Name: combined in vivo optical and &#181;ct imaging to monitor infection, inflammation, and bone anatomy in an orthopaedic implant infection in mice
Uploaded: 2014-10-16T13:00:00
Duration: 18 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combined In vivo Optical and Ã‚ÂµCT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice at JoVE.com

Ce travail a été soutenu par un programme de H &amp; M Lee de recherche des résidents chirurgicale Scholars (à JAN), un AO Foundation Start-Up subvention S-12-03M (à LSM) et les Instituts nationaux de la santé subvention R01-AI078910 (à LSM) .

<ol>
	<li>Dothager, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+bioluminescence+imaging+of+live+animal+models.">Advances in bioluminescence imaging of live animal models.</a> Curr Opin Biotechnol. 20, 45-53 (2009).</li><li>Badr, C. E., Tannous, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioluminescence+imaging+progress+and+applications.">Bioluminescence imaging progress and applications.</a> Trends Biotechnol. 29, 624-633 (2011).</li><li>Luker, G. D., Luker, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+imaging+current+applications+and+future+directions.">Optical imaging current applications and future directions.</a> J Nucl Med. 49, 1-4 (2008).</li><li>Ntziachristos, V., Ripoll, J., Wang, L. V., Weissleder, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Looking+and+listening+to+light+the+evolution+of+whole-body+photonic+imaging.">Looking and listening to light the evolution of whole-body photonic imaging.</a> Nat Biotechnol. 23, 313-320 (2005).</li><li>Reumann, M. K., Weiser, M. C., Mayer-Kuckuk, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Musculoskeletal+molecular+imaging+a+comprehensive+overview.">Musculoskeletal molecular imaging a comprehensive overview.</a> Trends Biotechnol. 28, 93-101 (2010).</li><li>Snoeks, T. J., Khmelinskii, A., Lelieveldt, B. P., Kaijzel, E. L., Lowik, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+advances+in+skeletal+imaging+applied+to+bone+metastases.">Optical advances in skeletal imaging applied to bone metastases.</a> Bone. 48, 106-114 (2011).</li><li>Sjollema, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+for+bio-optical+imaging+of+biomaterial-associated+infection+in+vivo.">The potential for bio-optical imaging of biomaterial-associated infection in vivo.</a> Biomaterials. 31, 1984-1995 (2010).</li><li>Del Pozo, J. L., Patel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+practice.+Infection+associated+with+prosthetic+joints.">Clinical practice. Infection associated with prosthetic joints.</a> N Engl J Med. 361, 787-794 (2009).</li><li>Parvizi, J., Adeli, B., Zmistowski, B., Restrepo, C., Greenwald, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Management+of+periprosthetic+joint+infection+the+current+knowledge+AAOS+exhibit+selection.">Management of periprosthetic joint infection the current knowledge AAOS exhibit selection.</a> J Bone Joint Surg Am. 94, e104 (2012).</li><li>Arciola, C. R., Campoccia, D., Speziale, P., Montanaro, L., Costerton, 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=Biofilm+formation+in+Staphylococcus+implant+infections.+A+review+of+molecular+mechanisms+and+implications+for+biofilm-resistant+materials.">Biofilm formation in Staphylococcus implant infections. A review of molecular mechanisms and implications for biofilm-resistant materials.</a> Biomaterials. 33, 5967-5982 (2012).</li><li>Zimmerli, W., Moser, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathogenesis+and+treatment+concepts+of+orthopaedic+biofilm+infections.">Pathogenesis and treatment concepts of orthopaedic biofilm infections.</a> FEMS Immunol Med Microbiol. 65, 158-168 (2012).</li><li>Cram, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Total+knee+arthroplasty+volume+utilization+and+outcomes+among+Medicare+beneficiaries+1991-2010.">Total knee arthroplasty volume utilization and outcomes among Medicare beneficiaries 1991-2010.</a> JAMA. 308, 1227-1236 (2012).</li><li>Wolf, B. R., Lu, X., Li, Y., Callaghan, J. J., Cram, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adverse+outcomes+in+hip+arthroplasty+long-term+trends.">Adverse outcomes in hip arthroplasty long-term trends.</a> J Bone Joint Surg Am. 94, (2012).</li><li>Bernthal, N. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mouse+model+of+post-arthroplasty+Staphylococcus+aureus+joint+infection+to+evaluate+in+vivo+the+efficacy+of+antimicrobial+implant+coatings.">A mouse model of post-arthroplasty Staphylococcus aureus joint infection to evaluate in vivo the efficacy of antimicrobial implant coatings.</a> PLoS ONE. 5, (2010).</li><li>Bernthal, N. