Name: registered bioimaging of nanomaterials for diagnostic and therapeutic monitoring
Uploaded: 2010-12-09T17:00:00
Duration: 17 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring at JoVE.com

Arbetet har finansierats med bidrag 1K25MH089851, 1P01DA028555-01A1, 2R01 NS034239, 2R37 NS36126, P01 NS31492, P20RR 15.635, P01MH64570 och P01 NS43985 från National Institutes of Health. Författarna tackar Ms Robin Taylor för kritisk läsning av manuskriptet och enastående grafik och litterära stöd. Författarna vill också tacka Erin McIntyre, Melissa Mellon, och Lindsay Rice för teknisk support.

1. Inledning Den selektiva leverans av läkemedel och terapeutiska makromolekyler (peptider, proteiner och nukleinsyror) för cell-och vävnad platser av aktiv sjukdom och pågående infektioner mikrobiell kommer att förbättra läkemedels-svar under sjukdom 1-3. En särskild cellulära webbplats är makrofager som är både mycket mobil och immun engagerande och är en konsekvent främsta mål för humant immunbristvirus (HIV). 4 Viktigt makrofag engagerade inflammation också ligger bakom en rad sjukdomar som bland annat degenerativa, inflammatoriska, infektiösa och cancersjukdomar, och cellens rörlighet sjukdom platser ligger bakom utvecklingen av vävnad skador 5-9. Viktigt har användningen av blodburna makrofager som drog, makromolekyl, och transportörer signal fick nyligen uppmärksamhet för sin translationell potential. Det är dock ett betydande hinder för att förverkliga terapeutisk potential blod-hjärnbarriären (BBB) ​​bland andra vävnader hinder som är ogenomtränglig för ett spektrum av makromolekyler och proteiner. Dessa hinder, ändå tillåter cellen passage. Sammantaget är det beräknade att det naturliga förloppet av sjukdomen perifer makrofager som kringgår hinder kan bära formulerade droger, markörer och peptider till webbplatser av infektion eller inflammation. Trots sådana tekniker återstår bara i utvecklingen. Det är genom våra arbeten som cellmedierad leverans kan utvecklas för diagnostiska och terapeutiska tillämpningar och sådana ansökningar stöds av laboratorie-och djurmodeller för mänskliga sjukdomar 10-12. 2. Nanomaterial Förberedelser Beredning av nanomaterial för drug delivery och studier biodistribution är ämnet för en parallell manuskript i denna fråga (referens parallel manuskript). Alla förfaranden för kristallina nanopartiklar tillverkning sker i ett laminärt flöde huva. Alla ytor är desinfekteras före användning med 70% alkohol. Detta inkluderar arbetsyta, utsidan av handskar och eventuella spill. Alla är täckt med lösning av replikera 70% alkohol omedelbart med våtservetter. Handskar kastas efter användning och inte användas vid att något annat laboratorium område. Hjälpämne, droger, sterilt vatten med / innehåller något / alla reagens för tillverkning av läkemedelsavgivande sk lastade partiklar endast förs in arbetsområden när det behövs för förfaranden. Sterila insvept pipetter används endast och kasseras efter användning i en biologiskt avfallsbehållare. Den våta villiga Apparaten är desinficeras med sprit före och efter användning. Arbetsområdet rengörs omedelbart före och efter med 70% alkohol. Nanopartiklar lösning testas för pyrogen i enlighet med FDA riktlinjer för att bedöma frånvaron av bakteriella endotoxiner i lösningar läkemedel partikel användas för djur. Kortfattat, <ol><li> Kandidat nanoformulations för in vivo-bruk replikeras genom att ersätta drogen kärna eller droppar med en identisk storlek partikel eller fräst bit superparamagnetiska järnoxid (SPIO) innan beläggning med lämpliga tensider. </li><li> Detta följs av åtgärder storlek, laddning, form och cytotoxicitet för att avgöra om SPIO modellsystem har samma egenskaper som den nanoformulated läkemedelskandidaten. </li><li> Slutligen cell lastning analyser som utförs genom inkubering med kandidaten SPIO modell nanoformultation för att bestämma relaxiviteten inne i cellerna med hjälp av fantomer som består av märkta celler svävande i agargel. Phantoms är upprättad i tre exemplar och är beredda på en serie koncentrationer för att kvantifiera relaxiviteten grund av SPIO upptag i celler. Detta ger ett index på känslighet och avgör om nanoformulations kan påverka oxidationstal och därmed synlighet SPIO i magnetisk resonanstomografi (MRT) genomsökningar. </li></ol> 3. Metoder och arbetssätt: Animal Förberedelser <ol><li> Injektioner / katetrar. Beroende på tid av intresse, kan injektionerna kräver användning