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Bioengineering

नैदानिक ​​और चिकित्सीय निगरानी के लिए Nanomaterials के पंजीकृत Bioimaging

Published: December 9, 2010 doi: 10.3791/2459
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 2, 2
1Department of Radiology, University of Nebraska Medical Center, 2Department of Pharmacology and Experimental Neuroscience, University of Nebraska Medical Center

Summary

Bioimaging नैनोकणों के सेल biodistribution आकलन तरीकों का इस्तेमाल किया nanoformulated यौगिकों के चिकित्सीय और नैदानिक ​​निगरानी के लिए लागू होते हैं. इस के साथ साथ वर्णित विधियों संवेदनशील और विशिष्ट जब histological coregistration द्वारा मूल्यांकन कर रहे हैं. तरीके कृंतक से मानव अनुप्रयोगों के लिए translational मार्ग प्रदान करते हैं.

Abstract

Nanomedications reticuloendothelial प्रणाली (RES, तिल्ली, जिगर, लिम्फ नोड्स) में रक्त वहन monocyte मैक्रोफेज द्वारा किया जा सकता है और अंगों अंत. बाद फेफड़ों, RES, और मस्तिष्क में शामिल हैं और मानव इम्यूनो वायरस एक प्रकार का संक्रमण (एचआईवी -1) के दौरान ऑपरेटिव हैं. ऊतकों में बृहतभक्षककोशिका प्रविष्टि सक्रिय प्रतिकृति एचआईवी -1 और सूजन की साइटों के क्षेत्रों में उल्लेखनीय है. आदेश में nanocarriers, superparamagnetic लोहे के ऑक्साइड और / या दवा लदी surfactants के साथ लेपित कणों के रूप में मैक्रोफेज की क्षमता का आकलन करने के लिए parenterally एचआईवी-1 encephalitic चूहों में इंजेक्ट किया गया. यह करने के लिए मात्रात्मक कण और दवा biodistribution का आकलन किया गया था. चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के परीक्षण के परिणाम histological coregistration और बढ़ाया छवि प्रसंस्करण द्वारा मान्य किया गया. अंत अंग रोग के रूप में बदल मस्तिष्क ऊतक विज्ञान द्वारा typified एमआरआई द्वारा मूल्यांकन किया गया. फोकल इन्सेफेलाइटिस के क्षेत्रों में nanoformulations की मजबूत प्रवास के प्रदर्शन के "अवधारणा का सबूत" उन्नत bioimaging तकनीकों का उपयोग करने के लिए बृहतभक्षककोशिका प्रवास पर नजर रखने के लिए प्रदान करता है. महत्वपूर्ण बात है, मस्तिष्क में histopathological aberrations संभव रोग में सेल वितरण के अध्ययन में एमआरआई के सामान्य उपयोगिता बनाने मापदंडों bioimaging के साथ सहसंबंधी. हम मंज़ूर है कि इस तरह के तरीकों का उपयोग कर के रोग बोझ और मनुष्य के लिए translational क्षमता के साथ चिकित्सीय प्रभावकारिता की एक वास्तविक समय सूचकांक प्रदान कर सकते हैं.

Protocol

1. परिचय

सक्रिय रोग और चल रहे माइक्रोबियल संक्रमण के सेलुलर और ऊतक साइटों के लिए दवाओं और चिकित्सकीय अणुओं (पेप्टाइड्स, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड) के चुनिंदा डिलीवरी 1-3 बीमारी के दौरान दवा प्रतिक्रियाओं में सुधार होगा . एक विशेष सेलुलर साइट बृहतभक्षककोशिका है कि दोनों अत्यधिक मोबाइल और प्रतिरक्षा आकर्षक है और मानव इम्यूनो वायरस (एचआईवी) के लिए एक सुसंगत प्रमुख लक्ष्य है, चार महत्वपूर्ण बात है, बृहतभक्षककोशिका लगे सूजन भी विकारों कि अपक्षयी, सूजन, संक्रामक शामिल की एक व्यापक रेंज underlies. और कैंसर रोगों, और सेल ऊतक 5-9 चोटों के रोग साइटों underlies प्रगति करने के लिए गतिशीलता. महत्वपूर्ण बात है, दवा, macromolecule, और संकेत वाहक के रूप में रक्त वहन मैक्रोफेज का उपयोग अपनी translational क्षमता के लिए हाल ही में ध्यान प्राप्त किया है. हालांकि, चिकित्सीय क्षमता को साकार करने में एक महत्वपूर्ण बाधा अन्य ऊतक बाधाओं है कि बड़े अणुओं और प्रोटीन की एक स्पेक्ट्रम के लिए अभेद्य हैं के बीच रक्त मस्तिष्क बाधा (BBB) ​​है. इन बाधाओं, फिर भी, सेल बीतने अनुमति नहीं देते. सब साथ में यह अनुमान है कि रोग परिधीय मैक्रोफेज है कि बाईपास बाधाओं को तैयार दवाओं, मार्कर, और पेप्टाइड्स संक्रमण या सूजन की साइटों के लिए ले जा सकता है की प्राकृतिक पाठ्यक्रम में. बहरहाल, इस तरह की तकनीकों के विकास में ही रहते हैं. यह हमारे काम के माध्यम से है कि सेल की मध्यस्थता वितरण नैदानिक ​​और चिकित्सीय अनुप्रयोगों और जैसे अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया जा सकता है और मानव रोग 10-12 की प्रयोगशाला और पशु मॉडल के द्वारा समर्थित हैं.