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protective+role+of+IL-1beta+against+post-arthroplasty+Staphylococcus+aureus+infection.">Protective role of IL-1beta against post-arthroplasty Staphylococcus aureus infection.</a> J Orthop Res. 29, 1621-1626 (2011).</li><li>Niska, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+bacterial+burden,+inflammation+and+bone+damage+longitudinally+using+optical+and+&#181;CT+imaging+in+an+orthopaedic+implant+infection+in+mice.">Monitoring bacterial burden, inflammation and bone damage longitudinally using optical and &#181;CT imaging in an orthopaedic implant infection in mice.</a> PLoS ONE. 7, e47397 (2012).</li><li>Niska, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Daptomycin+and+tigecycline+have+broader+effective+dose+ranges+than+vancomycin+as+prophylaxis+against+a+Staphylococcus+aureus+surgical+implant+infection+in+mice.">Daptomycin and tigecycline have broader effective dose ranges than vancomycin as prophylaxis against a Staphylococcus aureus surgical implant infection in mice.</a> Antimicrob Agents Chemother. 56, 2590-2597 (2012).</li><li>Niska, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vancomycin-Rifampin+Combination+Therapy+has+Enhanced+Efficacy+Against+an+Experimental+Staphylococcus+aureus+Prosthetic+Joint+Infection.">Vancomycin-Rifampin Combination Therapy has Enhanced Efficacy Against an Experimental Staphylococcus aureus Prosthetic Joint Infection.</a> Antimicrob Agents Chemother. 57, 5080-5086 (2013).</li><li>Pribaz, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+model+of+chronic+post-arthroplasty+infection+noninvasive+in+vivo+bioluminescence+imaging+to+monitor+bacterial+burden+for+long-term+study.">Mouse model of chronic post-arthroplasty infection noninvasive in vivo bioluminescence imaging to monitor bacterial burden for long-term study.</a> J Orthop Res. 30, 335-340 (2012).</li><li>Faust, N., Varas, F., Kelly, L. M., Heck, S., Graf, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insertion+of+enhanced+green+fluorescent+protein+into+the+lysozyme+gene+creates+mice+with+green+fluorescent+granulocytes+and+macrophages.">Insertion of enhanced green fluorescent protein into the lysozyme gene creates mice with green fluorescent granulocytes and macrophages.</a> Blood. 96, 719-726 (2000).</li><li>Kadurugamuwa, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+continuous+method+for+monitoring+biofilm+infection+in+a+mouse+model.">Direct continuous method for monitoring biofilm infection in a mouse model.</a> Infect Immun. 71, 882-890 (2003).</li><li>Kuo, C., Coquoz, O., Troy, T. L., Xu, H., Rice, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+reconstruction+of+in+vivo+bioluminescent+sources+based+on+multispectral+imaging.">Three-dimensional reconstruction of in vivo bioluminescent sources based on multispectral imaging.</a> J Biomed Opt. 12, 024007 (2007).</li><li>Kim, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neutrophil+survival+and+c-kit+-progenitor+proliferation+in+Staphylococcus+aureus-infected+skin+wounds+promote+resolution.">Neutrophil survival and c-kit+-progenitor proliferation in Staphylococcus aureus-infected skin wounds promote resolution.</a> Blood. 117, 3343-3352 (2011).</li><li>Deirmengian, C. A., Lonner, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What's+new+in+adult+reconstructive+knee+surgery.">What's new in adult reconstructive knee surgery.</a> J Bone Joint Surg Am. 94, 182-188 (2012).</li><li>Ning, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maltodextrin-based+imaging+probes+detect+bacteria+in+vivo+with+high+sensitivity+and+specificity.">Maltodextrin-based imaging probes detect bacteria in vivo with high sensitivity and specificity.</a> Nat Mater. 10, 602-607 (2011).</li><li>Panizzi, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+detection+of+Staphylococcus+aureus+endocarditis+by+targeting+pathogen-specific+prothrombin+activation.">In vivo detection of Staphylococcus aureus endocarditis by targeting pathogen-specific prothrombin activation.</a> Nat Med. 17, 1142-1146 (2011).</li><li>van Oosten, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realtime+in+vivo+imaging+of+invasive+and+biomaterial+associated+bacterial+infections+using+fluorescently+labelled+vancomycin.">Realtime in vivo imaging of invasive and biomaterial associated bacterial infections using fluorescently labelled vancomycin.</a> Nat Commun. 4, 2584 (2013).</li><li>Kong, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+tuberculosis+with+endogenous+beta+lactamase+reporter+enzyme+fluorescence+in+live+mice.">Imaging tuberculosis with endogenous beta lactamase reporter enzyme fluorescence in live mice.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 107, 12239-12244 (2010).</li></ol>

