar uma micro-seringa Hamilton 18 e um romba terminou calibre 27 com agulha para o implante de células e inserir a ponta da agulha 3 milímetros a partir da superfície externa do crânio e depois retirar 1 mm a criar uma bolsa para as células. </li><li> Local da sutura da incisão e permitir reperação de uma cirurgia. </li><li> Espere ~ 14 dias para permitir que o tumor crescer antes de imagem. </li></ol> 2. A calibração do sistema de fluorescência Tomografia <ol><li> No dia da imagem do rato, iniciar sistema e permitir que os lasers e detectores de luz para aquecer-se durante aproximadamente 20 minutos para evitar desvios em relação à sensibilidade do sistema. </li><li> Coloque um 100 °-por-4 ° engenharia linha difusor (Thorlabs, Newton, NJ) no centro directa do pórtico de imagem, o normal para o laser de excitação: um picossegundo-80-pulsado MHz diodo laser multimodo 635 nm (PicoQuant Photonics Norte America Inc., Westfield, MA). Ajustar o ângulo do difusor para maximizar a quantidade de sinal detectado por todos os cinco canais de recolha de luz. Uma descrição completa da geometria de imagem é fornecida em outro 11,14,15. </li><li> Coloque OD 2 filtros de densidade neutra (Thorlabs, Newton, NJ) na frente de todos os tubos de detecção de fluorescência fotomultiplicador (PMT) e 1 OD filtros de densidade neutra (Thorlabs, Newton, NJ) na frente de todos os PMTs detecção de transmitância. Colete 100 perfis de pulsos temporais de dispersão (TPSF) do laser, cada um com um tempo de integração 1-s. </li><li> Normalize cada TPSF pela referência laser, correto o desvio temporal na referência laser, e média de todas as iterações para cada detector. Estes são os médios TPSFs detector funções específicas do instrumento de resposta (IRF) utilizados na reconstrução da imagem óptica. </li></ol> 3. Imagem Protocolo <ol><li> Anestesiar o rato com 2% de isoflurano em oxigénio (1 L / min). </li><li> Injectar 1 nanomole de IRDye 800CW-EGF e 1 nanomole de Alexa Fluor 647 em 100 uL de solução de tampão fosfato, por via intraperitoneal, 12 h antes da imagem para alvejar de crescimento epidérmico superexpressão do receptor do factor no tumor. </li><li> Posicione o mouse sobre a fibra de vidro suporta o leito de imagem, organizando o mouse de modo que seu nariz permanece em um cone entregar anestesia com isoflurano. </li><li> Encerteza de que o rato é posicionado de forma adequada sobre a cama: isto é, que, quando o leito é presa no sistema de tomografia de fluorescência com o rato está no centro aproximado do pórtico de imagem. Este posicionamento pode ser guiado pela rotação do excitação laser 180 ° em torno do rato, assegurando que o ponto focal do laser ilumina um ponto aproximadamente no centro do rato a partir da perspectiva do laser em todos os ângulos. </li><li> Uma vez posicionado, transferir cuidadosamente a cama de imagem e mouse para o microCT (explorar Locus, a GE Healthcare, London, ON) scanner e coletar informações anatômicas com uma resolução de 93 mícrons isotrópico para toda a cabeça do rato. </li><li> Visualizar a pilha de imagem TC e escolher a fatia (s) a ser trabalhada com o sistema de tomografia de fluorescência. </li><li> Transferir cuidadosamente a cama de imagem e mouse de volta para o sistema de tomografia de fluorescência. Escolha o número de posições de origem para coletar dados sobre o mouse para cada slic imageme (32), o tempo de integração para cada medição TPSF (1 s), o número de iterações para cada posição da fonte (10), ea posição e número de fatias de imagem desejados a partir da pilha de imagem TC a partir do Passo 3,6. Os números entre parênteses são valores típicos para cada parâmetro de imagem rendendo aproximadamente 5 minutos de aquisição de dados por fatia de imagem. </li><li> Coloque filtros notch triplos (Chroma Technology Corp, Bellows Falls, VT) na frente dos PMTs detecção por fluorescência, para restringir qualquer luz