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

Эта работа была поддержана Хирургическое Resident исследовательской программы Ученые H &amp; H Lee (до января), АО Фонд Start-Up грант S-12-03M (в LSM) и Национальные институты здравоохранения гранта R01-AI078910 (к 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, КПФ выплачиваются сотрудникам PerkinElmer, которая производит самые изображений инструментов, при условии, что Xen29 биолюминесцентного С. штамм стафилококка, и оплатил расходы по публикации этой видео-статье. Остальные авторы не имеют ничего раскрывать.

Комплексное изображений, такие как методы визуализации, которые используют в естественных оптических изображений в сочетании с изображениями μCT предоставляет новый технологический подход, который позволяет 3D-визуализацию, количественной и продольный мониторинг биологических процессов в анатомической связи 1-4. Протоколы в настоящем исследовании представить подробную информацию о том, как в естественных условиях биолюминесцентное и люминесцентные изображения могут быть объединены с изображениями μCT в ортопедическим протезирования имплантата модели инфекции у мышей контролировать бактериальную нагрузку, нейтрофильный воспаление и анатомических изменений в кости неинвазивным и продольно над Время. Взятые вместе, информация, полученная путем объединения оптических и структурных построений представляет собой крупный технологический прорыв, который может быть особенно хорошо подходит для изучения биологических процессов и патологических состояний, которые влияют на опорно-двигательный аппарат. Один интересчисле вывод, что следует отметить, это то, что мы наблюдали, что EGFP-нейтрофилов флуоресцентные сигналы снизилась до фонового уровня на 14-21 дней и остался на фоновых уровней в течение всего срока эксперимента, несмотря на присутствие биолюминесцентных бактерий. Маловероятно, что рентгеновское облучение повлияло выживание нейтрофилов, как мы наблюдали подобные кинетики нейтрофилов сигналов в не-облученных мышей 19. В нашей предыдущей работе участием модель S. стафилококк инфицированные раны, инфильтрации нейтрофилов включал сочетание надежной найма нейтрофилов из циркуляции, длительное выживание нейтрофилов в очаге инфекции и хоминге KIT + клеток-предшественников к абсцесса, где они локально привести к зрелых нейтрофилов 23. Вполне вероятно, что аналогичные процессы способствовали инфильтрации нейтрофилов в ортопедической имплантата С. стафилококк инфекция модель. Несмотря на то, что неизвестно, почему сигналы нейтрофилов снизилось в Orthopaedic модель инфекция, это может быть, что иммунный ответ изменились с течением времени, как эта инфекция прогрессировала от острого к хронической инфекции, и это является предметом будущих исследований. Есть ограничения с этим мыши модели ортопедических протезов совместной инфекции и в естественных условиях комплексном изображений, которые необходимо отметить. Впервые эта модель мыши упрощение реальных процедур и материалов, используемых в ортопедической хирургии в людях 24. Тем не менее, эта модель делает резюмировать хронических инфекций, и последовавшего воспаление в костях и суставах ткани, которая рассматривается в человека ортопедических имплантатов инфекций 8,9. Кроме того, для получения изображения μCT, относительно низкие дозы рентгеновского облучения были использованы для минимизации негативного влияния на здоровье животных в ходе инфекции. Для лучшего разрешения кости, более высокие дозы рентгеновского излучения могут быть использованы для работы с изображениями μCT на эвтаназииnimals. Тем не менее, это устранило бы возможность неинвазивного мониторинга и продольно костные изменения в течение всего срока эксперимента. В заключение, мультимодальность изображений предполагающей сочетание целого животного оптических изображений в естественных условиях с анатомической визуализации μCT позволило более полную информацию о инфекции и воспалительного ответа. Кроме того, эти методы позволили оценку последствий инфекции и воспаления на костях и суставах ткани. Будущая работа может воспользоваться изображений комплексном чтобы оценить эффективность антимикробной терапии, иммунных реакций, патогенезе болезни и реактивных изменений в кости, как мы начали изучать 14-18. Кроме того, изображения мультимодальность могли оценить зондов и индикаторов, чтобы диагностировать наличие инфекции, как описано ранее в животных моделях бедра инфекция, эндокардит, легочная заразитьионы и биоматериала инфекции 25-28. Наконец, использование изображений комплексном может быть расширена за инфекционными заболеваниями и используется в различных дисциплинах, в том числе ортопедии, ревматологии и онкологии, для расследования других условий, оказывающих воздействие на опорно-двигательный аппарат, таких как скелетные рака, метастазов, переломов и артрита 5-7 .