JAM, BNT, EL, NZ, KPF sont employés de PerkinElmer, qui fabrique des instruments d&#39;imagerie payé, à condition que le Xen29 bioluminescente S. souche aureus, et payé les frais de publication de cette vidéo-article. Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

imagerie multimodalité tels que les techniques d&#39;imagerie qui utilisent l&#39;imagerie optique in vivo en association avec l&#39;imagerie μCT fournit une nouvelle approche technologique qui permet la visualisation 3D, la quantification et le suivi longitudinal des processus biologiques dans un contexte anatomique 1-4. Les protocoles dans la présente étude fournissent des informations détaillées sur la façon in vivo de bioluminescence et l&#39;imagerie de fluorescence peut être combiné avec l&#39;imagerie μCT dans un modèle d&#39;infection orthopédique prothétique d&#39;implant chez la souris pour contrôler la charge bactérienne, une inflammation neutrophile et modifications anatomiques dans l&#39;os de façon non invasive et longitudinalement sur temps. Pris ensemble, les informations obtenues en combinant l&#39;imagerie optique et structurelle représente une avancée technologique majeure, qui peut être particulièrement bien adapté pour étudier les processus biologiques et les conditions pathologiques qui affectent le système musculo-squelettique. Un intérêtconclusion tion qui doit être souligné, c&#39;est que nous avons observé que les signaux fluorescents EGFP-neutrophiles a diminué à des niveaux de fond en 14-21 jours et sont restés à des niveaux de fond pour la durée de l&#39;expérience, malgré la présence de bactéries bioluminescentes. Il est peu probable que l&#39;irradiation aux rayons X impacté survie de neutrophiles comme nous avons observé une cinétique similaire des signaux de neutrophiles chez les souris non irradiées 19. Dans nos précédents travaux impliquant un modèle de S. plaies infectées aureus, l&#39;infiltration de neutrophiles ont consisté en une combinaison de recrutement des neutrophiles de la circulation solide, la survie prolongée des neutrophiles au site d&#39;infection et la domiciliation des cellules progénitrices de KIT + de l&#39;abcès, où elles donnent lieu à mûrir localement neutrophiles 23. Il est probable que des procédés similaires ont contribué à l&#39;infiltration de neutrophiles dans l&#39;implant orthopédique S. modèle d&#39;infection aureus. Bien qu&#39;il ne sait pas pourquoi les signaux de neutrophiles a diminué dans le Orthopmodèle d&#39;infection aedic, il se pourrait que la réponse immunitaire a changé au fil du temps que cette infection a progressé d&#39;un aigu à l&#39;infection chronique et c&#39;est un sujet de recherches futures. Il ya des limites à ce modèle de souris de l&#39;infection articulation prothétique orthopédique et la multimodalité vivo imagerie qui devrait être noté. Tout d&#39;abord, ce modèle de souris est une simplification des procédures réelles et les matériaux utilisés en chirurgie orthopédique chez l&#39;homme 24. Néanmoins, ce modèle fait récapituler l&#39;infection chronique et l&#39;inflammation qui s&#39;ensuit dans l&#39;os et les tissus des articulations que l&#39;on voit dans les infections d&#39;implants orthopédiques droits de 8,9. En outre, pour obtenir les images μCT, des doses relativement faibles d&#39;irradiation aux rayons X ont été utilisées pour minimiser tout effet néfaste sur la santé des animaux au cours de l&#39;infection. Pour une meilleure résolution de l&#39;os, des doses plus élevées de rayonnement de rayons X peuvent être utilisés pour l&#39;imagerie μCT sur un euthanasiésNIMAUX. Cependant, cela éliminerait la possibilité de surveiller de manière non invasive et longitudinalement les modifications de l&#39;os au cours de la durée des expériences. En conclusion, l&#39;imagerie multimodalité impliquant la combinaison de l&#39;ensemble de l&#39;imagerie optique in vivo animaux à l&#39;imagerie anatomique μCT a permis une information plus complète sur l&#39;infection et la réponse inflammatoire. En outre, ces techniques ont permis l&#39;évaluation des conséquences de l&#39;infection et de l&#39;inflammation de l&#39;os et du tissu articulaire. Les travaux futurs pourraient profiter de l&#39;imagerie multimodalité pour évaluer l&#39;efficacité des thérapies antimicrobiennes, les réponses immunitaires, pathogenèse de la maladie et les changements réactifs dans l&#39;os comme nous avons commencé à enquêter 14-18. En outre, l&#39;imagerie multimodale peut évaluer des sondes et des traceurs pour diagnostiquer la présence d&#39;une infection, comme décrit précédemment dans des modèles animaux d&#39;infection de la cuisse, une endocardite, infecter pulmonaireions et les infections biomatériaux 25-28. Enfin, l&#39;utilisation de l&#39;imagerie multimodalité pourrait être étendu au-delà des maladies infectieuses et utilisé dans toutes les disciplines, y compris l&#39;orthopédie, la rhumatologie et l&#39;oncologie, pour enquêter sur d&#39;autres conditions qui affectent le système musculo-squelettique, comme le cancer du squelette, la maladie métastatique, les fractures et l&#39;arthrite 5-7 .

