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

この作品は、H＆H·リー外科レジデント研究奨学プログラム（JAN）にすることにより、AO財団スタートアップ（LSM）の助成金S-12-03Mと（LSM）は国立衛生研究所の助成金R01-AI078910をサポートされていました。

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	<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はXen29生物発光S.を提供し 、イメージング機器を製造してパーキンエルマーの従業員が支払われる黄色ブドウ球菌株は、このビデオ、記事の出版費用を支払った。残りの著者は、開示することは何もない。

そのようなμCTイメージングと組み合わせてインビボ光学イメージングに利用するイメージング技術としてマルチモダリティイメージングは、解剖学的文脈1-4 3Dビジュアライゼーション、定量および生物学的プロセスの長手方向の監視を可能にする新たな技術的アプローチを提供します。本研究におけるプロトコルは、非侵襲的に長さ方向にわたって骨に細菌負荷、好中球性炎症および解剖学的変化を監視するために、マウスにおける整形外科補綴インプラント感染モデルにμCTイメージングと組み合わせることができるかのin vivo生物発光と蛍光イメージングの詳細な情報を提供する時間。まとめると、光学的および構造的イメージングを組み合わせることによって得られた情報は、特に筋骨格系に影響を与える生物学的プロセスおよび病理学的状態を研究するために適してもよい主要な技術的進歩を表す。 One関心指摘されるべきであるる知見は、私たちがEGFP-好中球の蛍光シグナルは、14〜21日までにバックグラウンドレベルまで減少し、生物発光細菌の存在にもかかわらず、実験の期間中、バックグラウンドレベルのままであったことを観察することである。私たちは、非照射マウス19における好中球の信号の類似の動態を観察し、X線照射の影響を受けた好中球の生存可能性は低い。私たちの以前の研究ではSのモデルを含む黄色ブドウ球菌に感染した傷、好中球の浸潤は循環から強固な好中球動員、感染部位、彼らはローカルで好中球23を成熟を ​​生じる膿瘍にKIT +前駆細胞のホーミングで長期の好中球生存のフォーメーションを採用。これは、同様の処理が整形外科用インプラントSに好中球浸潤に寄与した可能性がある黄色ブドウ球菌感染モデル。それは不明であるが、好中球の信号は、整形外科において減少した理由aedic感染モデルは、この感染症は慢性感染への急性から進行し、これが今後の調査の対象であり、免疫応答は経時的に変化しているかもしれません。 注目すべきである整形外科人工関節感染およびin vivoでのマルチモダリティイメージングのこのマウスモデルでは制限があります。まず、このマウスモデルは、ヒト24に整形外科手術で使用される実際の手順および材料の過度の単純化である。それにもかかわらず、このモデルは、慢性感染を再現し、人間の整形外科用インプラント感染8,9に見られる骨および関節組織の炎症が続くん。また、μCT画像を得るために、X線照射の比較的低用量は、感染の経過の間、動物の健康への悪影響を最小限にするために使用された。 μCTイメージングに使用することができる骨の良好な分解能、X線放射のより高用量のために安楽死にnimals。しかしながら、これは、非侵襲的かつ縦方向に実験の期間にわたって骨の変化を監視する能力を排除する。 結論として、解剖学的μCTイメージングを用いたインビボ動物全体光学イメージングの組み合わせを含むマルチモダリティイメージングは、感染症や炎症反応についてのより総合的な情報が可能になった。また、これらの技術は、骨および関節組織における感染および炎症の影響の評価を可能にした。今後の課題は、私たちが14〜18を調査し始めているように抗菌療法、免疫応答、疾患の病因と骨中の反応性の変化の有効性を評価するためにマルチモダリティイメージングを利用することができます。また、マルチモダリティイメージングは​​、以前に動物モデルにおいて大腿感染症、心内膜炎、肺感染し、記載のように感染の存在を診断するためのプローブおよびトレーサーを評価することができイオンや生体材料の感染25-28。最後に、マルチモダリティイメージングの使用は、感染症を超えて拡大し、そのような骨格癌、転移性疾患、骨折や関節炎5-7のような筋骨格系に影響を与える他の条件を調査するために整形外科、リウマチ学および腫瘍学などの学問分野、全体で使用することができる。

