Este trabalho foi apoiado pelos seguintes subvenções (DaSilva AF): Instituto Nacional de Saúde - Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame - K23 NS062946, da Dana Foundation cérebro e Imuno-Imaging Award, ea Research Foundation Research Award Grant enxaqueca. Os autores reconhecem o Centro de Medicina Nuclear PET Technologists (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, e Caitlin Hendricks) e do pessoal da Funcional Laboratório MRI (Scott Peltier e Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, o investigador principal, teve pleno acesso a todos os dados do estudo, e assume a responsabilidade pela integridade dos dados ea precisão da análise dos dados. Os autores declaram não haver conflitos de interesse relacionados com este estudo.

O estudo deve ser aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional local, e pelo Comitê de Pesquisa de Drogas da radioativo. O sujeito da pesquisa dá consentimento informado por escrito para participar do estudo. O protocolo é dividido em três etapas cronológicas: <ol><li> Sessão de ressonância magnética </li><li> Sessão PET durante a fase ictal (dor de cabeça) da enxaqueca </li><li> Sessão PET durante a fase interictal (sem dor de cabeça) da enxaqueca </li></ol> O paciente é responsável pelo preenchimento de um diário de dor, e para confirmar com o grupo de pesquisa a ocorrência de um ataque de enxaqueca no dia da sessão de imagens. Ambos, interictal e ictal, PET deve ser agendada durante as fases foliculares meados dos anos separadas do paciente (5 a 10 dias após o primeiro dia de sangramento menstrual), que neste caso foi rastreados e calculados com antecedência por um ginecologista com experiência no campo (anos). 1. MRI Session <ol><li> Préemparelhamento para o Experimento <ol><li> Antes de preparar o sujeito para a verificação, é necessário seguir as instruções de segurança adequadas, devido ao campo magnético do scanner de ressonância magnética. Todo o pessoal do estudo deve ser antes de entrar na sala do procedimento MR livre de metal. </li><li> Fornecer uma cópia do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido, previamente assinada pelo voluntário de pesquisa durante a triagem inicial, para o tecnólogo MR. </li></ol></li><li> Preparando o assunto para a digitalização <ol><li> No dia da ressonância magnética, pedir ao sujeito da pesquisa para preencher um formulário de triagem de segurança de ressonância magnética. Este formulário é necessário para qualquer MRI tomada na University of Michigan - fMRI laboratório. O questionário reforça que o assunto também é livre de metais e não tem uma condição médica que requer uma análise cuidadosa e especial (por exemplo, fragmentos estranhos metálicos, dispositivo mecânico / elétrico implantado). </li><li> Tranqüilize que o participante compreenda as MR procedimento, riscos e benefícios. </li><li> Deliver a forma de triagem devidamente preenchida para o tecnólogo MR que estará ajudando no procedimento. </li></ol></li><li> Adquirir um exame de ressonância magnética anatômica T1 durante uma fase interictal para o paciente em um scanner de 3 Tesla. <ol><li> Utilize os seguintes parâmetros de seqüência para a aquisição de ressonância magnética: <ul><li> A. Axial estragou-gradiente lembrou (SPGR) de aquisição em 3D </li><li> B. Largura de banda = 15,63 </li><li> Tempo C. A repetição [TR] = 9.2 ms </li><li> Tempo D. eco [TE] = 1,9 ms </li><li> Preparação recuperação E. Inversão 500 ms </li><li> F. ângulo de inclinação = 15 ° </li><li> G. 25/26 FOV </li><li> H. número de excitações [NEX] = 1 </li><li> I. 144 fatias contíguas </li><li> J. 1,0 milímetros espessura de corte </li><li> K. 256 matriz x 256 </li></ul></li></ol></li></ol> 2. Ictal Sessão PET <ol><li> Preparar-se para o Experimento <ol><li> Antes de confirmar o exame no Hospital Universitário, em contato com o assunto para verificar em que phase do ciclo menstrual, ela vai estar no dia do exame. Recomenda-se realizar um PET scan durante a fase folicular média-final (5 a 10 dias após o início