2. Nanomaterial तैयारी

दवा वितरण और biodistribution अध्ययन के लिए nanomaterials की तैयारी इस मामले में एक समानांतर पांडुलिपि (संदर्भ समानांतर पांडुलिपि) का विषय है. क्रिस्टलीय nanoparticle निर्माण के लिए सभी प्रक्रियाओं एक लामिना का प्रवाह हुड में किया जाता है. सभी सतहों से पहले कीटाणुरहित कर रहे हैं 70% शराब के साथ उपयोग करने के लिए. इस काम की सतह, दस्ताने के बाहरी और किसी भी फैल भी शामिल है. सभी को दोहराने के 70% शराब के समाधान के साथ तुरंत पोंछे के साथ कवर कर रहे हैं. दस्ताने का उपयोग करने के बाद खारिज कर रहे हैं और कर रहे हैं पहना है जब किसी अन्य प्रयोगशाला क्षेत्र में प्रवेश नहीं है. Excipient, दवा, / दवा लदी कणों के निर्माण के लिए किसी भी / सभी अभिकर्मकों को रोकने के साथ बाँझ पानी केवल काम के क्षेत्रों में लाया जाता है जब प्रक्रियाओं के लिए की जरूरत है. बाँझ लिपटे pipettes केवल उपयोग किया जाता है और एक biohazard अपशिष्ट कंटेनर में उपयोग के बाद खारिज कर दिया. गीला करने के लिए तैयार तंत्र से पहले और उपयोग के बाद शराब के साथ कीटाणुरहित है. कार्य क्षेत्र तुरंत पहले और बाद में 70% शराब के साथ साफ किया जाता है. Nanoparticle समाधान pyrogen के लिए एफडीए दिशा निर्देशों के अनुसार परीक्षण के लिए दवा कण जानवरों के लिए इस्तेमाल किया समाधान में बैक्टीरियल endotoxin के अभाव का आकलन. संक्षेप में,

  1. इन विवो उपयोग के लिए उम्मीदवार nanoformulations एक समान आकार के कण या उपयुक्त surfactant के साथ कोटिंग के पहले superparamagnetic लोहे के आक्साइड (SPIO) के milled टुकड़ा के साथ दवा कोर या छोटी बूंद की जगह द्वारा दोहराया जाता है.
  2. यह आकार, प्रभारी, आकार, और निर्धारित करें कि क्या SPIO मॉडल प्रणाली उम्मीदवार nanoformulated दवा के रूप में एक ही गुण है cytotoxicity के उपायों द्वारा पीछा किया जाता है.
  3. अंत में, सेल लोड हो रहा है assays ऊष्मायन द्वारा उम्मीदवार SPIO मॉडल nanoformultation के साथ प्रदर्शन कर रहे हैं क्रम में लेबल अगर जेल में निलंबित कोशिकाओं से बना phantoms का उपयोग कोशिकाओं के भीतर relaxivity निर्धारित है. Phantoms तीन प्रतियों में तैयार कर रहे हैं और सांद्रता के एक श्रृंखला पर तैयार क्रम में SPIO कोशिकाओं में तेज के कारण relaxivity यों. इस संवेदनशीलता के एक सूचकांक प्रदान करता है और निर्धारित करता है चाहे nanoformulations राज्य ऑक्सीकरण को प्रभावित है, और हो सकता है इसलिए चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) स्कैन में SPIO की दृश्यता.