av en kateter för att injicera djuren inom MRI. Katetrar är beredda att använda en icke-magnetisk nål och en slang förlängning med minsta diameter för att minimera Dead Space i injektion linje. Katetern bör vara förifyllt med antingen den lösning som innehåller nanomaterial ska injiceras eller saltlösning, beroende på dead space och den totala acceptabel volym injektion. Om möjligt kan injektionen följas med en fysiologisk koksaltlösning färg. Om akuta tider inte är av yttersta vikt, kan en pre-scan ska utföras, och injektionen kan göras utanför magneten på en förutbestämd tid innan uppföljningen söker efter biodistribution åtgärder. Katetrar är vanligtvis in i svansvenen för IV injektioner. </li><li> Anestesi och övervakning. Innan skanning, är djuret placeras i en kammare för att inducera anestesi. Denna kammare är förifyllt med 1,5% isofluran hos 70% nitrous oxid och 30% syrgas för att skynda på anestesi i djuret och minimera den tid som krävs för att säkerställa att djuret inte kommer att vakna upp efter att de avlägsnats från kammaren. När djuret är helt sövda, är djuret avlägsnades från kammaren och placeras i stereotaktisk innehavaren utrustade för att övervaka andningsfrekvens och temperatur av djuret samtidigt som man fortsätter att leverera isofluran under uppsättning och skanning. </li><li> Animal Innehavare och överväganden justering: Ställ upp inkluderar öga smörjmedel för att skydda mot hornhinnan sår. Djuret är lätt lindade med gasbinda och gasväv är tejpade för att minimera värmeförluster vid skanning och för att ge ett positivt tryck mot andning monitorn. Djurens innehavare är utrustade med justerbara tand barer, vilket möjliggör vertikal och horisontell justering av huvudet. Detta är särskilt viktigt för höga fält MR, som vinkling av huvudet i stjärtfenan-rostralt riktning kommer att orsaka ytterligare problem med magnetfält homogen grund av magnetisk susceptibilitet. Magnetfält homogen är skadlig för hög kvalitet T 2 * MR samt ett H resonans spektroskopi (1 H MRS) och magnetisk resonans diffusion tensor imaging (DTI). Förutom att korrekt placering av huvudet vinkeln i stjärt-rostralt riktning, bör rotationer av huvudet undvikas i den utsträckning som är möjligt. Möjliggör rotation av djuret hållaren i magneten kommer att ge kompensation för mindre rotationer, vilket kan ske från djur till djur. Detta kan ytterligare minimeras genom noggrann placering av huvudet och uppmärksamhet på vinklade innan du sätter djuret in i MR-systemet. </li><li> Kalibrering och mellanlägg: När djuret är i hållaren och ytan spolen är korrekt placerad på huvudet, är utgångsläget för djuret bestäms av en i realtid endimensionella avläsning i stjärt-rostralt riktning. Signal är begränsad till området runt ytan spole som används för mottagning, vilket begränsar behovet av tolkning av de observerade vågen former. När den första positionen är bestämd, är ett 3-plan localizer bild tagen för att bestämma den exakta positionen för djuret i skannern och möjliggöra rörelse till den exakta platsen som krävs för skanning (ar) av intresse. Detta följs av justering av homogenitet magnetfält eller &quot;mellanlägg&quot; magneten. Detta görs genom att kartlägga området distribution och beräkning av en exakt bestämd rumslig korrigering baseras på uppmätta svar av en serie av elektromagneter och &quot;spolar shims&quot; inom systemet utformat för att anpassa fältet homogenitet. Mellanlägg sker med hjälp av en multi-gradient eko sekvens och kartläggning programvara utvecklad av Dr Hetherington 13. Regioner i homogenitet matchas till regionen undersöks av varje enskild avbildningsmetod. När mellanlägg är klar kan vi förvärva scan (ar) av intresse från djuret. </li></ol> 4. Data Acquisition <ol><li> Hög upplösning T 2 * viktade MRT. Biodistribution i SPIO innehåller nanopartiklar kan bestämmas genom att upptäcka områden i signalförlust i hög upplösning 3D-T 2 * viktade MRT. Den region i hjärnan bestäms utifrån Localizer skannar och föreskrivet på Localizer skannar eller ytterligare skanningar efter behov. AT 2 * viktade MR-undersökning med 150 micron isotrop upplösning är då förvärvas. En högupplöst 3D gradient påminde eko MR-undersökning av musen huvudet förvärvas med hjälp av en 25 mm spole fågelbur volym med förvärvet parametrar för eko tid = 5 ms, upprepning tid = 50 ms, 30% eko, flip vinkel = 35 grader, medelvärden = 2, synfält = 20 x 20 x 20 mm med en upplösning på 128 x 128 x 128 (Voxel size = 