do sangramento menstrual). </li><li> Envie uma solicitação para o hospital para produzir [11 C] carfentanil, um radiofármaco de curto a vida com uma afinidade selectiva para os receptores μ-opióides, usando um ciclotron na vizinhança da digitalização. O traçador deve ser produzido de 2 horas antes do exame. </li><li> No dia do potencial PET scan ictal, entre em contato com o assunto 2 horas antes da nomeação para confirmar a presença de um ataque de enxaqueca espontânea. Se um ataque de enxaqueca está presente, validar o diagnóstico de enxaqueca após a Classificação Internacional de Transtornos da Cefaléia. Após o diagnóstico, assegurar que o participante é capaz de chegar com segurança até o hospital para se submeter ao exame. Fornecer transporte se o assunto não é de condução confortável ou se nenhum driver designado está disponível. </li></ol></li><li> Preparando o Subject para a digitalização <ol><li> Quando o participante chega no hospital, acompanhá-la até a suíte PET para revalidação de diagnóstico baseado na Classificação Internacional de Transtornos da Cefaléia. Antes do varrimento, realizar um teste de drogas na urina para confirmar que o sujeito não ingestão de qualquer substância que pode interagir com o marcador carfentanil [11 C], seguido de um teste de gravidez na urina. </li><li> Reafirmar que o participante compreenda o procedimento PET, riscos e benefícios. </li><li> Entregar uma cópia do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido, previamente assinada pelo voluntário de pesquisa durante a triagem inicial, para o tecnólogo Medicina Nuclear. </li><li> Seguindo a orientação do técnico de Medicina Nuclear, ajudar a resolver o assunto no scanner. </li><li> Já o sujeito submetido a um PET scan 90 min usando uma HR Siemens + scanner no modo 3D (imagens reconstruídas ter uma largura à meia altura () resolução FWHM de ~ 5,5 milímetros-in-plane e 5,0 milímetros axial). </li> &lt;li&gt; Para cada [11 C] doses carfentanil (555 MBq ≤ 0,03 ug / kg), administrar cinquenta por cento, como um bolus com a restante infundida continuamente ao longo da digitalização para alcançar níveis de estado estacionário de traçadores de aproximadamente 35 minutos após a administração do traçador . </li><li> Sessão PET interictal. </li><li> Repita os passos de 2,2-2,6 durante a fase não-dor de cabeça. </li></ol></li></ol> 3. PET Dados Reconstrução <ol><li> Reconstruir imagens de PET utilizando algoritmos interativos em uma matriz de 128 x 128 pixels em um campo de diâmetro 28,8 centímetros de visão (FOV). </li><li> Adquirir 21 quadros de imagem e co-registo para o outro para corrigir o movimento durante a varredura. </li><li> Obter uma transmissão de 6 min (fonte 68Ge) scan antes do PET scan para fins de correção de atenuação. </li><li> Converta os dados de imagens dinâmicas para cada varredura em uma base voxel-a-voxel em dois conjuntos de imagens paramétricos (10 - 40 min): <ol><li> Use uma medida de transporte marcador (K1 ratio) para os procedimentos coregistration e de normalização; e </li><li> Use uma medida relacionados com o receptor, a BP ND, proporcional à Bmax (concentração de receptor) a dividir por Kd (afinidade do receptor). </li></ol></li><li> Estimar essas medidas usando a análise gráfica Logan baseado em região de referência com o córtex occipital como região de referência 12. </li></ol> 4. Análise de Dados de PET NOTA: Anatomicamente padronizar as imagens para o espaço do modelo usando o software Statistical Parametric Mapping (SPM8) seguindo a seqüência abaixo. <ol><li> Co-registo a digitalização MR e scans K1. </li><li> Normalizar a digitalização MR para o cérebro modelo Instituto Neurológico de Montreal (MNI), utilizando Dartel. </li><li> Aplicar a matriz de deformação resultante para as imagens de PET. </li><li> Verifique co-registo e precisão normalização através da comparação das imagens de RM e PET transformadas ao modelo atlas MNI. </li><li> Região de Interesse análise (ROI). </li&gt; </ol> Examine a atividade de várias regiões bilaterais que estão