Multimodalité des techniques d&#39;imagerie préclinique qui impliquent la combinaison de l&#39;information optique anatomique et permettent la visualisation et le contrôle des phénomènes biologiques en 3D 4.1. Depuis imagerie μCT permet la visualisation exquis de l&#39;anatomie osseuse, en utilisant l&#39;imagerie μCT en conjonction avec de l&#39;imagerie optique représente une combinaison unique qui pourrait être particulièrement utile pour les processus qui impliquent la biologie osseuse 5-7 de l&#39;enquête. Un exemple serait d&#39;utiliser ces techniques pour étudier les infections d&#39;implants orthopédiques, qui représentent une complication catastrophique en suivant les procédures de chirurgie orthopédique 8,9. Les bactéries forment des biofilms sur les corps étrangers implantés qui favorisent la survie des bactéries en agissant comme une barrière physique qui empêche la détection de cellules du système immunitaire de l&#39;infection et bloque l&#39;accès à des antibiotiques de la bactérie 10,11. L&#39;infection chronique et persistante du tissu articulaire (arthrite septique) uned os (ostéomyélite) induit la résorption osseuse qui entraîne le relâchement de la prothèse et une éventuelle défaillance 8,9. Cette ostéolyse périprothétique résultante est associée à une augmentation de la morbidité et de la mortalité 12,13. Dans notre travail précédent, bioluminescence in vivo et l&#39;imagerie de fluorescence a été utilisé avec des rayons X et l&#39;imagerie micro-tomodensitométrie (μCT) dans un modèle d&#39;infection de prothèse orthopédique commune chez les souris de 14 à 19. Ce modèle consiste à placer un fil de Kirschner titane (K-fil) de telle sorte que l&#39;extrémité élargie de l&#39;implant dans l&#39;articulation du genou à partir de fémurs de souris 14-19 de coupe. Un inoculum de Staphylococcus aureus (souche bioluminescente ou Xen29 Xen36) a ensuite été introduit à la pipette sur la surface de l&#39;implant dans l&#39;articulation du genou avant le site chirurgical est fermé 14 à 19. Imagerie optique in vivo a été utilisé pour détecter et quantifier les signaux bioluminescents, qui correspond à la numbre de bactéries dans le tissu infecté articulations et des os de 14 à 19. En outre, l&#39;imagerie de fluorescence in vivo dans des souris LysEGFP, qui possèdent neutrophiles fluorescents 20, a été utilisé pour quantifier le nombre de neutrophiles qui ont émigré à l&#39;articulation du genou infectées contenant les implants K-fil 14,19. Enfin, les modalités d&#39;imagerie anatomiques, y compris l&#39;imagerie haute résolution des rayons X et l&#39;imagerie μCT, autorisés 2D respective et l&#39;imagerie anatomique 3D de l&#39;os affecté pendant toute la durée de l&#39;infection chronique, qui nous arbitrairement fin généralement entre 2 et 6 semaines post-opératoires 16 , 18. En utilisant ce modèle, l&#39;efficacité de la thérapie antimicrobienne locale et systémique, des réponses immunitaires protectrices et des changements pathologiques dans anatomiques os pourrait être évalué de 14 à 18. Dans ce manuscrit, les protocoles détaillés concernant les modalités d&#39;imagerie optique et μCT dans ce modèle d&#39;infection de prothèse conjointe orthopédique ont été fournis dans deux psystème pour étudier les processus biologiques dans le contexte anatomique de l&#39;os ve. Il s&#39;agit notamment des interventions chirurgicales pour modéliser une infection de l&#39;articulation prothétique orthopédique chez la souris, 2D et 3D en imagerie optique in vivo (pour détecter les signaux bioluminescents bactériennes et les signaux de neutrophiles fluorescentes), l&#39;acquisition μCT d&#39;imagerie et d&#39;analyse et de co-enregistrement des images optiques 3D avec la images μCT.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Xen36 bioluminescent Staphylococcus aureus strain</td>