laser de atingir os detectores de fluorescência, e OD 2 filtros de densidade neutra diante dos PMTs detecção de transmitância para evitar a saturação dessas detectores. </li><li> Executar o software de aquisição de dados, na recolha de fluorescência e de transmitância TPSFs em cada posição definida a fonte eo detector e para cada comprimento de onda de excitação (635 nm e 755 nm para excitar a Alexa Fluor 647 e IRDye 800CW-EGF marcadores, respectivamente). Para cada conjunto de TPSFs coletados, monitorar e registrar a intensidade do lasercom um canal de PMT de referência. </li></ol> 4. Reconstrução da imagem <ol><li> Determinar a superfície exterior do rato e da localização das hastes de suporte de imagem de leito a partir das imagens de TC e criar máscaras, que abrange os limites do rato e as hastes de imagem separadamente. </li><li> Use a máscara do rato para produzir uma malha de elementos finitos do animal utilizando o software NIRFAST 19. </li><li> Localizar as posições de origem e de detector a partir do sistema de tomografia de fluorescência na superfície da malha com base em microCT e registo espacial fluorescência coordenadas 20. </li><li> Remover pontos ópticos de dados associados com origem ou detector de posições que interagem com a localização das hastes de suporte de imagem de cama. </li><li> Normalizar os dados coletados em cada posição detector fonte pela referência a laser, corrigir o desvio temporal na referência laser, e correta para as sensibilidades do filtro, que foram determinadas pelo teste experimental<html> no momento da compra 15. </li><li> Tomar a Razão de Nascido dos dados (fluorescência dividida pela transmitância) para cada posição de fonte eo detector e multiplicam-se com uma simulação do modelo para a frente de transmitância com base na malha de animais de elementos finitos para uniformes propriedades ópticas. Isto é feito para minimizar os erros associados com a fonte ou detector de tecido de acoplamento 21, para calibrar os dados para o modelo 22, e para ajustar os dados para os outros aspectos da modelo de dados-incompatibilidade 23,24. </li><li> Construir um vector de dados composto da diferença em escala dos dados de taxa nascidos recolhidos em ambos os comprimentos de onda. O fator de escala é escolhido para maximizar EGFR contraste vinculativo. Execute no domínio do tempo de reconstrução de imagem com os dados diferença calibrados usando o TPSF para cada canal de detecção como uma entrada, e criar mapas de fluorescência do marcador com contraste alvo 15. </li></ol> 5. Os resultados representativos &quot;&gt; Um exemplo de uma reconstrução de fluorescência revestida com uma imagem anatómica co-CT registada a partir da cabeça de um rato com um tumor U251 glioma ortotópico é apresentado na Figura 1b. O centro de massa do glioma determinada pela reconstrução fluorescente (Figura 1b ) foi de 1 mm do centro de massa do tumor determinada por contraste de melhorar a ressonância magnética (Figura 1a). As imagens de TC e RM foram co-registados com base em uma transformação informação mútua. <img src="/files/ftp_upload/4050/4050fig1.jpg" alt="A Figura 1" /> Figura 1. Com contraste (gadolínio) ressonância magnética de cabeça de rato (a). O rato foi inoculado ortotopicamente com uma linha de células de glioma humano U251. A localização do tumor, o qual absorve mais agente de contraste do que o cérebro normal, pode ser visto no hemisfério cerebral esquerdo (à direita na imagem) e indicada pela seta branca. O corresponding computadorizada da imagem tomografia (a partir do mesmo local na cabeça de rato) é descrito em (b) com o factor de crescimento epidérmico alvo fluorescência menos o sobreposto reconstrução untargeted fluorescência. As unidades de fluorescência em mm inversa e se relacionam com o coeficiente de absorção da fluorescência específica ligada multiplicada por sua eficiência quântica e por sua concentração.

