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

עבודה זו נתמכה על ידי תכנית H &amp; H לי מחקר Resident כירורגי חוקרים (ליאן), AO Foundation Start-Up S-12-03M מענק (לLSM) ומכונים לאומיים לבריאות מענק R01-AI078910 (לLSM) .

<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 משולם לעובדים של PerkinElmer, המייצר את מכשירי ההדמיה, ובלבד Xen29 bioluminescent ס זן aureus, ושילם עבור עלויות הפרסום של מאמר וידאו זה. יש לי המחברים שנותרו שום דבר לגלות.

הדמיה Multimodality כגון טכניקות הדמיה לנצל בהדמיה אופטית vivo בשיתוף עם ההדמיה μCT מספקת גישה טכנולוגית חדשה המאפשרת הדמיית 3D, הכימות וניטור אורך של תהליכים ביולוגיים בהקשר האנטומי 1-4. הפרוטוקולים במחקר הנוכחי מספקים מידע מפורט כיצד in vivo bioluminescent ודימות פלואורסצנטי יכול להיות משולב עם ההדמיה μCT במודל אורתופדים תותב שתל זיהום בעכברים כדי לפקח על נטל החיידקים, דלקת neutrophilic ושינויים אנטומיים בעצמות noninvasively ואורכים מעל זמן. יחדיו, המידע שהושג על ידי שילוב של הדמיה אופטית ומבנית מייצג התקדמות טכנולוגית גדולה, אשר עשוי להיות טוב במיוחד מתאים ללמוד תהליכים ביולוגיים ומצבים פתולוגיים המשפיעים על מערכת השרירים והשלד. עניין אחדממצא ing שיש לציין הוא ששמו לב שאותות ניאון EGFP-נויטרופילים ירדו לרמות רקע על ידי 14-21 ימים ונשארו ברמות רקע לתקופת הניסוי למרות נוכחותם של חיידקי bioluminescent. אין זה סביר כי קרינת רנטגן השפיעה הישרדות נויטרופילים כפי שאנו נצפו קינטיקה דומה של אותות נויטרופילים בעכברים שאינם מוקרן 19. בעבודה הקודמת שלנו היה מעורב מודל של ס &#39; פצעי aureus נגועים, חדירת נויטרופילים מעורבים שילוב של גיוס חזק נויטרופילים מהמחזור, הישרדות נויטרופילים ממושכות באתר של זיהום והביות של תאי KIT + אב למורסה, שבו הם נותנים באופן מקומי עלייה להבשיל נויטרופילים 23. סביר להניח כי תהליכים דומים תרמו לחדירת נויטרופילים בשתלו אורתופדי ס מודל זיהום aureus. למרות שלא ידוע מדוע אותות נויטרופילים ירד בorthopמודל זיהום aedic, יכול להיות שהתגובה החיסונית השתנתה לאורך זמן כמו זיהום זה התקדם מאקוטי לדלקת כרונית וזה נושא של חקירה בעתיד. יש מגבלות במודל זה עכבר של זיהום משותף תותב אורתופדים וin vivo ההדמיה multimodality שיש לציין. ראשית, מודל עכבר זה הוא פשטני של הנהלים בפועל וחומרים המשמשים בניתוחים אורטופדיים בבני אדם 24. עם זאת, מודל זה עושה לשחזר את הזיהום הכרוני ודלקת שהתפתחה בעצמות ובמפרקי הרקמה כי הוא ראה בזיהומי שתל אורתופדים אנושיים 8,9. בנוסף, כדי לקבל את תמונות μCT, מינונים נמוכים יחסית של קרינת רנטגן שמשו כדי למזער את השפעות שליליות על בריאותם של בעלי החיים במהלך הזיהום. לרזולוציה טובה יותר של עצם, במינונים גבוהים יותר של קרינת X-ray יוכל לשמש עבור ההדמיה μCT על מורדמיםnimals. עם זאת, זה היה מונע את היכולת noninvasively ואורכים כדי לפקח על עצם השינויים לאורך משך הניסויים. לסיכום, ההדמיה multimodality מעורבת שילוב של in vivo הדמיה האופטית של בעלי החיים שלמה עם ההדמיה μCT אנטומיים התירה מידע מקיף יותר על הזיהום והתגובה דלקתית. בנוסף, טכניקות אלה התירו להערכת ההשלכות של הזיהום והדלקת בעצמות ובמפרקי רקמות. עבודה בעתיד יכולה לנצל את היתרון של ההדמיה multimodality להעריך את יעילותם של טיפולים נוגדים חיידקים, תגובות חיסוניות, הפתוגנזה של מחלה והשינויים תגובתי בעצמות כפי שהחלנו לחקור 14-18. בנוסף, הדמיה multimodality יכולה להעריך בדיקות וקליעים נותבים כדי לאבחן הנוכחות של זיהום כפי שתוארה לעיל במודלים של בעלי חיים זיהום ירך, דלקת פן לב, להדביק ריאתייונים וזיהומים ביולוגי 25-28. לבסוף, השימוש בהדמית multimodality יכול להיות מורחבת מעבר למחלות זיהומיות ומשמש על פני תחומים, ובכלל זה אורתופדיה, ראומטולוגיה ואונקולוגיה, לחקור מצבים אחרים המשפיעים על מערכת השלד, כגון סרטן שלד, מחלה גרורתית, שברים ודלקת פרקים 5-7 .