envolvidas no processamento da dor, incluindo: <ul><li> A. Anterior / medial / cingulado posterior </li><li> B. Insula </li><li> C. Hippocampus </li><li> D. Amygdala </li><li> Cabeça E. caudado / body </li><li> F. núcleo accumbens </li><li> G. Putamen </li><li> H. lateral / medial globo pálido </li><li> Núcleos I. Thalamus (anterior ventral, posterior ventral lateral / central, posterior lateral, linha média, dorsal lateral / central) </li><li> J. matéria cinzenta periaquedutal (PAG) </li></ul><ol><li> Definir marsbar (no espaço padronizado para cada uma destas regiões, com exceção do PAG Gerar o PAG ROI, colocando uma esfera de 3 mm em coordenadas: direito: 4, -28, -6, e deixou:. -2, -28 , -6. Esta localização PAG foi previamente demonstrado que têm alterações difusionais e conectividade em pacientes com enxaqueca, em comparação com controles saudáveis ​​13,14. NOTA: estudos de teste e reteste, com [11 C] Carfentanil mostrar a reprodutibilidade das medidas do ND PA de bem inferior a 10%, com a maior parte das regiões corticais sendo 3-5% 15. Os maiores coeficientes de variação (CoV = Std.Dev. / Média) é normalmente observada nas regiões com o menor ligação, no entanto, mesmo nas regiões corticais com menor ligação BP ND CoV foram de ~ 0,5. Assim, variações percentuais no ROI μOR BP ND entre as varreduras são apenas considerados significativos quando acima de 10%. </li></ol> 5. 3D-neuronavegação <ol><li> Preparar-se para uma experiência 3D-IIN <ol><li> Organizar os dados fornecidos em formato de dados volumétrica NIfTI como uma pilha de imagens com níveis de densidade e de ativação definidas como de 16 bits. </li><li> Use óculos obturadores de LCD ativo para permitir que o tempo seqüencial efeito 3D estereoscópico. Os óculos funcionam através do bloqueio de um dos olhos, enquanto a imagem para o outro olho é mostrado na tela. O processo repete então para o outro olho. Este shuttering efeito ocorre a 110 Hz. </li><li> Use um joystick para interacções com a simulação, após ter sido instruído sobre o seu uso. </li><li> Equipar os óculos e joystick com marcadores reflexivos para permitir rastreamento 6DOF precisa dos objetos no espaço através de um sistema de captura de movimento Vicon. </li></ol></li><li> Mostrar Aubject dados de ativação <ol><li> Use arquivos de configuração XML para definir mapeamentos de cores de níveis de densidade e de ativação, que são carregados quando o aplicativo começa e compartilhados com cada computador do cluster. </li><li> Adquirir células volumétricas em 3 dimensões das NIfTIdata fornecidas definidos por meio de funções de carregamento internos da jugular e a biblioteca de software &quot;Niftilib&quot; open source. </li><li> Compartilhe resultando células volumétricas com cada computador no cluster para melhorar a velocidade. </li><li> Interpretar células volumétricas por um shader OpenGL (GLSL), que realiza marcha ray e a exibição de voxels com cores e transparências definidas por diferentesarquivos de configuração XML de mapeamento de cores anteriormente compartilhados. </li></ol></li><li> Obter a localização através do sistema Vicon e usar isso para atualizar perspectivas desenhadas dos dados volumétricos em cada tela. </li><li> Interações Registro e usá-los para ajustar e cortar aviões através dos dados, a fim de navegar no espaço virtual dinamicamente. </li></ol> 6. 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN) <ol><li> Armazenar dados de ativação assunto no formato de dados NIfTI, um tipo de dados volumétrica que é interpretado utilizando a biblioteca Niftilib. </li><li> Obter interações ea localização através de um sistema de rastreamento Vicon, um dispositivo de joystick e entrada gestual. Use essas informações para garantir que a imagem exibida representa o ponto de vista correto, permitindo a exploração em tempo real do conjunto de dados, e permitir o controle dinâmico para até 3 planos de corte arbitrários usando movimentos familiares e esquemas de controle (Figura 1). </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