Комплексное методы доклинической визуализации, которые включают сочетание оптической и анатомической информации позволяют визуализацию и мониторинг биологических явлений в 3D 1-4. Поскольку изображения μCT позволяет изысканный визуализацию костей анатомии, используя визуализацию μCT в соединении с оптических изображений представляет собой уникальное сочетание, которые могут быть особенно полезны для изучения процессов, которые связаны с костной биологию 5-7. В качестве примера можно использовать эти методы для изучения ортопедические имплантаты инфекций, которые представляют ужасное осложнение ортопедических хирургических процедур 8,9. Бактерии биопленки образуют на имплантированных посторонних предметов, которые способствуют выживанию бактерий, выступая в качестве физического барьера, который предотвращает иммунные клетки от зондирования инфекция и блоки антибиотики доступ бактерии 10,11. Хронический и постоянный инфекция совместное ткани (септический артрит) апд кости (остеомиелит) индуцирует резорбцию кости, что приводит к расшатыванию протеза и последующего 8,9 отказа. Это приводит остеолита околопротезной связано с повышенной заболеваемости и смертности 12,13. В нашей предыдущей работы, биолюминесцентное в естественных условиях и люминесцентные визуализации используют вместе с рентгеновской и микро-компьютерной томографии томографии (μCT) в ортопедической протеза модели совместной инфекции у мышей 14-19. Эта модель участвует размещения титана Kirschner-провод (К-проволоки) таким образом, что обрезанный конец имплантата расширенной в коленном суставе от бедренных костей мышей 14-19. Посевной материал золотистого стафилококка штамм (биолюминесцентного Xen29 или Xen36) затем пипеткой на поверхность имплантата в коленном суставе до того, как хирургический участок был закрыт 14-19. В естественных оптических изображений был использован для обнаружения и определения биолюминесцентного сигнала, которые соответствует нюMBER бактерий в зараженном совместной и костной ткани 14-19. Кроме того, в естественных условиях флуоресцентного изображения из LysEGFP мышей, которые обладают флуоресцентными нейтрофилы 20, был использован для количественного определения количества нейтрофилов, что эмигрировали в зараженных коленных суставов, содержащих К-проволочные имплантаты 14,19. Наконец, анатомические диагностические методы, в том числе высокого разрешения рентгеновских изображений и изображений μCT, разрешается соответствующее 2D и 3D анатомическую визуализацию пораженной кости по всей продолжительности хронической инфекции, которые мы бы произвольно конца обычно от 2 до 6 послеоперационных недель 16 , 18. Используя эту модель, эффективность местного и системного антимикробной терапии, защитных иммунных реакций и патологических анатомических изменений в кости могут быть оценены 14-18. В этой рукописи, подробные протоколы для оптических и μCT методов визуализации в этой ортопедической протеза модели совместной инфекции были предоставлены как representatiве системы для изучения биологических процессов в анатомической контексте кости. К ним относятся хирургические процедуры для моделирования ортопедический протез совместное инфекции у мышей, 2D и 3D в естественных процедур оптических изображений (для выявления бактериальных сигналов биолюминесцентные и флуоресцентные сигналы нейтрофилов), μCT приобретение визуализации и анализа и со-регистрация 3D оптических изображений с μCT изображения.

<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

Томография Комплексное стала общей технологической подхода, используемого как в доклинических и клинических исследований. Передовые технологии, которые сочетают в естественных условиях оптической и μCT визуализации позволяют визуализировать биологические явления в анатомической контексте. Эти диагностические методы могут быть особенно полезны для изучения условий, оказывающих воздействие кость. В частности, ортопедические инфекции имплантатов являются важной проблемой в клинической ортопедической хирургии. Эти инфекции трудно поддаются лечению, потому что бактериальные биопленки образуются на иностранных имплантируется материалов, что приводит к постоянной воспаления, остеомиелита и возможного остеолиз кости, окружающей имплантат, которого в конечном итоге имплантата рыхления и неудачи. Здесь мышиную модель инфицированного ортопедического протеза имплантата, который был использован участвует хирургического размещение в Kirschner-проводной имплантата в интрамедуллярной канала в бедренной кости таким образом, что конец имплантата еXtended в коленный сустав. В этой модели мышей, LysEGFP, штамм мыши, который имеет EGFP-люминесцентные нейтрофилы, были использованы в сочетании с биолюминесцентного штамма золотистого стафилококка, что, естественно, излучает свет. Бактерии инокулировали в коленных суставах мышей до закрытия места операции. В естественных условиях биолюминесцентного и флуоресцентные изображения был использован для количественной оценки бактериальной нагрузки и воспалительную реакцию нейтрофилов, соответственно. Кроме того, изображения μCT проводили на той же мышей, так что расположение 3D биолюминесцентного и флуоресцентных оптических сигналов могут совместно зарегистрирован анатомических изображений μCT. Для количественной оценки изменений в кости с течением времени, внешний том яблоком дистальных бедренных костей были измерены в определенных временных точках с помощью полуавтоматического контура основе процесс сегментации. Взятые вместе, сочетание в естественных условиях биолюминесцентного / флуоресцентных изображений с изображениями μCT может быть особенно полезно еили неинвазивный мониторинг инфекции, воспалительные реакции и анатомических изменений в костной ткани с течением времени.