טכניקות הדמיה פרה קלינית Multimodality שכרוכה בשילוב של מידע אופטי ואנטומיים מאפשרות הדמיה וניטור של תופעות ביולוגיות ב3D 1-4. מאז ההדמיה μCT מאפשרת הדמיה המעולה של האנטומיה עצם, תוך שימוש בהדמית μCT בשיתוף של עם הדמיה אופטית מייצגת שילוב ייחודי שעשויה להיות שימושי במיוחד לחקירת תהליכים הכרוכים בביולוגית עצם 5-7. דוגמא תהיה להשתמש בטכניקות אלה כדי ללמוד זיהומי שתל אורתופדים, המייצגים סיבוך הרסני הבאים ניתוחים אורתופדיים 8,9. biofilms חיידקים להיווצר על העצמים הזרים מושתלים שמקדמים הישרדות של החיידקים על ידי המשרת כמחסום פיזי המונע מתאי מערכת חיסון חישת האנטיביוטיקה הזיהום וחוסם את הגישה לחיידקים 10,11. הזיהום הכרוני ומתמשך של רקמת מפרקים (דלקת מפרקים ספיגה)עצם ד (אוסטאומיאליטיס) גורם ספיגת עצם שמובילה להתרופפות של התותבת ו8,9 כישלון סופו של דבר. osteolysis periprosthetic וכתוצאה מכך זה קשור לתחלואה מוגברת ו12,13 תמותה. בעבודה הקודמת שלנו, bioluminescent in vivo ודימות פלואורסצנטי שימש יחד עם X-ray והדמיה טומוגרפיה-מחושב מיקרו (μCT) במודל משותף זיהום תותב אורתופדים בעכברי 14-19. מודל זה מעורב הצבת טיטניום קירשנר תיל (K-wire) באופן כזה שסופו של דבר הקיצוץ של השתל הורחב במפרק הברך מעצמות הירך של עכברי 14-19. הבידוד של Staphylococcus aureus (זן bioluminescent Xen29 או Xen36) היה אז pipetted על פני השטח של השתל במפרק הברך לפני האתר כירורגית נסגר 14-19. בvivo הדמיה אופטית שימשה לזהות ולכמת את אותות bioluminescent, ש תואם את נוmber של חיידקים ברקמה משותפת ועצם הנגוע 14-19. בנוסף, in vivo הקרינה הדמיה של עכברי LysEGFP, אשר מחזיקים נויטרופילים ניאון 20, שימש לכמת את המספרים של נויטרופילים שהגרו למפרקי הברך הנגועים המכילים את שתלי K-תיל 14,19. לבסוף, שיטות הדמיה אנטומיים, כולל ההדמיה רנטגן ברזולוציה גבוהה והדמיה μCT, מותר 2D המתאים והדמיה אנטומית 3D של העצם המושפע על פני כל משך הזיהום כרוני, שבו אנו באופן שרירותי יסתיימו בדרך כלל בין 2 ל 6 שבועות לאחר ניתוח 16 , 18. באמצעות מודל זה, את היעילות של טיפול מקומי ומערכתי נגד חיידקים, תגובות חיסוניות הגנתיות ושינויים אנטומיים פתולוגיים בעצמות יכולה להיות מוערכת 14-18. בכתב היד הזה, פרוטוקולים מפורטים לשיטות הדמיה אופטיות וμCT במודל תותב אורתופדים זו משותף זיהום נמסרו כrepresentative מערכת ללמוד תהליכים ביולוגיים בהקשר האנטומי של העצם. אלה כוללים ניתוחים למודל זיהום משותף תותב אורתופדים בעכברים, 2D and 3D בהליכי הדמיה אופטית vivo (כדי לזהות אותות bioluminescent חיידקים ואותות נויטרופילים ניאון), רכישת μCT הדמיה וניתוח ושיתוף רישום של תמונות אופטיות 3D עם תמונות 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