Neste relato de caso, dados reais neuroimagem enxaqueca foi explorada pela primeira vez, em uma realidade virtual 3D totalmente imersiva, que demonstrou uma diminuição na disponibilidade de receptores μ-opióides (μOR BP ND). Reduções na μOR BP ND significa que existe uma maior ocupação e / ou uma perda de receptores μ-opióides no sistema nervoso central. Reduções agudas na μOR BP ND em regiões de dor de matriz durante a varredura ictal, em comparação com a pesquisa interictal, são esperados para ocorrer como conseqüência da liberação de opióides endógenos interagindo com μORs como uma resposta regulatória à dor contínua, tornando menos μORs acessível ao radiofármaco. A novidade do nosso estudo de neuroimagem enxaqueca ictal está na nova abordagem neuronavegação 3D para investigar dados cerebrais reais de um paciente em realidade virtual. Tecnologia radiofármaco PET foi utilizado para medir as mudanças na μORsdisponibilidade com [11 C] carfentanil. Quando examinados durante o evento dor de cabeça, o cérebro de pacientes com enxaqueca geralmente são digitalizados após um disparo de ataque (por exemplo., Nitroglicerina, fotoestimulação) 16,17, ou sob a exigência técnica de um determinado estímulo evocado (por exemplo., Dor, escova, luz , e odor) 18-20. Todos esses estudos corroboram o conhecimento de que a doença está associada a hiperexcitabilidade cortical e subcortical durante a fase de dor de cabeça. No entanto, uma tal variedade de estímulos nos protocolos neuroimagem introduz vários factores que obscurecem a nossa compreensão da sola impacto de um ataque agudo de enxaqueca no sistema nervoso central. Dos poucos estudos funcionais anteriores sem a presença de estimulação exógena, não há indicação de aumento do fluxo cerebral regional em áreas como o córtex cingulado, no hipotálamo e tronco cerebral 21, que podem persistir mesmo após a terapia aguda 22. Até agora, As tecnologias de neuroimagem aplicadas não têm permitido a caracterização molecular dos processos neurotransmissor / receptoras envolvidas no ataque de enxaqueca, tais como o mecanismo μ-opióides endógenos, um dos recursos analgésicos mais importantes no cérebro. Além disso, nosso método permitiu estes processos a ser explorado usando neuronavegação 3D em um ambiente virtual. O sistema modulatório descendente da dor é uma rede complexa, que regula o processamento da dor, em grande medida através de receptores μ-opióides em todo o cérebro, incluindo espinhal para as áreas supra-espinhal. Estas áreas são conhecidas por estarem envolvidas em anti-nocicepção, analgesia induzida pelo estresse endógeno, e na ação de drogas opióides comumente usado para a dor crônica e tratamento da enxaqueca. Na verdade, a vasodilatação neurogénica associada com a dura-máter de enxaqueca pode ser inibida por morfina e subsequentemente invertido pelo antagonista opióide naloxona, o que indica que os efeitos da morfina no neurogénicainflamação são mediados especificamente via ativação de receptores μ-opióides 23. Curiosamente, a magnitude de opiáceos / μORs ativações regionais endógenas em humanos está relacionada com a capacidade do indivíduo para suprimir elementos sensoriais e afetivas da experiência de dor 24. Em nosso estudo, as regiões do cérebro que mostraram redução na disponibilidade de receptor μ-opióides durante a fase ictal são responsáveis ​​por ambos os elementos da experiência enxaqueca e sua modulação. Eles são o ACC, tálamo, gânglios basais (p. ex., NAcc), hipocampo, e no PAG. Além de sensibilização, devido ao tráfego anormal aferente trigeminal, uma hipótese sólida para a enxaqueca é a fisiopatologia da disfunção do sistema modulador. Neste caso, as projecções de / para as estruturas do tronco cerebral, tais como a PAG, onde existe uma elevada expressão de receptores de opióides, se ineficientemente produzir o seu efeito anti-nociceptivo em ASCEnding neurônios sensoriais. Além disso, outras estruturas corticais superiores participar neste mecanismo de dor-moduladora defeituoso na enxaqueca. Um estudo de descanso em estado interictal recente relatou mudanças na conectividade de enxaqueca quando comparados aos controles saudáveis ​​no PAG ventrolateral e na maioria das (sub) estruturas corticais do sistema modulador da dor e correlacionados los com a freqüência das crises de cefaléia 13. As regiões com mudanças de conectividade encontrados neste estudo são os mesmos que com as mudanças no μOR BP ND encontrado em nosso próprio estudo. O mesmo local PAG foi originalmente relatado como englobando neuroplasticidade microestrutural em 14 pacientes com enxaqueca, e aqui tiveram uma diminuição considerável na μOR BP ND durante o ataque. Novos estudos com coortes maiores são necessários para confirmar e ampliar os resultados apresentados neste relato de caso. Por exemplo, é atualmente desconhecido porque o sistema não responder corretamentepara o uso a longo prazo de opióides exógenos freqüentemente prescritos em clínicas de enxaqueca. No entanto, nosso estudo fornece informações mecanicista importante, sobre o impacto da dor de cabeça da enxaqueca no sistema μ-opióide, e usa um romance 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN) abordagem pela primeira vez. No futuro, este método 3D exploratória poderia proporcionar uma perspectiva muito mais imersivo e interativo para examinar os cérebros de pacientes em pesquisa e clínica.