3. तरीकों और प्रक्रियाओं: पशु तैयारी

  1. / इंजेक्शन कैथेटर्स. ब्याज के समय पर निर्भर करता है, इंजेक्शन एक कैथेटर का उपयोग करने के लिए एमआरआई के भीतर पशु इंजेक्षन की आवश्यकता हो सकती है. कैथेटर एक गैर चुंबकीय सुई और न्यूनतम व्यास के साथ एक टयूबिंग विस्तार का उपयोग इंजेक्शन लाइन में मृत अंतरिक्ष को कम करने के लिए तैयार हैं. कैथेटर या तो इंजेक्शन या मृत अंतरिक्ष और इंजेक्शन के कुल स्वीकार्य मात्रा पर निर्भर करता है खारा हो, nanomaterial युक्त समाधान के साथ प्रीफिल्ड होना चाहिए. यदि संभव हो तो, इंजेक्शन एक शारीरिक खारा फ्लश के साथ पीछा किया जा सकता है. यदि तीव्र बार अत्यधिक महत्व की नहीं हैं, एक पूर्व स्कैन, प्रदर्शन किया जा सकता है और एक पूर्व निर्धारित समय पर इंजेक्शन चुंबक के बाहर किया जा सकता है पहले biodistribution उपायों के लिए स्कैन का पालन करें. कैथेटर आमतौर पर चतुर्थ इंजेक्शन के लिए पूंछ नस में डाला जाता है.
  2. संज्ञाहरण और निगरानी. पहले स्कैनिंग के लिए, पशु एक कक्ष में रखा गया है संज्ञाहरण प्रेरित. इस चैम्बर 1.5% isoflurane के साथ 70% में प्रीफिल्ड है nitrous ऑक्साइड और क्रम में जानवर में संज्ञाहरण की शुरुआत की गति और करने के लिए सुनिश्चित करें कि पशु कक्ष से हटाने पर नहीं जाग जाएगी करने के लिए आवश्यक समय की मात्रा कम से कम 30% ऑक्सीजन. एक बार पूरी तरह anesthetized जानवर, पशु कक्ष से निकाल दिया जाता है और सांस और जानवर की दर तापमान की निगरानी करते हुए सेट अप के दौरान isoflurane आपूर्ति जारी रखने और स्कैनिंग के लिए सुसज्जित stereotactic धारक में रखा है.
  3. पशु धारकों और समायोजन बातें: सेट अप आँख को corneal अल्सर के खिलाफ की रक्षा स्नेहक शामिल है. पशु हल्के धुंध के साथ लिपटे है और धुंध जगह में टेप है स्कैनिंग के दौरान गर्मी नुकसान को कम करने और साँस लेने मॉनिटर के खिलाफ एक सकारात्मक दबाव प्रदान. पशु धारकों समायोज्य दांत सलाखों के साथ सुसज्जित कर रहे हैं, सिर के ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज संरेखण के लिए अनुमति देता है. यह विशेष रूप से उच्च क्षेत्र एमआरआई के लिए महत्वपूर्ण है, के रूप में दुम - व्याख्यान चबूतरे वाला दिशा में सिर के angulation चुंबकीय क्षेत्र चुंबकीय संवेदनशीलता के कारण inhomogeneity साथ अतिरिक्त कठिनाइयों का कारण होगा. चुंबकीय क्षेत्र inhomogeneity उच्च गुणवत्ता टी 2 के लिए हानिकारक है * के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एच 1 चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (1 एच मिसेज) और चुंबकीय अनुनाद प्रसार tensor इमेजिंग (DTI) एमआरआई. दुम - व्याख्यान चबूतरे वाला दिशा में सिर कोण की उचित स्थिति के अलावा में, सिर के rotations डिग्री है कि संभव है बचा जाना चाहिए. चुंबक में पशु धारक के रोटेशन के लिए अनुमति दे मामूली rotations, जो जानवर से पशु हो सकता है के लिए मुआवजा प्रदान करेगा. यह आगे सिर और angulation पर ध्यान सावधान प्लेसमेंट एमआरआई प्रणाली में पशु डालने से पहले से कम किया जा सकता है.
  4. अंशांकन और Shimming: एक बार जानवर धारक में है और सतह का तार ठीक से सिर पर रखा जाता है, जानवर की प्रारंभिक स्थिति एक वास्तविक समय दुम - व्याख्यान चबूतरे वाला दिशा में एक आयामी readout द्वारा निर्धारित किया जाता है. सिग्नल सतह स्वागत के लिए इस्तेमाल किया कुंडल आसपास के क्षेत्र तक ही सीमित है, मनाया लहर रूपों की व्याख्या के लिए जरूरत सीमित है. एक बार प्रारंभिक स्थिति निर्धारित किया जाता है, localizer 3 विमान छवि स्कैनर में जानवर की सटीक स्थिति का निर्धारण और सटीक स्कैन (ओं) के हित के लिए आवश्यक स्थान के लिए आंदोलन के लिए अनुमति देने के लिए लिया जाता है. यह चुंबकीय क्षेत्र की एकरूपता के समायोजन या चुंबक "shimming" के द्वारा पीछा किया जाता है. यह क्षेत्र और एक ठीक से निर्धारित स्थानिक electromagnets की एक श्रृंखला या "परत coils के" क्षेत्र एकरूपता को समायोजित करने के लिए डिजाइन प्रणाली के भीतर मापा प्रतिक्रियाओं के आधार पर सुधार के वितरण की गणना मानचित्रण द्वारा किया जाता है. Shimming गूंज बहु - ढाल अनुक्रम और मानचित्रण सॉफ्टवेयर डा. Hetherington 13 के द्वारा विकसित का उपयोग कर निपुण है. एकरूपता के क्षेत्र प्रत्येक व्यक्ति इमेजिंग विधि द्वारा जांच क्षेत्र के लिए मिलान कर रहे हैं. एक बार shimming पूरा हो गया है, हम जानवर से ब्याज की स्कैन (ओं) को प्राप्त कर सकते हैं.