ההדמיה Multimodality התפתחה כגישה טכנולוגית נפוצה בשימוש הן במחקר קליני ופרה קליני. טכניקות מתקדמות המשלבות בהדמיה אופטית וμCT vivo לאפשר להדמיה של תופעות ביולוגיות בהקשר האנטומי. שיטות הדמיה אלה עשויות להיות שימושיות במיוחד ללחקור את תנאים שעצם ההשפעה. בפרט, זיהומי שתל אורתופדים הם בעיה חשובה בניתוח אורתופדים קליני. זיהומים אלה הם קשים לטיפול, כי biofilms חיידקים להיווצר על החומרים מושתלים בניתוח הזר, שמוביל לדלקת מתמשכת, דלקת עצם וosteolysis סופו של דבר העצם סביב השתל, אשר בסופו גורם להתרופפות שתל וכישלון. כאן, במודל עכבר של השתלה תותבת אורתופדים נגוע שימש שמעורב המיקום כירורגית של שתל קירשנר תיל לתוך תעלת intramedullary בירך בצורה כזו כי בסופו של דואר השתלxtended לתוך מפרק הברך. במודל זה, עכברי LysEGFP, זן עכבר שיש לו נויטרופילים EGFP-ניאון, הועסקו בשיתוף עם זן Staphylococcus aureus bioluminescent, אשר באופן טבעי פולט אור. החיידקים היו מחוסן למפרקי הברך של העכברים לפני סגירת האתר כירורגית. Bioluminescent בחי ודימות פלואורסצנטי שימשה לכמת את נטל החיידקים ותגובה דלקתית נויטרופילים, בהתאמה. בנוסף, ההדמיה μCT בוצעה באותו עכברים, כך שמיקום 3D של bioluminescent ואותות אופטיים ניאון יכול להיות שותף רשום עם תמונות μCT אנטומיים. כדי לכמת את השינויים בעצמות לאורך זמן, החיצוני עצם הנפח של עצמות הירך הדיסטלי נמדדו בנקודות זמן ספציפיות באמצעות תהליך פילוח גובה מבוסס חצי אוטומטי. יחדיו, השילוב של in vivo bioluminescent הדמיה ניאון / עם ההדמיה μCT עשוי להיות שימושי במיוחד fאו הניטור בלתי פולשני של הזיהום, תגובה דלקתית ושינויים אנטומיים בעצמות לאורך זמן.