A enxaqueca é uma desordem de dor trigeminal crônica que afeta cerca de 16% das mulheres e 6% dos homens nos Estados Unidos e no mundo 1-3. Repetitivos ataques de enxaqueca têm um impacto sobre uma grande parte da existência do paciente, prejudicando a qualidade de vida e desempenho, custando bilhões de dólares em dias de escola / trabalho perdidas e utilização de saúde 4. Durante os ataques de dor de cabeça debilitantes, seus portadores têm uma maior sensibilidade acentuada a nocivo (hiperalgesia) e até mesmo estímulos nonnoxious (alodinia) 5. O sistema neurotransmissor μ-opióides é um dos principais mecanismos de modulação da dor endógenas em nosso cérebro. Ele está envolvido na regulação da percepção da dor experimental e clínica, bem como na acção analgésica dos opióides 6-9, que têm sido associados com a cronicidade de ataques de enxaqueca 10. Os recentes avanços na Positron Emission Tomofia (PET), imagiologia molecular permitem o estudo dos mecanismos moleculares importantes no cérebro de pacientes com dor crónica in vivo 11. Neste estudo, apesar de a logística desafiadoras de sincronizar o aleatório e debilitante natureza dos ataques episódicos com a complexidade de configuração da sessão PET / radiofármaco, neuronavegação 3D foi usado pela primeira vez para investigar a disponibilidade μOR em regiões-chave dor de matriz de um paciente do cérebro durante uma enxaqueca espontânea. Apresentação do caso A 36 anos de idade, do sexo feminino asiático foi matriculado no estudo. Ela apresentou com uma história de enxaqueca de 10 anos com aura visual. Enxaquecas do lado direito ocorreu uma média de 12 dias por mês, com intensidade moderada a dor que geralmente duram 72 horas (se não tratada ou tratada sem sucesso). Houve um aumento da frequência de crises de cefaléia em torno de seu ciclo menstrual, quetinha um padrão regular durante todo o estudo. Os sintomas associados incluem: náuseas, vômitos, fotofobia, fonofobia e. Durante os ataques regulares de dor de cabeça que não apresentavam quaisquer sintomas autonômicos. Como tratamento, ela estava administrando seus sintomas com apenas terapia farmacológica abortiva, que foi baseado em medicamentos anti-inflamatórios não esteróides, e não houve indícios de uso excessivo de medicação ou a ingestão de opiáceos. O exame clínico durante a visita de triagem foi normal e sem alterações, e uma revisão dos sistemas estava dentro dos limites normais. Ela era solteira e sem filhos, e não estava usando medicação contraceptiva.