В естественных условиях Bioluminescent и флуоресцентных изображений В настоящем исследовании, протокол описывается для этого ранее опубликованной модели ортопедическим протезирования совместной инфекции у мышей 14-19, который предполагает хирургическое размещение титанового K-проволоки имплантата, который простирается от интрамедуллярного канала в бедренной кости в суставе пространство 14-19. С. стафилококк биолюминесцентного штамм Xen29 (1 х 10 3 КОЕ в 2 мкл PBS) пипеткой непосредственно на верхней части имплантата титана конец в коленном суставе до закрытия места операции 16. Для визуализации и количественной оценки бактериальной бремени и притока нейтрофилов неинвазивным под наркозом мышей LysEGFP, все животное оптических изображений в естественных условиях была выполнена для последовательного изображения биолюминесцентный сигналы от бактерий и EGFP флуоресцентные сигналы от проникающих нейтрофилов с использованием ИВИС спектра оптического целое животное в естественныхСистема формирования изображения на трех дней после операции (т.е. дней 2, 14 и 28). Биолюминесцентного сигналы Xen29-инфицированных мышей оставались выше фоновых сигналов ложной инфицированных мышей в течение всего срока эксперимента (рисунок 1А, С) 16. Наша предыдущая работа показала, что в естественных условиях биолюминесцентные сигналы Близкого количество экс естественных КОЕ выделенные из совместного / костной ткани и приверженца для имплантатов 17,18. Кроме того, EGFP флуоресцентные сигналы были выше, чем фиктивные-инфицированных мышей на ранних временных точках, но подошел фоновых уровней в ходе инфекции (фиг.2В, С) 16. 3D со-регистрация в естественных условиях оптических сигналов с μCT изображений Для визуализации оптических сигналов (т.е., бактериальная биолюминесцентные и EGFP флуоресцентные сигналы) в анатомическом контексте пост-хирургических коленных суставах ян 3D, оптические изображения, создаваемые при помощи системы визуализации IVIS Spectrum были совместно зарегистрированы μCT изображений, полученных с помощью системы визуализации Квантовая FX μCT. Этот со-регистрации может быть достигнуто, поскольку изображения камеры мыши может быть вставлена ​​в любой машине, чтобы гарантировать, что мыши были в том же самом положении. Чтобы проверить эту точность, результаты были сопоставлены с захвата изображений выполняется с помощью Спектр-КТ в естественных условиях системы визуализации ИВИС, которая объединяет оба условия в одном инструменте, не требуя физического переселения животного. Чтобы сопоставить оптические данные на изображениях μCT в 3D, мы использовали диффузный оптической томографии алгоритмом восстановления 16. Полученный 3D-реконструкция показано (Видео 1). Кроме того, изображения μCT позволило визуализации и количественной оценки соответствующих изменений в качества и размеров кости, которая произошла во времяинфекция (Рисунок 2) 16. Как сообщалось ранее, внешний том кость дистального отдела бедренной кости значительно увеличилось в течение долгого времени (Рисунок 2A) 16. Для количественной оценки этих изменений, 3D объемный анализ изображений проводили на дистальной 25% от опознавательной поверхности бедра и изменения объема костной течением времени были нормализованы до первоначального объема костной ткани. Внешний объем кости значительно увеличилось в зараженных мышей по сравнению с имитацией инфицированных мышей (Рисунок 2B) 16. Увеличение в дистальной бедренной кости наружный объем костной ткани, вероятно, вследствие повреждения кости, вызванного инфекцией совместного ткани и кости, которые наблюдались с помощью μCT изображений и гистологический анализ обработанных 16. <img alt="Рисунок 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" width="500" /> Рис.1 2D в естественных условиях </strОнг&gt; биолюминесцентное и флуоресцентные сигналы. С. стафилококк Xen29 или нет бактерий (неинфицированных) были привиты в коленный сустав после размещения K-провод и мышей LysEGFP были обследованы с использованием системы 16 изображений IVIS Spectrum. (А) Среднее в естественных условиях биолюминесцентные сигналы как измеряется полного потока (фотонов / сек) ± SEM. (B) Среднее в естественных условиях EGFP флуоресцентные сигналы как измеряется общей сияющей эффективности (фотон / сек) / (мкВт / см 2) ± SEM. (C) представителя в естественных условиях Bioluminescent и флуоресцентных сигналов накладывается на черно-белой фотографической Образ мышей. Предел обнаружения бактериальной нагрузки с использованием биолюминесцентного изображений в естественных условиях находится в диапазоне от 1 х 10 2 и 1 х 10 3 КОЕ. * Р &lt;0,05, † р &lt;0,01, ‡ р &lt;0,001 Xen29-инфицированных мышей против ложной инфицированных мышей (Т-тест Стьюдента [два хвостами]). Пожалуйста,обратите внимание, это представитель цифра включает ранее опубликованные данные, полученные с помощью Xen29 и вошедшие с системой 16 изображений IVIS Lumina XR. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig1highres.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> <img alt="Рисунок 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" width="500" /> Рисунок 2 3D μCT изображений. Золотистого стафилококка Xen29 или нет бактерий (неинфицированных) инокулировали в коленный сустав после размещения K-проволоки и мышей были обследованы с помощью Quantum FX в естественных условиях системы μCT. (A) Представитель 3D μCT переложения Xen29 -infected мышей (верхние панели) и обман-инфицированных мышей (нижние панели). (B) Процент внешней изменения объема кости (дистальной 25% бедренных костей) нормирована на начальную тимне указать (среднее ± SEM). * Р &lt;0,05, † р &lt;0,01, ‡ р &lt;0,001 Xen29-инфицированных мышей против ложной инфицированных мышей (Т-тест Стьюдента [два хвостами]). Обратите внимание, это представитель цифра включает ранее опубликованные данные, полученные с помощью биолюминесцентного штамм S. стафилококк Xen29 и отображаемого с FX в естественных условиях μCT системы 16 изображений квантовой. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/51612fig2highres.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51612/Movie_1.mpg" target="_blank">Фильм 1</a> . Представитель 3D анатомические корегистрацию из биолюминесцентных сигналов Xen29 и EGFP-нейтрофилов флуоресцентных сигналов в сочетании с изображениями μCT. Изображения повернуты на вертикальной оси.