בbioluminescent vivo ודימות פלואורסצנטי במחקר הנוכחי, הפרוטוקול מתואר עבור דגם זה שפורסם בעבר של זיהום משותף תותב אורתופדים בעכברים 14-19, הכולל את המיקום כירורגית של שתל K-חוט טיטניום המשתרע מתעלת intramedullary בירך לתוך המפרק חלל 14-19. ס זן aureus bioluminescent Xen29 (1 x 10 3 CFU ב2 μl PBS) היה pipetted ישירות על גבי שתל טיטניום הסוף בברך לפני משותף סגירת האתר כירורגית 16. כדי להמחיש ולכמת את זרם הנטל ונויטרופילים חיידקי noninvasively בעכברי LysEGFP מורדמים, in vivo הדמיה אופטית של בעלי חיים שלמות בוצעה ברצף תמונת אותות bioluminescent מהחיידקים ואותות ניאון EGFP מנויטרופילים המסתננים באמצעות בעלי החיים שלמים האופטיים IVIS הספקטרום ב vivoמערכת הדמיה בשלושה ימים שלאחר ניתוח (כלומר, ימים 2, 14 ו28). אותות bioluminescent של עכברים נגועים Xen29 נותרו מעל אותות רקע של עכברים נגועים בדמה לתקופת הניסוי (איור 1 א, ג) 16. העבודה הקודמת שלנו הראתה שin vivo bioluminescent האותות מקורבים באופן הדוק המספרים של vivo לשעבר CFU המבודדים מהמפרק / רקמת העצם והחסיד לשתלים 17,18. בנוסף, אותות ניאון EGFP היו גבוהים יותר מאשר עכברים נגועים בזיוף בנקודות זמן מוקדם אבל פנו רמות רקע במהלך הזיהום (איור 2 ב, ג) 16. שיתוף רישום 3D של in vivo אותות אופטיים עם תמונות μCT כדי להמחיש את האותות האופטיים (אותות כלומר, bioluminescent חיידקים וניאון EGFP) בהקשר האנטומי של מפרקי הברך לאחר הניתוח אניn 3D, התמונות אופטיות שנוצרו באמצעות מערכת ההדמיה IVIS הספקטרום היו עם תמונות μCT נוצרו באמצעות מערכת ההדמיה Quantum FX μCT שיתוף רשום. שיתוף רישום זה יכול להיות מושלם, כי חדר ההדמיה העכבר יכול להיות מוכנס לתוך או מכונה כדי להבטיח שהעכברים היו בדיוק באותו הכיוון. כדי לאמת את הדיוק הזה, התוצאות הושוו עם רכישת תמונה בוצעה באמצעות ספקטרום-CT במערכת ההדמיה vivo IVIS המשלבת את שני השיטות למכשיר אחד ללא צורך בהעברה פיזית של בעלי החיים. כדי למפות את הנתונים האופטיים על גבי תמונות μCT ב3D, אנו מנוצלים אלגוריתם שחזור טומוגרפיה אופטית מפוזר 16. שחזור 3D התוצאה מוצג (סרט 1). בנוסף, ההדמיה μCT אפשרה להדמיה וכימות של שינויים נלווים באיכות ובממדים של העצם שאירע במהלךהזיהום (איור 2) 16. כפי שדווח בעבר, חיצוני עצם הנפח של עצם הירך הדיסטלי גדל באופן משמעותי לאורך הזמן (איור 2 א) 16. כדי לכמת את השינויים הללו, ניתוח תמונת נפחית 3D בוצע על 25% הדיסטלי של פני השטח הבונים של עצם הירך והשינויים בעצמות הנפח לאורך הזמן היו מנורמלות הראשוני עצם הנפח. חיצוני עצם הנפח גדל באופן משמעותי בעכברים נגועים בהשוואה לעכברים נגוע בדמה (איור 2) 16. העלייה בהדיסטלי עצם הירך חיצוני הנפח הייתה סבירה בשל פגיעה בעצמות הנגרמת על ידי הזיהום של רקמה המשותפת ועצם, שנצפו באמצעות הדמיה μCT וניתוח היסטולוגית 16. <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1 2D in vivo </strאונג&gt; bioluminescent ואותות ניאון. ס aureus Xen29 או לא חיידקים (נגוע) היו מחוסן למפרק הברך לאחר מיקום K-תיל והעכברים LysEGFP הם צילמו באמצעות מערכת ההדמיה IVIS ספקטרום 16. () ממוצע in vivo אותות bioluminescent כפי שנמדד על ידי שטף כולל (פוטונים / sec) ± SEM. (B) ממוצע ב/ (μW / cm 2) ± SEM. (C) הנציג בbioluminescent vivo ואותות ניאון מעולף על גבי צילום בשחור לבן vivo EGFP אותות ניאון, כפי שנמדד על ידי סך הכל יעילות קורנת (פוטונים / sec) תמונה של העכברים. המגבלה של זיהוי של נטל החיידקים באמצעות in vivo ההדמיה bioluminescent היא בין 1 x 10 2 ו1 x 10 3 CFU. * P &lt;0.05, עמ &#39;† &lt;0.01, ‡ p &lt;0.001 עכברים Xen29 נגועים לעומת עכברים נגועים בדמה (מבחן t של הסטודנט [שני זנב]). אנאלב הזה הוא דמות מייצגת, הכוללת נתונים שפורסמו בעבר נוצרו באמצעות Xen29 וצלמו עם מערכת ההדמיה IVIS לומינה XR 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" width="500" /> ההדמיה איור 2 3D μCT. S. aureus Xen29 או לא חיידקים (נגוע) היו מחוסן למפרק הברך לאחר מיקום K-תיל ועכברי הדמיה באמצעות FX הקוונטים in vivo מערכת μCT. () הדמיות הנציג 3D μCT של Xen29 עכברי -infected (פנלים העליונים) ועכברים נגועים בדמה (לוחות נמוכים). אחוז (ב) לשינוי עצם נפח החיצוני (25% הדיסטלי של עצמות הירך) מנורמל לti הראשונילי נקודה (ממוצע ± SEM). * P &lt;0.05, עמ &#39;† &lt;0.01, ‡ p &lt;0.001 עכברים Xen29 נגועים לעומת עכברים נגועים בדמה (מבחן t של הסטודנט [שני זנב]). שים לב זה הוא דמות נציג הכוללת נתונים שפורסמו בעבר נוצרו באמצעות מתח bioluminescent ס aureus Xen29 וצלם עם FX in vivo μCT מערכת ההדמיה קוונטי 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/Movie_1.mpg" target="_blank">סרט 1.</a> הנציג 3D שיתוף רישום האנטומי של אותות Xen29 bioluminescent ואותות ניאון EGFP-נויטרופילים בשילוב עם תמונות μCT. התמונות מסובבות על הציר האנכי.