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Não há conflitos de interesse declarados.

Fluorescência tomografia (FT) é um sensível, radiação ionizante modalidade de imagem molecular com base na livre visível e do infravermelho próximo de transportes luz através do tecido biológico. A maior parte do interesse na FT tem sido focada em seu potencial para acelerar a descoberta e desenvolvimento de medicamentos em animais de pequeno porte modelos experimentais 1 e uma área-chave da investigação foi o estudo da expressão de biomarcador do cancro e de resposta às terapias moleculares 26. Atualmente, existem duas abordagens concorrentes para FT projeto do sistema. O desenho mais comum é baseada em refrigeração charge-coupled device (CCD) câmeras para detecção de fluorescência 4-9. Esta concepção proporciona uma elevada densidade de medições, a maximização de amostragem de tecido uma vez que cada pixel na câmara CCD pode detectar a luz que tenha percorrido um caminho único através do tecido. No entanto, as câmaras CCD têm um alcance limitado dinâmico, leia-o ruído limita sua sensibilidade final. O segundo projeto evita a limitação potencial<html> ções de CCD detecção câmara, empregando a tecnologia de contagem altamente sensível único-fotão baseada na utilização de detectores, tais como tubos fotomultiplicadores ou fotodíodos avalanche 10-13. A desvantagem destes métodos de detecção mais sensível é que cada detector só pode recolher luz num único ponto, por isso, a obter uma amostragem de tecido denso, quer detectores muitos têm de ser utilizado (o que é muito caro), ou projecções muitos têm de ser trabalhada com o mesmo detector (que pode ser demorado). Enquanto o nível ótimo de amostras de tecido para FT pequeno animal não tiver sido acordado, e podem variar em uma base caso a caso, concorda-se que um único fóton instrumentação contagem é mais adequada para explorar os limites de sensibilidade de FT em termos da sua capacidade para detectar baixas concentrações de marcadores moleculares. Neste estudo, nós fornecemos uma metodologia para a realização de FT em um único fóton instrumentação de detecção contagem para localizar tumores em camundongos. ent &quot;&gt; Existem quatro passos críticos envolvidos para produzir conjuntos de dados robustos com o tempo correlacionados FT-fotão único de contagem. O primeiro é a aplicação de um procedimento de calibração apropriada e fácil. Na metodologia apresentada, as sensibilidades respectivas de cada canal de detecção são contabilizados para através da recolha de uma medição de referência de luz de excitação transmitida através de uma linha de difusor concebido para dirigir fracções iguais de luz para cada detector 15. Além disso, a luz detectada durante uma experiência é continuamente calibrado para a referência de laser, tanto em termos de intensidade e significa . tempo, o que poderia variar ao longo do tempo, pela operação de um laser de referência canal 11,15 O segundo passo crítico é a recolha precisas e co-registo de imagem anatómica para guiadas reconstruções de fluorescência Os dados FT sozinho não oferece qualquer informação anatómica.; por conseguinte, a fim de criar um modelo de transporte de luz que pode ser usado para reconstruir o LOcatião de fontes fluorescentes dentro de um espécime da fluorescência detectada na superfície do espécime, a anatomia do espécime em relação ao sistema de FT deve ser conhecida com precisão. No nosso sistema, a informação anatómica é adquirida por um sistema de tomografia computadorizada com micro-coordenadas espaciais que foram registados espacialmente com as do sistema de FT 15,20. O terceiro passo crítico envolve garantir que uma exposição óptima (isto é, o tempo total de detecção de fotões para cada projecção laser) é empregada em cada posição fonte eo detector. Isto é importante, por duas razões: em primeiro lugar, para assegurar que não é adequada sinal-ruído em cada posição de detecção e segundo para evitar a saturação do detector, o que poderia danificar as unidades de detecção. A fim de alcançar uma exposição óptima em cada posição do detector, um controle automático de exposição é empregue, o qual essencialmente triangula a exposição óptima a partir de dois, de baixo do sinal 14 exposições. A crítica quartopasso da metodologia está a fazer referência os dados recolhidos de fluorescência para a quantidade de luz de excitação transmitido. Esta referência é muitas vezes chamada de taxa de Born, e proporciona muitos benefícios para FT, com o principal sendo uma atenuação de erros do modelo de dados-incompatibilidade 23,24. O sistema apresentado foi concebido para detectar a luz de excitação de fluorescência e ambos transmitidos simultaneamente por canalizando a luz em cada canal de detecção em 2 tubos fotomultiplicadores separados. Ao fazer isso, nós evitamos os efeitos do movimento sobre a veracidade da relação de Born. Com um conjunto de dados robusto que lado, a reconstrução da imagem de tempo de domínio de dados envolve a solução do problema inverso da malha de elementos finitos com a expressão: d = Jx onde d é um vetor com n elementos x m para n fonte de detectores de projeções e TPSF m tempo portões; J é um n x m-por-sensibilidade l de matriz (ou Jacobiana), para os nós de l na malha; e X é o vector de fluorescência propriedades ópticas em cada nó, tendo l tamanho d são os dados recolhidos calibradas durante a experiência e J é simulado utilizando a solução de elemento finito. para a aproximação de difusão no domínio do tempo de fluorescência de transporte 25. O tempo de dimensão de J é também convolved com as funções de detecção de resposta específicos do instrumento. X é uma representação do mapa de fluorescência de interesse e é resolvido pela utilização de um Levenberg-Marqardt pelo menos não-negativo abordagem quadrados com Tikhonov regularização 15. A metodologia apresentada aqui, que descreve um procedimento capaz de localizar tumores fluorescente etiquetado em camundongos usando altamente sensíveis fóton contagem detecção por fluorescência, tem o potencial de ampliar os limites da FT. Num estudo anterior, o potencial de empregar esteabordagem em maior-que-ratos modelos animais, como ratos, bem como uma maior sensibilidade sobre projetos de sistemas existentes no rato do tamanho de amostras, foi demonstrado 17. A aplicação imediata dessa abordagem seria para o monitoramento de expressão de biomarcadores in vivo em modelos de tumores pequenos animais para avaliar a eficácia de drogas em um meio de alto rendimento. A capacidade do sistema para excitar e detectar a fluorescência em comprimentos de onda múltiplos permite a detecção simultânea de múltiplos marcadores fluorescentes. Adicionais marcadores fluorescentes fornecer um meio de interrogar múltiplos aspectos de uma patologia, simultaneamente, ou poderia ser utilizado, como no presente estudo, a empregar abordagens de imagem mais quantitativos, tais como repórter duplo métodos de medição do potencial de ligação in vivo, um marcador da densidade do receptor 26,27.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários (opcional) </td></tr><tr><td> IRDye 800CW-EGF </td><td> LI-COR Biosciences </td><td> 926-08446 </td><td></td></tr><tr><td> Alexa Fluor 647, succinimidil éster </td><td> Life Technologies </td><td> A20106 </td><td> Reagido com água para minimizar a ligação não-específica </td></tr></tbody></table>