			<td>PerkinElmer, Hopkinton, MA</td>
			<td></td>
			<td>Bioluminescent Staphylococcus aureus strain derived from ATCC 49525 (Wright), a clinical isolate from a bacteremia patient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptic soy broth</td>
			<td>BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ</td>
			<td>211825</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto Soy Agar</td>
			<td>BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ</td>
			<td>214010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LysEGFP knockin mouse strain</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Not commercially available. This strain contains a knockin of enhanced green fluorescence protein (EGFP) into the lysozyme M gene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine</td>
			<td>Purdue Products, Stamford, CT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kirschner-wire (titanium, 0.8 mm diameter)</td>
			<td>Synthes, West Chester, PA</td>
			<td>492.08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire Cutter - Duracut T.C.</td>
			<td>H&#38;H Company, Ontario, Canada</td>
			<td>83-7002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Baxter, Deerfield, IL</td>
			<td>118718</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl 5-0 sutures (P-3 Reverse cutting)</td>
			<td>Ethicon, Summerville, NJ. Purchased through VWR International.</td>
			<td>95056-936</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sustained-release Buprenorphine (5 ml - 1 mg/ml)</td>
			<td>Zoopharm, Windsor, CO</td>
			<td></td>
			<td>analgesic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td><a href="http://www.perkinelmer.com/Catalog/Product/ID/IVISSPE?utm_source=JoVE&amp;utm_medium=display&amp;utm_content=LST-IDT2014-GLO-Q414-JoVE&amp;utm_campaign=LST-IDT2014-GLO">IVIS Spectrum Imaging System</a></td>
			<td>PerkinElmer, Hopkinton, MA</td>
			<td></td>
			<td>optical in vivo imaging system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td><a href="http://www.perkinelmer.com/Catalog/Category/ID/Quantum%20FX%20%20microCT?utm_source=JoVE&amp;utm_medium=display&amp;utm_content=LST-IDT2014-GLO-Q414-JoVE&amp;utm_campaign=LST-IDT2014-GLO">Quantum FX in vivo &#956;CT system</a></td>
			<td>PerkinElmer, Hopkinton, MA</td>
			<td></td>
			<td>&#956;CT in vivo imaging system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td><a href="http://www.perkinelmer.com/Catalog/Category/ID/Living%20Image%20Software?utm_source=JoVE&amp;utm_medium=display&amp;utm_content=LST-IDT2014-GLO-Q414-JoVE&amp;utm_campaign=LST-IDT2014-GLO">IVIS SpectrumCT Imaging System</a></td>
			<td>PerkinElmer, Hopkinton, MA</td>
			<td></td>
			<td>combined optical and &#956;CT in vivo imaging system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td><a href="http://www.perkinelmer.com/Catalog/Product/ID/119240?utm_source=JoVE&amp;utm_medium=display&amp;utm_content=LST-IDT2014-GLO-Q414-JoVE&amp;utm_campaign=LST-IDT2014-GLO">Living Image Software</a></td>
			<td>PerkinElmer, Hopkinton, MA</td>
			<td></td>
			<td>Image analysis software for in vivo optical imaging</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combined in vivo optical and &#181;ct imaging to monitor infection, inflammation, and bone anatomy in an orthopaedic implant infection in mice