4. डाटा अधिग्रहण

  1. उच्च संकल्प 2 * टी भारित एमआरआई. SPIO युक्त नैनोकणों के biodistribution संकेत हानि के क्षेत्रों में उच्च संकल्प 3 डी टी 2 * भारित एमआरआई पता लगाने के द्वारा निर्धारित किया जा सकता है. localizer स्कैन से मस्तिष्क के क्षेत्र निर्धारित है और localizer स्कैन या अतिरिक्त स्कैन के रूप में की जरूरत पर निर्धारित है. 2 * 150 माइक्रोन isotropic संकल्प के साथ भारित एमआरआई स्कैन पर फिर से हासिल कर ली है. एक उच्च संकल्प 3 डी ढाल को याद माउस सिर के एमआरआई स्कैन गूंज गूंज समय = 5 ms, पुनरावृत्ति समय = 50 एमएस, 30% गूंज, फ्लिप कोण = 35 डिग्री औसत के अधिग्रहण के मानकों के साथ एक 25 मिमी पिंजरा मात्रा कुंडल = का उपयोग करने के लिए अधिग्रहण कर लिया है 2, को देखने के क्षेत्र = 20 x 20 x 128 के एक संकल्प के के साथ 20 मिमी x 128 x 128 (voxel आकार = 150 x 150 x 150 3 सुक्ष्ममापी), कुल अधिग्रहण के समय = 30 मिनट है.
  2. दिशा और ऊतकों की कोशिकाओं के भीतर पानी के प्रसार की भयावहता के प्रसार tensor (DTI) इमेजिंग: प्रसार tensor छवियों मात्रात्मक उपाय कर रहे हैं. एक परिणाम के रूप में, संकेत के चरण अत्यंत गति के लिए अतिसंवेदनशील है, के रूप में स्कैन सूक्ष्म पानी गति के लिए अवगत या "भारित" हैं. एक परिणाम के रूप में, एक शॉट के अधिग्रहण के संकेत smearing कारण से अधिग्रहण के बीच चरण पाली को रोकने के वांछित हैं, और श्वसन gating संकेत अधिग्रहण के दौरान सकल गति को रोकने के लिए आवश्यक है. इसलिए, एक सांस gated स्पिन गूंज प्रसार भारित गूंज planar इमेजिंग (महामारी) एमआर अनुक्रम कार्यरत है. फिर, स्कैन के क्षेत्र shimming बहुत महत्वपूर्ण है, के रूप में संकेत के विकास के दौरान बंद अनुनाद प्रभाव संकेत आवृत्ति के misregistration के कारण बनता है, और इसलिए स्थिति छवि के विमान में. महामारी अधिग्रहण मापदंडों 14 स्लाइस, 200 KHz बैंडविड्थ, 96 x 96 256 256 x विमान अधिग्रहण में शून्य भर, और एक 0.5 मिमी टुकड़ा मोटाई शामिल हैं. प्रसार इस्तेमाल किया एन्कोडिंग एक संतुलित, rotationally अपरिवर्तनीय और बारी polarity icosahedral (योजना निदेशक 12) माहौल 14,15. एन्कोडिंग योजना पृष्ठभूमि - प्रसार ढाल 16 couplings कम करने के लिए डिजाइन किया गया था. प्रसार ख कारक भार = 800 एस -2 मिमी, δ = 4 एमएस, Δ 15 = एमएस, Gdmax = 40 जी / सेमी, 200 μs वृद्धि समय, ख = 0 अधिग्रहण के लिए 7 औसत, प्रत्येक ख 800 = एन्कोडिंग के लिए 3 औसत दिशा, 20-40 मिनट के कुल अधिग्रहण समय के लिए श्वसन की दर पर निर्भर करता है.