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

Pequenos animais de fluorescência molecular imaging (FMI) pode ser uma poderosa ferramenta para a descoberta da droga pré-clínicos e estudos de desenvolvimento 1. No entanto, a absorção de luz por cromóforos de tecidos (por exemplo, a hemoglobina, água, lípidos, a melanina) tipicamente limita propagação do sinal óptico por meio de espessuras maiores do que alguns milímetros 2. Comparado a outros comprimentos de onda visíveis, absorção de tecido para o vermelho e infravermelho próximo (near-IR) de absorção de luz diminui drasticamente e não-elástica dispersão torna-se o mecanismo de interação dominante luz-tecido. O desenvolvimento relativamente recente de agentes fluorescentes que absorvem e emitem luz na gama de quase-IR (600-1000 nm), tem conduzido ao desenvolvimento de sistemas de imagem e modelos propagação da luz que podem alcançar corpo inteiro tridimensional de imagem em pequenos animais 3. Apesar de grandes avanços nesta área, a natureza mal-colocados da tomografia de fluorescência difusa permanece um significativoproblema para a estabilidade, a recuperação de contraste e resolução espacial de técnicas de imagem e de reconstrução a melhor abordagem para o FMI em pequenos animais ainda não foi acordado. A maioria dos grupos de pesquisa têm investido em charge-coupled device (CCD) baseados em sistemas que fornecem sensibilidade dos tecidos de amostragem, mas suboptimal abundantes 4-9, enquanto o nosso grupo e alguns outros 10-13 têm buscado sistemas baseados em detectores de alta sensibilidade , que neste momento permitir amostragem de tecido denso para ser conseguida somente à custa da taxa de transferência de imagem baixa. Aqui nós demonstrar a metodologia de aplicação de um único fóton tecnologia de detecção em um sistema de tomografia de fluorescência para localizar uma lesão cerebral canceroso em um modelo de mouse. A fluorescência tomografia do sistema (FT) empregados único fóton contando com tubos fotomultiplicadores (PMT) e rico em informações de detecção de luz no domínio do tempo em uma conformação de não-contato 11. Isto proporciona uma col simultânealição de excitação e emissão de luz transmitida, e inclui o controle de exposição automática de fluorescência de excitação 14, referência laser, e co-registro com um animal de pequeno tomografia computadorizada do sistema (microCT) 15. Um modelo de rato nu foi usado para geração de imagens. O animal foi inoculado ortotopicamente com uma linha de células de glioma humano (U251), no hemisfério cerebral esquerdo e fotografada 2 semanas mais tarde. O tumor foi feita a fluorescência por injecção de um traçador fluorescente, IRDye 800CW-EGF (LI-COR Biosciences, Lincoln, NE) dirigidas para o receptor de factor de crescimento epidérmico, uma proteína da membrana celular conhecido por ser superexpresso na linha de tumor U251 e muitos outros cancros 18. Um segundo, untargeted traçador fluorescente, Alexa Fluor 647 (Life Technologies, Grand Island, NY) foi também injectado para explicar os efeitos de receptores não-mediadas na absorção dos marcadores orientadas para fornecer um meio de quantificar ligação do marcador, receptor de disponibilidade / densidade 27. A CT-guiada, time-domínio algoritmo foi usado para reconstruir o local de ambos marcadores fluorescentes (isto é, a localização do tumor) no cérebro do rato e da sua capacidade para localizar o tumor foi verificada por meio de contraste de imagem por ressonância magnética. Embora demonstrada para imagens de fluorescência em um modelo de rato glioma, a metodologia apresentada neste vídeo pode ser estendido para diferentes modelos de tumores em vários modelos animais pequenos potencialmente até o tamanho de um rato 17.