150 x 150 x 150 ìm 3), total förvärv gång = 30 min. </li><li> Diffusion Tensor Imaging (DTI): Diffusion tensor bilder är kvantitativa mått på inriktningen och omfattningen av spridningen av vatten i cellerna i vävnaden. Som ett resultat, är den fas av signalen extremt känsliga för rörelse, som skannar de är känsliga eller &quot;viktade&quot; för mikroskopisk vatten rörelse. Som ett resultat, är enda skott förvärv önskat att förhindra fas förskjutningar mellan förvärv från att orsaka signal utsmetning, och respiratoriska gating krävs för att förhindra grova rörelse under signalen förvärv. Därför, herr sekvens en respiratorisk gated spin-eko diffusion viktade echo planar imaging (EPI) är anställd. Återigen, mellanlägg regionen av skanningar är mycket viktigt, eftersom off-resonans effekter under utvecklingen av den signal orsakar felregistrering av signalen frekvens, och därmed position i planet av bilden. EPI förvärvet parametrar som ingår 14 skivor, 200 kHz bandbredd, 96 x 96 i plan förvärv noll fylld till 256 x 256, och en 0,5 mm slice tjocklek. Spridning kodning som användes var en balanserad, rotationssymmetrisk-invarianta och alternerande polaritet ikosahedra system (12 direktivtioner) 14,15. Kodningen ordningen var utformad för att minska bakgrunden-diffusion gradient kopplingar 16. Diffusion viktning b-faktorn = 800 s mm -2, δ = 4 ms, Δ = 15 ms, Gdmax = 40 g / cm, 200 ìs stigtid, 7 medelvärden för b = 0 anskaffning, 3 medelvärden för varje B = 800 kodning riktning, för en total förvärv tid på 20-40 min, beroende på andningsfrekvensen. </li><li> Lokaliserad 1 H resonans spektroskopi (1 H MRS): 1 H MRS kan erhållas från hjärnan föreskrivna på bilder som förvärvats under samma avbildning session. Anatomiska platser finns på bilderna för att föreskriva regionen av intresse för att förvärva spektra. När regionen har identifierats, mellanlägg utförs på en region matcha volymen av förvärv, kontrolleras med hjälp av en lokal vatten spektrum. Sedan är kraften i pulser vatten dämpning optimerad är vatten frekvens mäts för att försäkra sig om resonans vatten signal, och en kort test spektrum förvärvas för att ge kvalitetskontroll. Om spektra av otillräcklig kvalitet, systeminställningar, inklusive radiofrekvent (RF) makt och inställningar shims, kontrolleras. Slutligen, om kvaliteten är fortfarande otillräcklig, är en andra 3-planet localizer springa för att säkerställa att djuret inte har flyttats från den ursprungliga skanningar. Enligt vår erfarenhet ger detta en mycket hög grad av reproducerbarhet och noggrannhet för spektroskopiska förvärv. Slutligen är de spektra förvärvas i korta block med återställning av systemet frekvensen mellan förvärv för att eliminera effekterna av magnetfält med vinden och för att säkerställa reproducerbarhet och kvalitet i den slutliga skanningar. I slutet av förvärvet är en enstaka puls vatten spektrum vid en förutbestämd förförstärkare få användas som ett kvantitativt signalens amplitud referens. </li><li> Histologi och Blockface Imaging: Efter den sista MRT session i tiden serie experiment, är musen perfusion, är hjärnan bort och inbäddad i ett block av oktober, förening som har mörkare med hjälp av en droppe tusch. Blocket placeras i en kryostat för skivning och histologisk analys. Blockface bilder förvärvas med hjälp av en digitalkamera (Canon EOS Digital Rebel 300D med ett Canon Ultrasonic EFS 60mm f/2.8 Macro USM objektiv) monterad på framsidan av kryostat med en egen montering och utlösas av en fjärrstyrd strömbrytare. Digitala bilder förvärvas var 50 mikrometer genom hela hjärnan volym. Segment är numrerade för att möjliggöra registrering inom volymen efter histologiska behandling och färgning. Individuella blockface skivor anpassades till rekonstruera 3D-volymen med hjälp av blocket riktlinjer att ta hänsyn till jitter i position kryostat huvudet. Hjärnan volymen automatiskt segmenterade använda utsäde baserade regionen växer algoritm i Analyze programvarupaket (AnalyzeDirect, Lexena, KS). </li></ol> 5. Data Analyser <ol><li> SPIO upptäckt med hjälp av MRT: SPIO orsakar signalförlust i T 2 * viktad MRT-bilder, och som sådan är MR-signalen ogiltig en känslig men inte specifik markör för SPIO närvaro i vävnad. Känsligheten är beroende av den rumsliga upplösningen av MRT och storleken på SPIO partikel, med en enda micron storlek partikel detekteras med 100 mikron isotrop upplösning. I dessa verk är 150 micron isotropiska upplösning med 200 nanometer stora SPIO partiklar används. Att ge både sensitivitet och specificitet för förekomst av SPIO i hjärnan, möss scannade före injektion av de märkta SPIO cellerna så att subtraktion bilder som ska användas för positiv identifiering av celler i hjärnan vid senare tidpunkter. 