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

Um crescente corpo de pesquisa, gerada principalmente a partir de estudos baseados em ressonância magnética, mostra que a enxaqueca parece ocorrer, e eventualmente suportar, devido à alteração de processos neuronais específicas no sistema nervoso central. No entanto, a informação que falta sobre o impacto molecular dessas mudanças, especialmente no sistema opióide endógeno durante enxaquecas e neuronavegação por essas mudanças nunca foi feito. Este estudo teve como objetivo investigar, através de um romance 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN) abordagem, a transmissão μ-opióides endógenos no cérebro durante um ataque de enxaqueca in vivo. Este é sem dúvida um dos mais neuromechanisms centrais associados com a regulação da dor, afetando vários elementos da experiência da dor e analgesia. Uma mulher de 36 anos, que vem sofrendo com a enxaqueca há 10 anos, foi digitalizada na dor de cabeça típica (ictal) e nonheadache (interictais) fases da enxaqueca usando Positron Emissíon Tomography (PET) com o carfentanil radiofármaco seletiva [11 C], o que nos permitiu medir a disponibilidade de receptores μ-opióides no cérebro (potencial de ligação não deslocável - μOR BP ND). O radiofármaco-vida curta foi produzido por um aparelho de síntese ciclotron e química no campus localizado em estreita proximidade com a facilidade de imagem. Ambos PET, interictal e ictal, foram programadas durante meados-final de fases foliculares separadas do ciclo menstrual da paciente. Durante a sessão de PET ictal seu ataque dor de cabeça espontânea atingiu níveis de intensidade de graves; progredindo a náuseas e vómitos, no final da sessão de verificação. Houve redução no μOR BP ND nas regiões dor-moduladores do sistema μ-opióides endógenos durante a fase ictal, incluindo o córtex cingulado, núcleo accumbens (NACC), tálamo (Thal) e matéria cinzenta periaquedutal (PAG); indicando que μORs já foram ocupadas por opióides endógenos liberadosem resposta à dor contínua. Para o nosso conhecimento, esta é a primeira vez que as mudanças na μOR BP ND durante um ataque de enxaqueca dor de cabeça foram neuronavigated usando uma nova abordagem 3D. Este método permite a pesquisa e educacional exploração interativa de um ataque de enxaqueca no conjunto de dados de neuroimagem de um paciente real.

O paciente apresentou para o hospital com uma dor de cabeça temporal e occipital direito pulsante, com uma intensidade de 6 em uma escala de dor 0-10. Ela estava tendo sua dor de cabeça da enxaqueca típico, porém sem aura. Ele havia iniciado ao acordar 5 horas antes do (ictal) sessão PET, e ela conseguiu tolerar isso sem qualquer farmacoterapia abortiva. Para seu conhecimento, a dor de cabeça não foi evocada por qualquer fator desencadeante (por exemplo, álcool, privação de sono). Ausência de sintomas autonômicos foram relatados, mas fotofobia e fonofobia estavam presentes. Após o início da sessão de PET ictal a intensidade da dor aumentava, chegando a níveis severos (9 em uma escala de dor 0-10) 60 min para o estudo; progredindo a náuseas e vómitos, no final da sessão de verificação. Diminuição da μOR BP ND foi notado no cérebro do paciente durante a dor de cabeça da enxaqueca espontânea (fase ictal), em comparação com a linha de base (fase interictal) (Figura 2). Lá nósre reduções de patentes na μOR BP ND nas principais regiões dor-matriz do sistema μ-opióides endógenos, incluindo os seguintes núcleos: tálamo lateral direito dorsais (11, -19, -16: 10,2%), dorsal medial direito (6, -17, -8: 11,1%), na linha média direita (8, -19, -16: 27%), e ventral anterior (9, -9, -12: 12,0%). Além disso, foram encontradas mudanças no anterior direito (8, 35, 14: 13,7%) e deixou córtex cingulado posterior (-5, -44, 23: 11,8%), o corpo caudado esquerdo (-11, 6, 15: 12,0 %), globo pálido medial globus (direita: 16, -4, -3: 16,2%; esquerda: -14, -4, -3: 22,6%), núcleo accumbens esquerda (-9, -11, -7: 10,5% ) e hipocampo (direita: 30, -22, -14: 12,6%; esquerda: -30, -22, -14: 11,5%). Houve um aumento no μOR BP ND apenas na amígdala esquerda (-23, -4, -19: 11,7%). No tronco cerebral, a redução significativa no ictal μOR BP ND estendeu do rostral para caudal matéria cinzenta periaquedutal (PAG) (direita: 4, -28, -6: 15,1%; esquerda: -2, -28, -6: 14,6 %) (Fig.ra 3). No entanto, as variações percentuais hemisféricas globais no μOR BP ND durante a crise de enxaqueca foram modestos (direita: 8,5%; esquerda: 8,29%), indicando que as reduções no μOR BP ND eram específicos para as estruturas dor-matriz no cérebro . <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Realidade Virtual 3D completa de dados de navegação de uma enxaqueca cérebro. Pela primeira vez, os dados enxaqueca real de neuroimagem foi explorado em uma realidade virtual 3D totalmente imersiva, que inclui navegação irrestrita através dos dados (por estudantes, médicos e pesquisadores) em relação à disponibilidade de receptores μ-opióides (μOR BP ND) no cérebro durante a dor de cabeça da enxaqueca ataque in vivo. <img alt="Figura 2" fo: content-width = &quot;5 polegadas&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50682/50682fig2highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; .. Figura 2 μ-opióides Perfil do cérebro de uma enxaqueca in vivo a fase ictal (linha inferior) - fase de dor de cabeça - mostra uma diminuição na disponibilidade de receptores μ-opióides (μOR BP ND) nas regiões dor de matriz (valor limite, DV = 4,50). Esse resultado representa possivelmente um aumento na liberação de μ-opióides endógenos durante o ataque de enxaqueca, como uma resposta regulatória à dor de cabeça severa em curso. Palavras-chave: tálamo (Thal), núcleo accumbens (Nac) e cingular anterior córtex (ACC). <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Midbrain / Pons / Medulla μ-opióide Disponibilidade Durante um ataque de enxaqueca in vivo. A fase ictal (direitacoluna) - fase de dor de cabeça - mostra uma diminuição na disponibilidade receptor μ-opióide ao longo da matéria cinzenta periaquedutal (PAG) (valor de Threshold, DV = 4,50), em comparação com a fase interictal (coluna da esquerda) - fase não dor de cabeça. Palavras-chave: PAG: r - rostral; m - medial; c - caudal.