  3. स्थानीयकृत 1 एच चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (1 एच मिसेज): 1 एच मिसेज मस्तिष्क समान इमेजिंग सत्र के दौरान अधिग्रहीत छवियों पर निर्धारित क्षेत्रों से प्राप्त किया जा सकता है . स्पेक्ट्रा को प्राप्त करने के लिए ब्याज के क्षेत्र लिख संरचनात्मक स्थानों छवियों पर पाया जाता है. एक बार क्षेत्र की पहचान है, shimming अधिग्रहण की मात्रा मिलान क्षेत्र पर किया जाता है, एक स्थानीयकृत पानी स्पेक्ट्रम का उपयोग की जाँच. फिर, पानी दमन दालों की शक्ति अनुकूलित कर रहे हैं, पानी आवृत्ति पर अनुनाद पानी संकेत सुनिश्चित मापा जाता है, और एक छोटा परीक्षण स्पेक्ट्रम के लिए गुणवत्ता नियंत्रण प्रदान करने के लिए अधिग्रहण कर लिया है. यदि स्पेक्ट्रा अपर्याप्त गुणवत्ता के हैं, रेडियोफ्रीक्वेंसी (आरएफ) शक्ति और शिम सेटिंग्स सहित प्रणाली सेटिंग्स, जाँच कर रहे हैं. अंत में, अगर गुणवत्ता अभी भी अपर्याप्त है है, एक दूसरे 3 विमान localizer करने के लिए सुनिश्चित करें कि जानवर प्रारंभिक स्कैन से नहीं ले जाया गया है चलाया जाता है. हमारे अनुभव में, यह और स्पेक्ट्रोस्कोपी अधिग्रहण के लिए reproducibility और सटीकता की एक बहुत ही उच्च स्तर प्रदान करता है. अंत में, स्पेक्ट्रा छोटे ब्लॉकों में अधिग्रहण के बीच प्रणाली आवृत्ति के रीसेट करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र के बहाव के प्रभाव को खत्म करने और और अंतिम स्कैन के reproducibility और गुणवत्ता सुनिश्चित करने के साथ प्राप्त कर रहे हैं. अधिग्रहण के अंत में, एक पूर्वनिर्धारित preamplifier लाभ पर एक एकल पल्स पानी स्पेक्ट्रम एक मात्रात्मक संकेत आयाम संदर्भ के रूप में प्रयोग किया जाता है.
  4. प्रोटोकॉल और Blockface इमेजिंग: प्रयोगों के समय की श्रृंखला में अंतिम एमआरआई स्कैनिंग सत्र के बाद, माउस perfused है, मस्तिष्क हटा दिया है और अक्टूबर के एक ब्लॉक, यौगिक है जो भारत स्याही की एक बूंद का उपयोग करने के लिए किया गया है अन्धेरा है में एम्बेडेड है. ब्लॉक cryostat में टुकड़ा करने की क्रिया और histological विश्लेषण के लिए रखा गया है. Blockface छवियों पर एक डिजिटल कैमरा (एक Canon अल्ट्रासोनिक 60mm f/2.8 मेक्रो USM लेंस EFS के साथ कैनन EOS डिजिटल विद्रोही 300D) के साथ एक कस्टम माउंट cryostat के सामने घुड़सवार और एक दूरदराज के स्विच द्वारा ट्रिगर का उपयोग करने के लिए अर्जित कर रहे हैं. डिजिटल छवियों को पूरे मस्तिष्क की मात्रा के माध्यम से हर 50 micrometers का अधिग्रहण कर रहे हैं. स्लाइसें मात्रा के भीतर histological प्रसंस्करण और धुंधला के बाद पंजीकरण की अनुमति के लिए गिने जा रहे हैं. व्यक्तिगत blockface स्लाइस ब्लॉक cryostat सिर की स्थिति में घबराना के लिए खाते में की रूपरेखा का उपयोग करने के लिए 3 डी की मात्रा के पुनर्निर्माण के लिए गठबंधन किया गया. मस्तिष्क की मात्रा तो स्वतः खंडों बीज का उपयोग आधारित सॉफ्टवेयर पैकेज का विश्लेषण (AnalyzeDirect, Lexena, के एस) में क्षेत्र बढ़ रहा है एल्गोरिथ्म है.