3D MRT var subimaged med begränsad metod nivå som utvecklats i vårt laboratorium som tidigare beskrivits 17. Subimaged hjärnvolym var då coregistered, signalstyrka normaliserats och volymerna subtraheras för att upptäcka områden i hjärnan volymen med signalförlust (närvaro av SPIO), som inte var längs kanterna för att eliminera positiva falsk signal från någon subpixel registreringen fel. </li><li> Coregistration för histologi och MRI: Coregistration mellan histologi och MRI uppnåddes genom att använda blockface bilden som en gemensam referens. Denna metod minskar komplexiteten i det stora problemet att korrigera den asymmetriska krympning av vävnad skivor under beredning och färgning till ett tvådimensionellt problem som beskrivs i vår tidigare verk 18,19. Här har MR och histologi upptäcka SPIO innehåller makrofager i hjärnan visat utmärkt rumslig korrelation, med en förväntad överskattning av volymen genom förlusten i MR-signalen och större känslighet för få celler framgår av histologi 12. Exakt co-lokalisering av dessa två signaler ger ett mått på noggrannhet coregistration och skevhet i histologi tillbaka till det ursprungliga former av skivor. </li><li> Regionen av intresse (ROI) Analyser av DTI: DTI skannar normalt analyseras genom val av en anatomisk ROI för determine den genomsnittliga spridningen egenskaper vävnaden i en viss anatomisk underkonstruktion. Analyser av diffusion-viktade uppgifter utförs med anpassade program skrivna i IDL (Interactive Data Language, ITT Visuell Information Solutions, Boulder, CO) som tidigare beskrivits 15,20. Analyser producera kartor över tensor diffusivities (λ 1, 2 λ, λ 3), genomsnittlig diffusivitet (D AV) där: D Av = (λ 1 + λ 2 + λ 3) / 3 och fraktionerad anisotropi (FA), där: <img src="/files/ftp_upload/2459/2459eq1.jpg" alt="Ekvation 1" /> Tvärgående (λ ⊥ = (λ 2 + λ 3) / 2) och longitudinella (λ ll = λ 1) delar av diffusion tensor erhölls som beskrivs på annan plats 21. När kartor är konstruerade, är ROI dras på T 2 viktade MR överdrog med färg kodade λ 1 riktverkan kartor. Exempel på regioner som valts ut för analys i HIV musmodell visas i figur 1. </li><li> Spektroskopiska Analys: Kvantifiering av det metabola föreningar som bidrar till topparna av hjärnan 1 H MRS är bestämmas enligt ett av en mängd olika metoder kurvan montering. En rad olika tekniker kurvanpassning har utvecklats. I vårt laboratorium använder vi en gång metod domän montering (QUEST) 22 i jMRUI 23 signalbehandling paket som är en linjär kombination av individuella metabolit spektra som bidrar till den slutliga spektrumet. Vi använder en bas uppsättning av 22 enskilda metaboliter som potentiella bidragande faktorer. Grunden spektra simuleras och kontrolleras med hjälp av spektra av lösningar för enskilda metaboliter. Ett exempel på en kurva passar resultat från ett enda spektrum visas i figur 2. </li></ol> 6. Representativa resultat Exempel på DTI och 1HMRS visas i figur 1 och 2. Ytterligare exempel på 1H MRS 24-26 och DTI 27 resultat kan ses i våra tidigare publikationer. Exempel på preinjection T 2 * viktad MRT-bilder med en överlagring av lokalisering av märkta celler i gula visas i figur 3. Musen hade märkt monocyter härrör makrofager injiceras i svansvenen. Fem dagar senare * viktade MR T 2 har samlats in och bearbetats enligt beskrivningen ovan. Musen har utarbetats av injektion av HIV-infekterade mänskliga makrofager in i hjärnan, som ses som en linje av upptäckta musen monocyter härrör makrofager. Ytterligare exempel på både upptäcka märkta celler och coregistration med histologi kan ses i våra tidigare publikationer 10,12. <img src="/files/ftp_upload/2459/2459fig1.jpg" alt="Figur 1" /> Figur 1. Avbildningar av regioner analyseras för DTI statistik. <img src="/files/ftp_upload/2459/2459fig2.jpg" alt="Figur 2" /> Figur 2. Spektroskopiska montering med hjälp av QUEST i jMRUI signalbehandling svit. <img src="/files/ftp_upload/2459/2459fig3.jpg" alt="Figur 3" /> Figur 3. Detektering av SPIO märkta celler migrerar från perifert blod i en hjärna region med fokal encefalit. Cell positioner (gul) overlay representant skivor från en T 2 * viktad MRT-förvärvet som beskrivs i texten.