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

Neste estudo, os autores relatam pela primeira vez um 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN), através do impacto de um ataque de enxaqueca dor de cabeça espontânea no sistema μ-opióides do cérebro de um paciente in vivo romance.

3D-neuronavegação<em&gt; In Vivo</em&gt; Através do cérebro de um paciente durante uma espontânea enxaquecas

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

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Research

JoVE Journal

Medicine

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

17.8K visualizações.  University of Michigan School of Dentistry.  Neste estudo, os autores relatam pela primeira vez um 3D imersivo e interativo neuronavegação (3D-IIN), através do impacto de um ataque de enxaqueca dor de cabeça espontânea no sistema μ-opióides do cérebro de um paciente in vivo romance. 

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

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

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

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

Na imagem de bioluminescência vivo Tumor de mama Dynamics Hipóxia metástase do cancro cerebral em um modelo de rato

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

Medicina

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

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

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

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

In vivo dupla Substrato Bioluminescent imagem

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

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

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

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

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

Imagem Glioma Iniciação<em&gt; Em Vivo</em&gt; Através de um polido e reforçado Janela crânio-Thin craniana

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

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

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

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

Utilizando uma janela craniana para Visualizar a artéria cerebral média Durante endotelina 1 Induzida por oclusão da artéria cerebral média

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

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

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

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

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

A Novel de alta resolução<em&gt; In vivo</em&gt; Técnica de Imagem para estudar a resposta dinâmica de estruturas intracranianas ao crescimento do tumor e Terapêutica

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

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

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

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

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

Seqüente<em&gt; In vivo</em&gt; Imagem de osteogênicas células-tronco / progenitoras durante o reparo de fratura

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

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

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

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

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

Excitotóxico Estimulação do Microslices cérebro como um<em&gt; In vitro</em&gt; Modelo de AVC

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

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

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

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

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

Telemetria Intrauterine medir Rato contrátil Pressão<em&gt; In Vivo</em

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

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

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

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

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

Disparo Reactive Gliose<em&gt; In Vivo</em&gt; Por um Stab Lesão Encéfalo anterior

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

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

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

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

Depleção de células do rato de xenoenxertos de tumor humano Melhora Significativamente Análise Downstream de células alvo

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