5. डेटा विश्लेषण

  1. SPIO पता लगाने एमआरआई का उपयोग: * 2 भारित एमआरआई टी में SPIO संकेत हानि का कारण बनता है, ऊतक में SPIO उपस्थिति के लिए और, जैसे, एमआरआई संकेत शून्य संवेदनशील है, लेकिन विशिष्ट नहीं मार्कर. संवेदनशीलता एमआरआई स्कैन और SPIO कण के आकार के स्थानिक संकल्प पर निर्भर है, एक एकल माइक्रोन 100 माइक्रोन isotropic संकल्प के साथ पता लगाया कण आकार के साथ है. इन कार्यों में, 200 नैनोमीटर आकार SPIO कणों के साथ 150 माइक्रोन isotropic संकल्प किया जाता है. दोनों और मस्तिष्क में SPIO की उपस्थिति के लिए संवेदनशीलता और विशिष्टता प्रदान करने के लिए, चूहों SPIO लेबल कोशिकाओं के इंजेक्शन के लिए पहले स्कैन किया गया घटाव छवियों को बाद में समय बिंदुओं पर मस्तिष्क में कोशिकाओं की सकारात्मक पहचान के लिए प्रयोग किया जाता अनुमति. 3D एमआरआई स्कैन विवश स्तर सेट हमारी प्रयोगशाला में विकसित रूप में पहले 17 में वर्णित विधि का उपयोग कर subimaged थे. Subimaged मस्तिष्क की मात्रा तो थे coregistered, संकेत सामान्यीकृत तीव्रता, और मात्रा करने के लिए मस्तिष्क की मात्रा के भीतर संकेत (SPIO की उपस्थिति) हानि, जो किनारों के साथ किसी भी subpixel पंजीकरण त्रुटियों से झूठी सकारात्मक संकेत को खत्म करने के लिए नहीं था के साथ क्षेत्रों का पता लगाने घटाया.
  2. प्रोटोकॉल और एमआरआई के Coregistration: ऊतक विज्ञान और एमआरआई के बीच Coregistration एक आम संदर्भ के रूप में blockface छवि का उपयोग करके पूरा किया गया था. इस दृष्टिकोण की तैयारी के दौरान ऊतक स्लाइस की विषम दबाव को सही और एक दो आयामी समस्या के लिए धुंधला हो जाना हमारे पिछले 18,19 काम करता है में वर्णित के रूप में की प्रमुख समस्या की जटिलता कम कर देता है. यहाँ, एमआरआई और मस्तिष्क में SPIO युक्त मैक्रोफेज के ऊतक विज्ञान का पता लगाने उत्कृष्ट स्थानिक सहसंबंध दिखाया है एमआरआई संकेत में नुकसान और 12 ऊतक विज्ञान द्वारा प्रदर्शन कुछ कोशिकाओं के लिए अधिक से अधिक संवेदनशीलता से एक मात्रा की उम्मीद overestimation के साथ . इन दो संकेतों के सटीक सह स्थानीयकरण coregistration और ऊतक विज्ञान के warping के स्लाइस के मूल आकार को वापस सटीकता के एक उपाय प्रदान करता है.
  3. ब्याज DTI के विश्लेषण (आरओआई) क्षेत्र: DTI स्कैन आमतौर पर एक संरचनात्मक आरओआई determ के चयन से विश्लेषण कर रहे हैंऊतक के एक विशेष रूप से संरचनात्मक आधार में औसत प्रसार गुण ine.
    प्रसार भारित डेटा का विश्लेषण कस्टम आईडीएल (इंटरएक्टिव डेटा भाषा, ITT दृश्य सूचना समाधान, बोल्डर, सीओ) के रूप में पहले 15,20 में वर्णित में लिखा कार्यक्रमों का उपयोग कर प्रदर्शन कर रहे हैं. डी ए वी = (λ 1 + λ 2 + 3 λ) / 3 और आंशिक anisotropy (एफए), जहां: विश्लेषण tensor diffusivities के नक्शे (1 λ λ λ 2, 3), औसत diffusivity (डी ए वी) का उत्पादन
    एक समीकरण
    ट्रांसवर्स (λ ⊥ (λ + 2 3 λ) = / 2) और अनुदैर्ध्य (λ देंगे = 1 λ) प्रसार tensor के घटकों के रूप में कहीं 21 में वर्णित प्राप्त किया गया. एक बार नक्शे का निर्माण कर रहे हैं, ROIs इनकोडिंग रंग λ 1 दिशात्मकता नक्शे के साथ टी 2 भारित एमआरआई मढ़ा पर तैयार कर रहे हैं. एचआईवी माउस मॉडल में विश्लेषण के लिए चुना क्षेत्रों के उदाहरण चित्र 1 में प्रदर्शित कर रहे हैं.
  4. स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण: चयापचय मस्तिष्क एच 1 मिसेज की चोटियों को योगदान यौगिकों के quantitation वक्र ढाले के तरीकों की एक किस्म के उपयोग के लिए निर्धारित किया जाता है. वक्र ढाले तकनीक की एक किस्म विकसित किया गया है. हमारी प्रयोगशाला में, हम jMRUI 23 सिग्नल प्रोसेसिंग पैकेज है कि व्यक्तिगत metabolite स्पेक्ट्रा के एक रेखीय संयोजन अंतिम स्पेक्ट्रम के लिए योगदान में एक समय डोमेन फिटिंग (QUEST) विधि 22 को रोजगार. हम एक संभावित योगदान कारकों के रूप में 22 व्यक्ति चयापचयों का सेट के आधार का उपयोग करें. आधार स्पेक्ट्रा नकली और व्यक्तिगत चयापचयों का समाधान के स्पेक्ट्रा का उपयोग करने के लिए जाँच कर रहे हैं. एक एकल स्पेक्ट्रम से एक वक्र फिट परिणाम का एक उदाहरण चित्रा 2 में दिखाया गया है.