imagerie multimodalité a émergé comme une approche technologique commun utilisé à la fois dans la recherche préclinique et clinique. Des techniques de pointe qui combinent l&#39;imagerie optique et μCT vivo permettent la visualisation de phénomènes biologiques dans un contexte anatomique. Ces modalités d&#39;imagerie peuvent être particulièrement utiles pour étudier les conditions qui ont une incidence os. En particulier, les infections d&#39;implants orthopédiques sont un problème important dans la chirurgie orthopédique clinique. Ces infections sont difficiles à traiter car les biofilms bactériens se forment sur les matériaux implantés chirurgicalement étrangers, conduisant à une inflammation persistante, l&#39;ostéomyélite et l&#39;ostéolyse éventuelle de l&#39;os entourant l&#39;implant, qui aboutit finalement à son descellement et l&#39;échec. Ici, un modèle de souris d&#39;un implant orthopédique prothétique infecté a été utilisé qui a impliqué la mise en place chirurgicale d&#39;un implant Kirschner-fil dans un canal intramédullaire du fémur, de telle façon que l&#39;extrémité de l&#39;implant eXTended dans l&#39;articulation du genou. Dans ce modèle, les souris LysEGFP, une souche de souris qui a neutrophiles EGFP-fluorescentes, ont été employés en association avec une souche de Staphylococcus aureus bioluminescente, qui émet de la lumière naturelle. Les bactéries ont été inoculées dans les articulations des genoux des souris avant la fermeture du site chirurgical. Bioluminescence in vivo et l&#39;imagerie de fluorescence a été utilisée pour quantifier la charge bactérienne et la réponse inflammatoire des neutrophiles, respectivement. En outre, l&#39;imagerie μCT a été effectuée sur des souris de la même manière que la localisation 3D de la bioluminescence et des signaux optiques fluorescents pourrait être co-enregistré avec les images μCT anatomiques. Afin de quantifier les variations de l&#39;os au cours du temps, le volume osseux externe des fémurs distaux ont été mesurés à des instants spécifiques en utilisant un processus de semi-automatisé à base de segmentation contour. Pris dans leur ensemble, la combinaison de vivo bioluminescente / imagerie de fluorescence dans l&#39;imagerie μCT peut être particulièrement utile fou la surveillance non invasive de l&#39;infection, la réponse inflammatoire et des modifications anatomiques dans l&#39;os au cours du temps.