光学的および解剖学的情報の組み合わせを伴うマルチモダリティ前臨床イメージング技術は、3D 1-4生物学的現象の可視化および監視を可能にします。 μCTイメージングは骨の解剖学的構造の絶妙な可視化を可能にするので、光学イメージングとの組み合わせてμCTイメージングを使用すると、骨の生物学5-7を伴うプロセスを調査するために特に有用かもしれないユニークな組み合わせを表しています。例は、整形外科手術手順8,9次の悲惨な合併症を表す整形外科用インプラント感染を研究するためにこれらの技術を使用することであろう。細菌バイオフィルムは細菌10,11へのアクセスからの感染をブロック抗生物質を検知することから免疫細胞を妨げる物理的障壁として機能することにより、細菌の生存を促進する移植された異物に形成する。関節組織（敗血症性関節炎）、ANの慢性持続感染d個の骨（骨髄炎）は、人工関節の緩み、最終的故障8,9につながる骨吸収を誘導する。この得られた人工関節周囲の骨溶解が増加罹患率と死亡率の12,13に関連付けられています。 私たちの以前の研究では、in vivoでの生物発光と蛍光イメージングは、マウス14〜19における整形外科人工関節感染モデルにおけるX線およびマイクロコンピュータ断層撮影（μCT）と一緒に使用した。このモデルは、インプラントの切断端が14-19マウスの大腿骨から膝関節に伸長するように（Kワイヤ）チタンキルシュナー·ワイヤを配置関係する。手術部位が14-19を閉じる前に、黄色ブドウ球菌 （生物発光株Xen29またはXen36）の接種は、その後。膝関節におけるインプラントの表面上にピペットで移したインビボ光学イメージングは、生物発光シグナルを検出および定量化するために使用されたNUに対応した感染した関節と骨組織14〜19中の細菌のmber。また、蛍光好中球20を有しLysEGFPマウスのin vivo蛍光イメージング、Kワイヤイ ​​ンプラント14,19を含む感染した膝関節に移住した好中球の数を定量した。最後に、高分解能X線イメージングとμCT画像を含む解剖学的撮像モダリティは、私たちが任意に2,6術後週16の間、典型的には終わるだろう慢性感染症の全期間にわたって影響を受けた骨のそれぞれの2次元および3次元解剖学的画像化を可能にし、18。このモデルを使用して、局所的および全身的抗菌療法、防御免疫応答および骨における病理学的解剖学的変化の有効性は、14〜18を評価することができる。本稿では、この整形外科人工関節感染モデルにおける光とμCTイメージングモダリティのための詳細なプロトコルはrepresentatiとして提供された骨の解剖学的文脈で生物学的プロセスを研究するためのシステムをVEの。これらは、μCT画像取得および分析した3D光学画像の同時登録を、マウスにおける整形外科人工関節感染をモデル化するための外科的処置を含む2Dおよび3D インビボ光学イメージング手順（細菌性生物発光シグナルおよび蛍光好中球の信号を検出するため） μCT画像。

<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

マルチモダリティイメージングは​​、両方の前臨床および臨床研究で使用される一般的な技術的アプローチとして浮上している。 インビボ光学およびμCTイメージングにおいて組み合わせる高度な技術は、解剖学的文脈における生命現象の可視化を可能にする。これらの画像診断法は、骨に影響を与える条件を研究するのに特に有用である可能性がある。具体的には、整形外科用インプラントの感染症は、臨床整形外科手術における重要な問題である。これらの感染症は、細菌のバイオフィルムは、外国外科的に移植材料に形成するので、持続的な炎症、骨髄炎、最終的には、インプラントの緩みや故障をもたらすインプラントを、周囲の骨の最終的な骨溶解を引き起こす、治療が困難である。ここで、感染した整形外科用補綴インプラントのマウスモデルは、このような方法で、大腿骨の髄内管内にキルシュナー·ワイヤ用インプラントの外科的配置を関連するその使用したインプラントeの端膝関節にXtendedでは。このモデルでは、LysEGFPマウス、EGFP蛍光好中球を有するマウス株は、自然光を発する生物発光の黄色ブドウ球菌株と組み合わせて使用した。細菌は、前に手術部位を閉鎖したマウスの膝関節に接種した。 インビボ生物発光及び蛍光撮像は、それぞれ、細菌負荷及び好中球の炎症性応答を定量した。生物発光および蛍光の光信号の3D位置は解剖学的μCT画像と共に同時登録することができるように、また、μCTイメージングは​​同じマウスで行った。経時的な骨の変化を定量化するために、遠位大腿骨の外側の骨体積は、半自動化された輪郭ベースのセグメンテーションプロセスを使用して、特定の時点で測定した。 μCTイメージングを用いたインビボ生物発光/蛍光イメージングの組み合わせをf特に有用である、一緒になってまたは感染、炎症反応と時間をかけて骨に解剖学的変化を非侵襲的に監視する。