6. प्रतिनिधि परिणाम

DTI और 1HMRS के उदाहरण आंकड़े 1 और 2 में दिखाया जाता है. 1h के मिसेज 24-26 और DTI 27 परिणाम के अतिरिक्त उदाहरण हमारे पिछले प्रकाशनों में देखा जा सकता है. Preinjection टी 2 के उदाहरण * पीले रंग में लेबल की कोशिकाओं के स्थान के एक उपरिशायी के साथ भारित एमआरआई 3 चित्र में दिखाया गया है . माउस monocytes व्युत्पन्न पूंछ नस में इंजेक्शन मैक्रोफेज लेबल था. पांच दिन बाद, 2 टी * भारित एमआरआई का अधिग्रहण किया गया था और वर्णित के रूप में संसाधित , ऊपर. माउस एचआईवी संक्रमित मानव मैक्रोफेज के इंजेक्शन से मस्तिष्क है, जो पता चला माउस व्युत्पन्न मैक्रोफेज monocytes की एक पंक्ति के रूप में देखा जाता है में तैयार किया गया था. लेबल और कोशिकाओं ऊतक विज्ञान के साथ coregistration दोनों का पता लगाने के आगे उदाहरण हमारे पिछले 10,12 प्रकाशनों में देखा जा सकता है.

चित्रा 1
चित्रा 1 DTI मैट्रिक्स के लिए विश्लेषण क्षेत्रों के चित्रण.

चित्रा 2
चित्रा 2 jMRUI सिग्नल प्रोसेसिंग सूट में स्पेक्ट्रोस्कोपी QUEST का उपयोग फिटिंग.

चित्रा 3
चित्रा 3 SPIO लेबल फोकल इन्सेफेलाइटिस के साथ एक मस्तिष्क क्षेत्र में परिधीय रक्त से पलायन कोशिकाओं की जांच. सेल पदों पर एक टी से 2 (पीला) उपरिशायी प्रतिनिधि स्लाइस * पाठ में विस्तृत रूप भारित एमआरआई अधिग्रहण .

Discussion

में vivo इमेजिंग परिणामों के साथ ऊतक विज्ञान की सटीक पंजीकरण और neuronal रोग के पता लगाने के मंचन के लिए इमेजिंग बायोमार्कर के विकास में एक महत्वपूर्ण कदम है. कुछ इमेजिंग मैट्रिक्स के लिए सफेद बात रोग और कैंसर की उपस्थिति का पता लगाने के लिए इस्तेमाल ऊतक के चुंबकीय विश्राम गुण में परिवर्तन सहित सकल morphological परिवर्तन के साथ सहसंबद्ध किया जा की संभावना हैं. DTI जैसे अन्य अधिक सूक्ष्म तरीके, जल्दी सेलुलर परिवर्तन है कि detectable नहीं के रूप में histological बीमारी की वजह से परिवर्तन के बाद रोग के चरणों जब तक प्रकट नहीं कर सकते का पता लगाने की संभावना है. स्पेक्ट्रोस्कोपी मार्कर के रूप में फिर भी अन्य मार्करों, जल्दी और प्रतिवर्ती परिवर्तन, जो पूर्व में होना भी subtlest सेलुलर परिवर्तन के संकेतक हो सकता है.