Dans bioluminescente vivo et l&#39;imagerie de fluorescence Dans la présente étude, le protocole est décrit par le modèle publié antérieurement d&#39;une infection de l&#39;articulation prothétique orthopédique chez les souris 14 à 19, qui implique la mise en place chirurgicale d&#39;un implant en titane K-fil qui s&#39;étend à partir d&#39;un canal intramédullaire du fémur dans le joint en espace 14-19. S. aureus souche bioluminescente Xen29 (1 x 10 3 CFU dans 2 ul de PBS) a été introduit à la pipette directement au-dessus de l&#39;implant en titane d&#39;extrémité dans l&#39;articulation du genou avant la fermeture du site chirurgical 16. Pour visualiser et de quantifier le fardeau et l&#39;influx de neutrophiles bactérienne non invasive chez les souris LysEGFP anesthésiés, toute l&#39;imagerie optique animaux in vivo a été réalisée séquentiellement l&#39;image des signaux bioluminescents des bactéries et les signaux EGFP fluorescentes des neutrophiles infiltrent l&#39;aide de l&#39;animal entier optique SIIV spectre dans vivoSystème d&#39;imagerie à trois jours post-opératoires (par exemple, deux jours, 14 et 28). Les signaux bioluminescents Xen29 de souris infectées sont restées au-dessus des signaux de souris infectées simulées pour la durée de l&#39;expérience (Figure 1A, C) 16 fond. Nos travaux antérieurs ont démontré que les signaux in vivo bioluminescentes estimés de près les chiffres de l&#39;ex vivo UFC isolés du / tissu et adhérente osseuse commune aux implants 17,18. En outre, les signaux de fluorescence EGFP ont été plus élevés que les souris sham-infectées à des moments précoces mais approchés des niveaux de fond au cours de l&#39;infection (figure 2B, C) ​​16. Co-registration 3D de signaux optiques in vivo avec des images μCT Pour visualiser les signaux optiques (c.-à-signaux, et des bactéries bioluminescentes fluorescentes EGFP) dans le contexte anatomique de l&#39;articulation du genou post-chirurgicales in 3D, les images optiques générées à l&#39;aide du système d&#39;imagerie IVIS spectre ont été co-enregistrées avec les images μCT générées en utilisant le système d&#39;imagerie Quantum FX μCT. Cette co-enregistrement peut être réalisé parce que la chambre d&#39;imagerie de la souris peut être inséré dans la machine, soit pour faire en sorte que les souris étaient dans la même orientation exacte. Pour vérifier cette précision, les résultats ont été comparés avec une acquisition d&#39;image effectuée à l&#39;aide du spectre-CT in vivo système d&#39;imagerie IVIS qui intègre à la fois des modalités dans un instrument sans nécessiter de déplacement physique de l&#39;animal. Pour mapper les données optiques sur les images μCT en 3D, nous avons utilisé une tomographie optique algorithme de reconstruction diffuse 16. La reconstruction 3D obtenue est représentée (Film 1). En outre, l&#39;imagerie μCT permis la visualisation et la quantification des modifications corrélatives à la qualité et les dimensions de l&#39;os qui a eu lieu au coursl&#39;infection (figure 2) 16. Comme indiqué précédemment, le volume osseux externe du fémur distal sensiblement augmenté au cours du temps (figure 2A) 16. Pour quantifier ces modifications, l&#39;analyse d&#39;image volumétrique 3D a été réalisée sur l&#39;extrémité distale de 25% de la surface du osseux du fémur et de l&#39;évolution du volume de l&#39;os au cours du temps ont été normalisés au volume initial de l&#39;os. Le volume de l&#39;os extérieur sensiblement augmenté chez les souris infectées, comparativement à des souris infectées simulées (figure 2B) 16. L&#39;augmentation du volume de l&#39;os du fémur distal externe est probablement due à des lésions osseuses causées par l&#39;infection des tissus et des