<ol>
	<li>Nowacek, A., Gendelman, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NanoART+neuroAIDS+and+CNS+drug+delivery.">NanoART neuroAIDS and CNS drug delivery.</a> Nanomedicine (Lond). 4, 557-574 (2009).</li><li>Nowacek, A., Kosloski, L. M., Gendelman, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurodegenerative+disorders+and+nanoformulated+drug+development.">Neurodegenerative disorders and nanoformulated drug development.</a> Nanomedicine (Lond). 4, 541-555 (2009).</li><li>Nowacek, A. S., Miller, R. L., McMillan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NanoART+synthesis,+characterization,+uptake,+release+and+toxicology+for+human+monocyte-macrophage+drug+delivery.">NanoART synthesis, characterization, uptake, release and toxicology for human monocyte-macrophage drug delivery.</a> Nanomedicine (Lond). 4, 903-917 (2009).</li><li>Herbein, G., Varin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+macrophage+in+HIV-1+infection:+from+activation+to+deactivation.">The macrophage in HIV-1 infection: from activation to deactivation.</a> Retrovirology. 7, 33-33 (2010).</li><li>Qian, B. Z., Pollard, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macrophage+diversity+enhances+tumor+progression+and+metastasis.">Macrophage diversity enhances tumor progression and metastasis.</a> Cell. 141, 39-51 (2010).</li><li>Nathan, C., Ding, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonresolving+inflammation.">Nonresolving inflammation.</a> Cell. 140, 871-882 (2010).</li><li>McNeill, E., Channon, K. M., Greaves, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammatory+cell+recruitment+in+cardiovascular+disease:+murine+models+and+potential+clinical+applications.">Inflammatory cell recruitment in cardiovascular disease: murine models and potential clinical applications.</a> Clin Sci (Lond). 118, 641-655 (2010).</li><li>Bondeson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activated+synovial+macrophages+as+targets+for+osteoarthritis+drug+therapy.">Activated synovial macrophages as targets for osteoarthritis drug therapy.</a> Curr Drug Targets. 11, 576-585 (2010).</li><li>Benoit, L. A., Holtzman, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+immune+pathways+from+chronic+post-viral+lung+disease.">New immune pathways from chronic post-viral lung disease.</a> Ann N Y Acad Sci. 1183, 195-210 (2010).</li><li>Beduneau, A., Ma, Z., Grotepas, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facilitated+monocyte-macrophage+uptake+and+tissue+distribution+of+superparmagnetic+iron-oxide+nanoparticles.">Facilitated monocyte-macrophage uptake and tissue distribution of superparmagnetic iron-oxide nanoparticles.</a> PLoS One. 4, e4343-e4343 (2009).</li><li>Dou, H., Grotepas, C. B., McMillan, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macrophage+delivery+of+nanoformulated+antiretroviral+drug+to+the+brain+in+a+murine+model+of+neuroAIDS.">Macrophage delivery of nanoformulated antiretroviral drug to the brain in a murine model of neuroAIDS.</a> J Immunol. 183, 661-669 (2009).</li><li>Liu, Y., Uberti, M. G., Dou, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ingress+of+blood-borne+macrophages+across+the+blood-brain+barrier+in+murine+HIV-1+encephalitis.">Ingress of blood-borne macrophages across the blood-brain barrier in murine HIV-1 encephalitis.</a> J Neuroimmunol. 200, 41-52 (2008).</li><li>Hetherington, H. P., Chu, W. J., Gonen, O., Pan, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+fully+automated+shimming+of+the+human+brain+for+high-field+1H+spectroscopic+imaging.">Robust fully automated shimming of the human brain for high-field 1H spectroscopic imaging.</a> Magn Reson Med. 56, 26-33 (2006).</li><li>Hasan, K. M., Parker, D. L., Alexander, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+gradient+encoding+schemes+for+diffusion-tensor+MRI.">Comparison of gradient encoding schemes for diffusion-tensor MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 13, 769-780 (2001).</li><li>Hasan, K. M., Basser, P. J., Parker, D. L., Alexander, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analytical+computation+of+the+eigenvalues+and+eigenvectors+in+DT-MRI.">Analytical computation of the eigenvalues and eigenvectors in DT-MRI.</a> J Magn Reson. 152, 41-47 (2001).</li><li>Neeman, M., Freyer, J. P., Sillerud, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+for+obtaining+cross-term-free+images+for+diffusion+anisotropy+studies+in+NMR+microimaging.">A simple method for obtaining cross-term-free images for diffusion anisotropy studies in NMR microimaging.</a> Magn Reson Med. 21, 138-143 (1991).</li><li>Uberti, M. G., Boska, M. D., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+semi-automatic+image+segmentation+method+for+extraction+of+brain+volume+from+in+vivo+mouse+head+magnetic+resonance+imaging+using+Constraint+Level+Sets.">A semi-automatic image segmentation method for extraction of brain volume from in vivo mouse head magnetic resonance imaging using Constraint Level Sets.</a> J of Neurosci Methods. 179, 338-344 (2009).</li><li>Liu, Y., Uberti, M. G., Dou, H., Mosley, R. L., Gendelman, H. E., Boska, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Image+Warping+Technique+for+Rodent+Brain+MRI-Histology+Registration+Based+On+Thin-Plate+Splines+with+Landmark+Optimization.">An Image Warping Technique for Rodent Brain MRI-Histology Registration Based On Thin-Plate Splines with Landmark Optimization.</a> Proc Soc Photo Opt Instrum Eng. 7259, 72592-K-72597-K (2009).