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

Комбинированный оптический и μCT изображений в мышиной модели ортопедической инфекции имплантата, используя биолюминесцентное инженерии штамм золотистого стафилококка, при условии, возможность неинвазивного и продольно контролировать динамику бактериальной инфекции, а также соответствующий воспалительную реакцию и анатомические изменения в кости.

Комбинированные<em&gt; В естественных условиях</em&gt; Оптические и μCT изображений на монитор инфекции, воспаления, и кости Анатомия в инфекции Ортопедическая Implant у мышей

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

Многофотонная изображений опухолевой инвазии сотовый в Ортотопическая Модель мыши устного плоскоклеточный рак

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

Мульти-модальных изображений ангиогенеза в обнаженной модели крысы из груди метастазы рака костей с помощью магнитного резонанса, компьютерной томографии Объемные и ультразвуковые

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

Бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) для исследований; Получение достаточном количестве отобранных образцов Выход

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

Экспериментальные человека перевозке пневмококковой

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

Сонной артерии Настои для Фармакокинетические и фармакодинамические анализ Таксаны в мышах

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

Внутриматочная телеметрии измерить мышь сократительной давления<em&gt; В 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

Лечение с ванкомицин загружен сульфат кальция и аутогенных кости в модели улучшения кролик кость инфекции

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

Быстрое в естественных условиях оценки адъювант в цитотоксических T лимфоциты поколение возможностей для разработки вакцин

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

Поколение закрытых переломов бедренной мышей: модель для изучения кости Исцеление

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

Высокопроходимый анализ оптических картографических данных с помощью ElectroMap

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