os conjointe, qui ont été observés en utilisant μCT imagerie et l&#39;analyse histologique 16. <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1: 2D in vivo </strong&gt; bioluminescente et signaux fluorescents. S. aureus Xen29 ou pas de bactéries (non infectées) ont été inoculées dans l&#39;articulation du genou après placement K-fil et souris LysEGFP ont été imagées en utilisant le système d&#39;imagerie IVIS spectre 16 (A). moyenne in vivo des signaux bioluminescents, telle que mesurée par flux total (photons / s) ± sem. (B) moyenne in vivo EGFP signaux fluorescents, telle que mesurée par le nombre total d&#39;efficacité énergétique (photons / sec) / (uW / cm 2) ± sem. (C) représentant en bioluminescence in vivo et des signaux fluorescents recouvert sur ​​une photographie en noir et blanc l&#39;image des souris. La limite de détection de la charge bactérienne en utilisant l&#39;imagerie bioluminescente in vivo est comprise entre 1 x 10 2 et 1 x 10 3 CFU. * P &lt;0,05, † p &lt;0,01, ‡ p &lt;0,001 de souris Xen29 infectés par rapport à des souris de faux-infectés (test t de Student [bilatéral]). S&#39;il vous plaîtnoter qu&#39;il s&#39;agit d&#39;une figure représentative qui inclut les données publiées précédemment générées à l&#39;aide Xen29 et imagés avec le système d&#39;imagerie IVIS Lumina XR 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" width="500" /> Figure 2: imagerie 3D μCT. S. aureus Xen29 ou pas de bactéries (non infectées) ont été inoculées dans l&#39;articulation du genou après placement K-fil et les souris ont été imagées en utilisant le Quantum FX in vivo du système μCT. (A) représentant les rendus 3D μCT de Xen29 souris infectée par le (panneaux supérieurs) et les souris sham-infectés (panneaux inférieurs). (B) Pourcentage de changement de volume de l&#39;os externe (distale 25% des fémurs) normalisée à la ti initialemoi Point (moyenne ± SEM). * P &lt;0,05, † p &lt;0,01, ‡ p &lt;0,001 de souris Xen29 infectés par rapport à des souris de faux-infectés (test t de Student [bilatéral]). S&#39;il vous plaît noter que ceci est une figure représentative qui inclut les données publiées précédemment générés en utilisant la souche bioluminescente S. aureus Xen29 et imagée avec le Quantum FX in vivo μCT système d&#39;imagerie 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/Movie_1.mpg" target="_blank">Film 1</a> . Représentant 3D anatomique de co-enregistrement des signaux bioluminescents Xen29 et les signaux de fluorescence EGFP-neutrophiles en combinaison avec les images μCT. Les images sont mises en rotation sur l&#39;axe vertical.

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Combined In vivo Optical and Ãƒâ€šÃ‚ÂµCT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice

Ensemble d&#39;imagerie optique et μCT dans un modèle murin de l&#39;infection de l&#39;implant orthopédique, en utilisant un bioluminescente souche génétiquement de Staphylococcus aureus, à condition que la capacité de surveiller de manière non invasive et longitudinalement la dynamique de l&#39;infection bactérienne, ainsi que de la réponse inflammatoire correspondant et modifications anatomiques dans l&#39; os.

Combiné<em&gt; In vivo</em&gt; Optique et μCT imagerie pour surveiller l&#39;infection, l&#39;inflammation, et Bone Anatomy dans une infection orthopédique Implant souris

Multimodality imaging has emerged as a common technological approach used in both preclinical and clinical research. Advanced techniques that combine in ...

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JoVE Journal

Medicine

Combined In vivo Optical and &#181;CT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice

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