Biodistribution गैर invasively निर्धारित किया जा सकता है तरीकों की एक किस्म का उपयोग. प्राथमिक गैर इनवेसिव तरीकों पोजीट्रान उत्सर्जन tomography (पीईटी), एक फोटान उत्सर्जन गणना टोमोग्राफी (SPECT), ऑप्टिकल इमेजिंग, एमआरआई और कर रहे हैं. परमाणु इमेजिंग आधारित चिकित्सा (पीईटी और SPECT) कई biodistribution के लिए किया गया है वर्षों से इस्तेमाल किया, लेकिन इन तरीकों पीईटी tracers के लिए विशेष रूप यौगिकों या nanomaterials, लेबलिंग के लिए इस्तेमाल किया radiotracers के आधा जीवन द्वारा सीमित हैं. ऑप्टिकल इमेजिंग छोटे rodents के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन अनुवादित नहीं किया जा सकता है सतह प्रकाश अवशोषण और प्रकाश के बिखरने की वजह से ट्यूमर के रूप में आसानी से सुलभ क्षेत्रों के लिए छोड़कर मानव उपयोग करने के लिए. इसके अलावा, यह मुश्किल है ही इन कारणों के लिए ऑप्टिकल संकेतों यों. एमआरआई कि सप्ताह की अवधि पर शरीर में लगाया जा सकता है SPIO जैसे लगातार टैग का उपयोग करता है. यह भी सावधानी के साथ प्रयोग किया जाना चाहिए, के रूप में लेबल अलग कोशिकाओं को हस्तांतरित किया जा सकता है या शरीर द्वारा reabsorbed.

एमआरआई में SPIO के लिए जांच विशिष्टता तरीकों की एक किस्म के द्वारा प्रदान किया जा सकता है. तरीकों का पता लगाने, जो के रूप में के रूप में अच्छी तरह से सकारात्मक नकारात्मक संकेतों प्रदान ऊतकों में SPIO की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एमआरआई की विशिष्टता में सुधार करने के लिए उपयोग किया जाता है. घटाव इस काम में इस्तेमाल किया विधि दूसरों के द्वारा इस्तेमाल किया गया है, 28 में अच्छी तरह के रूप में. अन्य दृष्टिकोण बंद अनुनाद 29-31 का पता लगाने, चरण संवेदनशील इमेजिंग कि SPIO 32 voids, और शून्य गूंज समय छवि है कि T1 भार का उपयोग करता SPIO 33 के क्षेत्र में एक सकारात्मक संकेत तीव्रता का उत्पादन है के पास एक विशेष पैटर्न का उत्पादन शामिल है. लेबल के quantitation में सुधार के लिए इन विधियों की उन्नति, संवेदनशीलता और विशिष्टता आज सक्रिय अनुसंधान के एक क्षेत्र है.

Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

काम अनुदान 1K25MH089851, 1P01DA028555-01A1, NS034239 2R01, NS36126 2R37, P01 NS31492, P20RR 15635, P01MH64570, स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान से और P01 NS43985 द्वारा समर्थित किया गया था. लेखकों पांडुलिपि और बकाया ग्राफिक और साहित्यिक समर्थन की आलोचना पढ़ने के लिए धन्यवाद सुश्री रॉबिन टेलर. लेखकों को भी उनके तकनीकी सहायता के लिए आयलैंड McIntyre, मेलिस्सा मेलॉन, और लिंडसे चावल धन्यवाद देना चाहूंगा.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Isoflurane
Medical Oxygen
Isoflurane vaporizer
Rodent gas anesthesia mask
MRI compatible Stereotactic head holder
Syringe
Polyethylene catheter tubing
Non-magnetic needle
Eye lubricant
Gauze
Tape
Perfusion media
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References

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

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Boska, M., Liu, Y., Uberti, M., Sajja, B. R., Balkundi, S., McMillan, J., Gendelman, H. E. Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring . J. Vis. Exp. (46), e2459, doi:10.3791/2459 (2010).

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