</li><li>Uberti, M. G., Liu, Y., Dou, H., Mosley, R. L., Gendelman, H. E., Boska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Registration+of+in+vivo+MR+to+histology+of+rodent+brains+using+blockface+imaging.">Registration of in vivo MR to histology of rodent brains using blockface imaging.</a> Proc Soc Photo Opt Instrum Eng. 7262, 726213-726213 (2009).</li><li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+the+effective+self-diffusion+tensor+from+the+NMR+spin+echo.">Estimation of the effective self-diffusion tensor from the NMR spin echo.</a> J Magn Reson B. 103, 247-254 (1994).</li><li>Hasan, K. M., Narayana, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retrospective+measurement+of+the+diffusion+tensor+eigenvalues+from+diffusion+anisotropy+and+mean+diffusivity+in+DTI.">Retrospective measurement of the diffusion tensor eigenvalues from diffusion anisotropy and mean diffusivity in DTI.</a> Magn Reson Med. 56, 130-137 (2006).</li><li>Ratiney, H., Sdika, M., Coenradie, Y., Cavassila, S., Ormondt, D. v. a. n., Graveron-Demilly, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-domain+semi-parametric+estimation+based+on+a+metabolite+basis+set.">Time-domain semi-parametric estimation based on a metabolite basis set.</a> NMR Biomed. 18, 1-13 (2005).</li><li>Naressi, A., Couturier, C., Castang, I., Beer, R. d. e., Graveron-Demilly, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Java-based+graphical+user+interface+for+MRUI,+a+software+package+for+quantitation+of+in+vivo/medical+magnetic+resonance+spectroscopy+signals.">Java-based graphical user interface for MRUI, a software package for quantitation of in vivo/medical magnetic resonance spectroscopy signals.</a> Comput Biol Med. 31, 269-286 (2001).</li><li>Boska, L. e. w. i. s., Destache, T. B., J, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+1H+magnetic+resonance+spectroscopic+imaging+determines+therapeutic+immunization+efficacy+in+an+animal+model+of+Parkinson's+disease.">Quantitative 1H magnetic resonance spectroscopic imaging determines therapeutic immunization efficacy in an animal model of Parkinson's disease.</a> J Neurosci. 25, 1691-1700 (2005).</li><li>Mosley, R. L., Benner, E. J., Kadiu, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroinflammation,+Oxidative+Stress+and+the+Pathogenesis+of+Parkinson's+Disease.">Neuroinflammation, Oxidative Stress and the Pathogenesis of Parkinson's Disease.</a> Clin Neurosci Res. 6, 261-281 (2006).</li><li>Nelson, J. A., Dou, H., Ellison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coregistration+of+quantitative+proton+magnetic+resonance+spectroscopic+imaging+with+neuropathological+and+neurophysiological+analyses+defines+the+extent+of+neuronal+impairments+in+murine+human+immunodeficiency+virus+type-1+encephalitis.">Coregistration of quantitative proton magnetic resonance spectroscopic imaging with neuropathological and neurophysiological analyses defines the extent of neuronal impairments in murine human immunodeficiency virus type-1 encephalitis.</a> J Neurosci Res. 80, 562-575 (2005).</li><li>Boska, H. a. s. a. n., Kibuule, K. M., D, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+diffusion+tensor+imaging+detects+dopaminergic+neuronal+degeneration+in+a+murine+model+of+Parkinson's+disease.">Quantitative diffusion tensor imaging detects dopaminergic neuronal degeneration in a murine model of Parkinson's disease.</a> Neurobiol Dis. 26, 590-596 (2007).</li><li>Liu, W., Frank, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+and+quantification+of+magnetically+labeled+cells+by+cellular+MRI.">Detection and quantification of magnetically labeled cells by cellular MRI.</a> Eur J Radiol. 70, 258-264 (2009).</li><li>Balchandani, P., Yamada, M., Pauly, J., Yang, P., Spielman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-refocused+spatial-spectral+pulse+for+positive+contrast+imaging+of+cells+labeled+with+SPIO+nanoparticles.">Self-refocused spatial-spectral pulse for positive contrast imaging of cells labeled with SPIO nanoparticles.</a> Magn Reson Med. 62, 183-192 (2009).</li><li>Stuber, M., Gilson, W. D., Schar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positive+contrast+visualization+of+iron+oxide-labeled+stem+cells+using+inversion-recovery+with+ON-resonant+water+suppression+(IRON).">Positive contrast visualization of iron oxide-labeled stem cells using inversion-recovery with ON-resonant water suppression (IRON).</a> Magn Reson Med. 58, 1072-1077 (2007).</li><li>Suzuki, Y., Cunningham, C. H., Noguchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+serial+evaluation+of+superparamagnetic+iron-oxide+labeled+stem+cells+by+off-resonance+positive+contrast.">In vivo serial evaluation of superparamagnetic iron-oxide labeled stem cells by off-resonance positive contrast.</a> Magn Reson Med. 60, 1269-1275 (2008).</li><li>Kim, Y. B., Bae, K. H., Yoo, S. S., Park, T. G., H, P. a. r. k. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positive+contrast+visualization+for+cellular+magnetic+resonance+imaging+using+susceptibility-weighted+echo-time+encoding.">Positive contrast visualization for cellular magnetic resonance imaging using susceptibility-weighted echo-time encoding.</a> Magn Reson Imaging. 27, 601-610 (2009).</li><li>Zhou, R., Idiyatullin, D., Moeller, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SWIFT+detection+of+SPIO-labeled+stem+cells+grafted+in+the+myocardium.">SWIFT detection of SPIO-labeled stem cells grafted in the myocardium.</a> Magn Reson Med. 63, 1154-1161 .</li></ol>