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

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

בשילוב הדמיה אופטית וμCT במודל של עכברים של זיהום שתל אורתופדים, ניצול זן מהונדס bioluminescent של Staphylococcus aureus, סיפק את היכולת noninvasively ואורכים כדי לפקח על הדינמיקה של זיהום החיידקים, כמו גם את התגובה הדלקתית המקבילה ושינויים אנטומיים ב עצם.

בשילוב<em&gt; בvivo</em&gt; אופטי וμCT הדמיה למעקב אחר זיהום, דלקת, ועצם אנטומיה בזיהום אורטופדיים שתל בעכברים

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

Research

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

Multi-photon Imaging of Tumor Cell Invasion in an Orthotopic Mouse Model of Oral Squamous Cell Carcinoma

Multi-פוטון הדמיה של הפלישה תאים סרטניים במודל עכבר orthotopic של קרצינומה של תאים קשקשיים אוראלי

Loco-regional invasion of head and neck cancer is linked to metastatic risk and presents a difficult challenge in designing and implementing patient ...

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

רב מודלי הדמיה של אנגיוגנזה מודל עכברים עירום של גרורות סרטן השד עצם באמצעות דימות תהודה מגנטית, טומוגרפיה ממוחשבת נפחית ו אולטראסאונד

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Bronchoalveolar Lavage (BAL) for Research; Obtaining Adequate Sample Yield

Bronchoalveolar Lavage BAL for Research; Obtaining Adequate Sample Yield

שטיפה ברונכואלוואולרית (BAL) למחקר; קבלת תשואה הולמת לדוגמא

We describe a research technique for fiberoptic bronchoscopy with bronchoalveolar lavage (BAL) using manual hand held suction in order to remove ...

Experimental Human Pneumococcal Carriage

תובלת pneumococcal אנוש ניסויית

Experimental human pneumococcal carriage (EHPC) is scientifically important because nasopharyngeal carriage of Streptococcus pneumoniae is both the major ...

Carotid Artery Infusions for Pharmacokinetic and Pharmacodynamic Analysis of Taxanes in Mice

חליטות עורק הראשי לpharmacokinetic וpharmacodynamic ניתוח של taxanes בעכברים

When proposing the use of a drug, drug combination, or drug delivery into a novel system, one must assess the pharmacokinetics of the drug in the study ...

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

טלמטריה תוך רחמי למדידת לחץ עכבר התכווצות<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. ...

Treatment with Vancomycin Loaded Calcium Sulphate and Autogenous Bone in an Improved Rabbit Model of Bone Infection

טיפול ונקומיצין טעון סולפט סידן ועצמות Autogenous במודל משופר הארנב של זיהום עצם

Bone infection results from bacterial invasion, which is extremely difficult to treat in clinical, orthopedic, and traumatic surgery. The bone infection ...

Rapid In Vivo Assessment of Adjuvant's Cytotoxic T Lymphocytes Generation Capabilities for Vaccine Development

Rapid In Vivo Assessment of Adjuvant's Cytotoxic T Lymphocytes Generation Capabilities for Vaccine Development

מהירה In Vivo ובחינת יכולות הדור של לימפוציטים T ציטוטוקסיות של אדג'וונט לפיתוח חיסון

The assessment of modern sub-unit vaccines reveals that the generation of neutralizing antibodies is important but not sufficient for adjuvant selection. ...

The Generation of Closed Femoral Fractures in Mice: A Model to Study Bone Healing

הדור של שברי הירך סגור בעכברים: מודל ללמוד ריפוי עצם

Bone fractures impose a tremendous socio-economic burden on patients, in addition to significantly affecting their quality of life. Therapeutic strategies ...

High-Throughput Analysis of Optical Mapping Data Using ElectroMap

ניתוח תפוקה גבוהה של נתוני מיפוי אופטי באמצעות מידע אלקטרומגנט

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we ...