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

Tomografia de fluorescência difusa oferece uma abordagem de custo relativamente baixo e com elevado potencial de todo a pré-clínica<em&gt; In vivo</em&gt; Imagem do tumor. A metodologia de coleta de dados ópticos, calibração e reconstrução da imagem é apresentada para uma tomografia computadorizada guiada sem contato do sistema no domínio do tempo usando fluorescente direcionamento do tumor receptor do fator de crescimento epidérmico biomarcador em um modelo de glioma mouse.

Tomografia Computadorizada guiada por tomografia difusa no domínio do tempo de fluorescência em pequenos animais para localização de biomarcadores de câncer

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

computed-tomography-guided-time-domain-diffuse-fluorescence

Research

JoVE Journal

Medicine

12.2K visualizações.  Dartmouth College. Tomografia de fluorescência difusa oferece uma abordagem de custo relativamente baixo e com elevado potencial de todo a pré-clínica In vivo Imagem do tumor. A metodologia de coleta de dados ópticos, calibração e reconstrução da imagem é apresentada para uma tomografia computadorizada guiada sem contato do sistema no domínio do tempo usando fluorescente direcionamento do tumor receptor do fator de crescimento epidérmico biomarcador em um modelo de...

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

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.

Perfusão retrógrada e enchimento da vasculatura coronariana do rato como preparação para Micro tomografia computadorizada

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

Medicina

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.

Multi-modal de imagem de angiogênese em um modelo de rato nu de Câncer de mama utilizando a ressonância magnética, tomografia computadorizada volumétrica e ultra-som

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.

Avaliação da viabilidade de gordura humana injecção em ratinhos nu com Micro-Tomografia Computadorizada

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.

Usando tomografia Micro-computadas para a avaliação do desenvolvimento do tumor e Acompanhamento da resposta ao tratamento em um modelo do rato do cancro do pulmão

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.

Combinada Near-infrared imagens fluorescentes e tomografia Micro-computado para Diretamente Visualizando Cerebral tromboêmbolos

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.

Doseadores descartável para Pulmonar insuflação de agentes terapêuticos para Pequenos Animais

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.

Orientação de imagem baseada no tomography computado intraoperativo do feixe do cone para a fusão Interbody minimamente invasora do transforaminal

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.

Identificando a calcificação arterial coronariana na não-bloqueadas computado exames de tomografia computadorizada

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.

A amostragem contínua do sangue no tomography de emissão de Positron animal pequeno/tomography computado permite a medida da função de entrada arterial

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.

Dimensionamento da válvula guiada por tomografia computadorizada quadridimensional para substituição da válvula pulmonar transcateter

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