Den noggranna registreringen av histologi med in-vivo imaging resultat är ett kritiskt steg i utvecklingen av imaging biomarkörer för att upptäcka och stadieindelning av neuronala sjukdomar. Vissa avbildning mått sannolikt är korrelerad med grov morfologiska förändringar, bland annat förändringar i magnetiska avslappning egenskaper av vävnad som används för att upptäcka förekomst av vit substans sjukdomar och cancer. Andra mer subtila metoder, såsom DTI, kommer sannolikt att upptäcka tidiga cellförändringar som inte kan synas som histologiska förändringar som sjukdomen orsakar inte visas förrän senare stadier av sjukdomen. Fortfarande andra markörer, såsom spektroskopiska markörer, kan vara indikatorer på tidiga och reversibla förändringar, som föregår med de mest subtila cellulära förändringar. Biodistribution kan bestämmas icke-invasivt med hjälp av olika metoder. Den primära icke-invasiva metoder är positronemissionstomografi (PET), single photon emission datortomografi (SPECT), optisk avbildning och MRI. Nukleärmedicin baserad avbildning (PET och SPECT) har använts under åren för många biodistribution, men dessa metoder begränsas av halveringstiden för radiospårämnen användas för märkning av föreningar eller nanomaterial, särskilt för PET spårämnen. Optisk avbildning kan användas för små gnagare men kan inte översättas till humant bruk med undantag för regioner lättillgänglig som underlag tumörer på grund av ljusabsorption och ljusspridning. Dessutom är det svårt att kvantifiera de optiska signaler för samma skäl. MRT använder ihållande taggar såsom SPIO som kan spåras i kroppen under en period av veckor. Även detta måste användas med försiktighet, som etikett kan överföras till olika celler eller resorberas av kroppen. Upptäckt specificitet för SPIO i MRT kan tillhandahållas av flera olika metoder. Detektionsmetoder, som ger positiva såväl som negativa signaler, används för att förbättra specificiteten hos MR för att upptäcka förekomst av SPIO i vävnad. Den subtraktion metod som används i detta arbete har använts av andra samt 28. Andra metoder inkluderar off resonans upptäckt 29-31, fas känsliga bildbehandling som ger ett visst mönster i närheten SPIO håligheter 32, och noll eko tid bild som använder T1-viktning för att ge en positiv signal intensiteten i regionen SPIO 33. Främjande av dessa metoder för att förbättra kvantifiering av etiketten, är sensitivitet och specificitet ett område med aktiv forskning idag.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Isoflurane</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Medical Oxygen</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Isoflurane vaporizer</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Rodent gas anesthesia mask</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>MRI compatible Stereotactic head holder</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Syringe</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Polyethylene catheter tubing</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Non-magnetic needle</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Eye lubricant</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Gauze</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tape</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Perfusion media</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>OCT compound for embedding tissue</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>MRI system</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Digital Camera</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tissue Sectioning Cryostat</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