生体内生物発光および蛍光イメージングでは、 本研究では、プロトコルは関節内に大腿骨に髄内管から延びチタンKワイヤイ ​​ンプラントの外科的配置を伴うマウス14-19整形外科人工関節感染症のこの以前に発表されたモデルで、に記載されているスペース14-19。S.黄色ブドウ球菌生物発光株Xen29（2μlのPBS中の1×10 3 CFU）を前に、手術部位16を閉じることに膝関節内のエンドチタンインプラントの上に直接ピペッティングした。視覚化し、麻酔しLysEGFPマウスにおいて非侵襲的に細菌負荷及び好中球流入を定量化するために、in vivoでの動物全体の光学イメージングは、画像を順次実施したIVISスペクトラム光学動物全体インを使用して浸潤好中球からの細菌から生物発光信号やEGFP蛍光シグナル生体内3術後日数（ すなわち、2日目、14および28）上の画像システム。 Xen29感染マウスの生物発光シグナルは、実験（ 図1A、C）16の間、偽感染マウスのバックグラウンドシグナルを超えたまま。 私たちの以前の研究は、生体内生物発光信号が密接インプラント17,18ジョイント/骨組織と接着性から分離されたex vivoでのCFUの数を近似していることを実証した。また、EGFP蛍光シグナルは、初期の時点で偽感染マウスよりも高かったが、感染の経過（ 図2B、C）16の間にバックグラウンドレベルに近づいた。 3DμCT画像とin vivoでの光信号の同時登録私は、手術後の膝関節の解剖学的コンテキストにおいて光信号（ すなわち、細菌の生物発光およびEGFP蛍光信号）を可視化するnは、3D、IVISスペクトルイメージングシステムを用いて生成された光学像は、同時登録された量子FXμCTイメージングシステムを用いて生成されたμCT画像であった。マウス撮像チャンバは、マウスが正確に同じ向きであったことを確実にするためにいずれかのマシンに挿入することができるため、この共登録は達成することができる。画像取得は、動物の身体的再配置を必要とせずに1機器に両方のモダリティを統合IVISスペクトラム-CT のin vivoイメージングシステムを用いて行われ、この正確さを確認するために、結果を比較した。 3DでμCT画像上に光学データをマップするために、拡散光トモグラフィ再構成アルゴリズム16を利用した 。結果として得られる3D再構成は（ ムービー1）が示されている。 また、μCTイメージングは​​中に発生した骨の質や寸法の必然的な変化の可視化および定量化を可能にした感染（ 図2）16。既報の通り、遠位大腿骨の外側の骨量は、実質的に時間をかけた（ 図2A）16 を増加させた。これらの変化を定量化するために、3Dボリュメトリック画像解析は、大腿骨のボニー面の先端25％で行った経時骨量の変化は、初期の骨量に対して正規化した。外側の骨量は、実質的に偽感染マウス（ 図2B）16と比較して、感染したマウスでは増加した。遠位大腿骨外側骨量の増加は、μCTイメージングと組織学的解析16を用いて観察した関節組織および骨の感染によって引き起こされる骨の損傷、と思われた。 <img alt="図1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" width="500" /> 生体内で図1の2D </strオング&gt; 生物発光と蛍光シグナル。S. 黄色ブドウ Xen29または細菌なし（非感染）は、Kワイヤの配置およびLysEGFPマウスをIVISスペクトルイメージングシステム16を使用して画像化した後膝関節に接種した。（A）平均インビボでの生物発光シグナルを全フラックス（光子/秒）によって測定される±SEM。（B）の平均in vivoでの EGFP蛍光シグナルを全放射効率（光子/秒）によって測定されるように黒白写真の上に重ねて、生体内生物発光と蛍光シグナルにおける SEM（C）代表±/（μW/ cm 2）をマウスのイメージ。 インビボでの生物発光イメージングに用いて細菌負荷の検出限界は1×10 2〜1×10 3 CFUの間である。 * P &lt;0.05、†のP &lt;0.01、‡P &lt;偽感染マウス対0.001 Xen29感染マウス（スチューデントのt検定[両側]）。どうぞこれはXen29を使用して生成し、IVISルミナXRイメージングシステム16で画像化以前に公表されたデータが含まれている代表的な図であることに注意。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" width="500" /> 図2 3DμCTイメージング。 黄色ブドウ球菌 Xen29または細菌なし（非感染）Kワイヤ配置とマウスを量子FX のin vivoμCTシステムを使用して画像化した後に膝関節に接種した。Xen29の（A）代表3DμCTレンダリング感染したマウス（上のパネル）および偽感染マウス（下のパネル）。初期TIに正規化され、外側の骨体積変化（大腿骨の遠位25％）の（B）の割合私のポイント（平均±SEM）。 * P &lt;0.05、†のP &lt;0.01、‡P &lt;偽感染マウス対0.001 Xen29感染マウス（スチューデントのt検定[両側]）。これは生物発光菌株Sを使用して生成され、以前に公開されたデータが含まれる代表的な図であることに注意してください量子FX のin vivoμCTイメージングシステム16で画像化球菌 Xen29とは<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" target="_blank">、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/Movie_1.mpg" target="_blank">ムービー1</a> 。μCT画像と組み合わせたXen29の生物発光信号およびEGFP-好中球の蛍光シグナルの代表的な3D解剖共同登録。画像は、縦軸に回転させる。

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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

黄色ブドウ球菌の生物発光操作された株を用いて、整形外科用インプラント感染のマウスモデルにおいて、光学およびμCTイメージングを組み合わせて、非侵襲的にかつ長手方向における細菌感染の動態、ならびに対応する炎症反応および解剖学的変化をモニターする能力を提供骨。

合わせた<em&gt;インビボ</em&gt;光とμCTイメージングマウスにおける整形外科インプラント感染で感染症、炎症、および骨解剖学を監視する

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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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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