registered bioimaging of nanomaterials for diagnostic and therapeutic monitoring

Nanomedications kan bäras av blodburna monocyter-makrofager i retikuloendoteliala systemet (RES, mjälte, lever, lymfkörtlar) och till slut organ. Det senare inkluderar lungor, RES, och hjärnan och är i funktionsdugligt under humant immunbristvirus typ en (HIV-1) infektion. Makrofag träder i vävnaderna är anmärkningsvärt i områden med aktiv HIV-1-replikering och platser av inflammation. För att bedöma potentialen av makrofager som nanocarriers, superparamagnetiska järn-oxid och / eller droger lastade partiklar belagda med tensider var parenteralt injiceras i HIV-1 encephalitic möss. Detta gjordes för att kvantitativt bedöma partikel och drog biodistribution. Magnetisk resonanstomografi (MRT) testresultaten var validerats av histologisk coregistration och förbättrad bildbehandling. Avsluta orgel sjukdom som kännetecknas av förändrad hjärnan histologi bedömdes av MRT. Demonstration av robusta migration av nanoformulations till områden av fokal encefalit ger &quot;proof of concept&quot; för användning av avancerade bioimaging tekniker för att kontrollera migration av makrofager. Viktigt histopatologiska avvikelser i hjärnan korrelera med bioimaging parametrar som gör den allmänna nyttan av MR i studier av cell distribution i sjukdomen möjligt. Vi posit att använda sådana metoder kan ge en realtid index på sjukdomsbördan och terapeutisk effekt med translationell potential för människor.

Watch this Scientific Journal Video about Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring at JoVE.com

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging metoder som används för att bedöma cell biodistribution av nanopartiklar är tillämpliga för terapeutiska och diagnostiska övervakning av nanoformulated föreningar. De metoder som beskrivs här är känsliga och specifika när de bedöms av histologiska coregistration. De metoder som ger en translationell väg från gnagare till människa.

Registrerade Bioimaging av nanomaterial för diagnostiska och terapeutiska övervakning

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

Låg molekylvikt protein Anrikning av mesoporösa kvarts tunna filmer för biomarkörer

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

Ihåliga mikronål-baserad sensor för Multiplexade Transdermal Elektrokemisk Sensing

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Mass Cytometry: Protocol for Daily Tuning and Running Cell Samples on a CyTOF Mass Cytometer

Mass Cytometry: Protokoll för Daily Tuning och kör prover cell på en CyTOF Mass Cytometer

In recent years, the rapid analysis of single cells has commonly been performed using flow cytometry and fluorescently-labeled antibodies. However, the ...

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

Fastställande av transport Andel Xenobiotika och nanomaterial igenom moderkakan med<em&gt; Ex vivo</em&gt; Human placentaperfusionen Model

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced ...

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Snabb och billig Prototyping för medicintekniska produkter Använda 3D Tryckt Formar för Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Multifluorescensdetektion för dropp Mikrofluidik Använda optiska fibrer

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications

Syntes av RGD-funktion Hydrogeler som ett verktyg för terapeutiska tillämpningar

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

Syntes av katjoniserad Magnetoferritin för ultrasnabb magnetiseringen av celler

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...

Synthesis of Infectious Bacteriophages in an E. coli-based Cell-free Expression System

Synthesis of Infectious Bacteriophages in an E. coli-based Cell-free Expression System

Syntesen av infektiös bakteriofager i en E. coli -baserade Cell-free uttryck systemet

A new generation of cell-free transcription-translation (TXTL) systems, engineered to have a greater versatility and modularity, provide novel ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

En ultrahög kapacitet mikroflödessystem plattform för Single-cell Genomsekvensering

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...