在体内的巨噬细胞成像采用MR靶向造影剂化脓性关节炎的纵向评价

Summary

我们演示了如何执行巨噬细胞MR成像使用超小超顺磁造影剂（USPIO）化脓性关节炎，让初次和​​纵向

Abstract

巨噬细胞是关键细胞，在发起，发展和细菌感染的炎症反应的调节。巨噬细胞密集和日益招募关节化脓性感染的早期阶段，并获得高效去除病原体的渗透应该是一次倒退。识别能力， 在体内的巨噬细胞活性，在被感染的关节，因此可以提供两个主要应用：急性滑膜炎的早期发现和治疗监测。

在体内的巨噬细胞的非侵入性的检测可以进行磁共振成像使用铁纳米粒子，如超小超顺磁性氧化铁（USPIO）。血管内或关节内给药后，USPIO专门吞噬活化的巨噬细胞，并且，由于其磁特性，诱导呈现巨噬细胞浸润的组织中的信号的变化。 àquantitativ的渗透ë键评价是可行的，信号损失中的区域（暗像素数量）颗粒注射后在组织内的铁量密切相关，因此，该数字反映的USPIO加载细胞上观察到的梯度回波MR图像。

我们在座的协议来执行巨噬细胞成像使用USPIO增强MR成像化脓性关节炎动物模型中，让体内的巨噬细胞的浸润和评估治疗作用的非侵入性评估的初始和纵向。

Introduction

磁共振成像（MRI）被认为是给出示范传染性滑膜炎，由于它的高空间分辨率和软组织对比度的成像模态。 MRI上的信号变化关节炎低T1和T2高信号反映细胞外液量增加存在，基于钆的造影剂管理显着增强后，符合组织的调查结果增加血管，由于血管扩张和血管生成^1。然而，MRI往往是在抗生素治疗过程中无法显示分辨率感染持久性增强，可观察到患者的关节与临床和生物愈合化脓性关节炎，由于扩大的细胞外空间的持久性（肉芽组织，纤维化瘢痕^）2。除了细胞外的变化，大量炎症细胞，包括巨噬细胞激烈的招聘渗透染病滑液。巨噬细胞的急性和慢性细菌感染³阶段发挥了重要作用。他们需要消除病原微生物引起的炎症反应，并协调炎症消退，如巨噬细胞诱发炎症仍然存在，只要坏死组织不会被删除，防止维修开始^4。因此，高效的治疗后滑膜内感染的巨噬细胞浸润减少感染的分辨率可以是一个可靠的指标。细胞成像是能够证明的具体病理组织内细胞浸润。使用有针对性的具体的巨噬细胞MR成像造影剂已被广泛研究，并已经证明它有能力证明关节发炎或感染^5-7。 USPIO（超小超顺磁性氧化铁）颗粒这种有针对性的造影剂，如静脉注射后，被吞噬细胞如巨噬细胞，由于其磁特性，诱导组织中的信号的变化，呈现巨噬细胞浸润^8。那些MR信号的变化治疗的纵向跟进允许在体内的非侵入性的评价巨噬细胞浸润和USPIO加载的巨噬细胞相关的信号的变化减少了将证明治疗的成功。本报告的目的是介绍如何进行巨噬细胞MR成像，无创监测化脓性关节炎滑膜内通过论证减少巨噬细胞浸润。

Protocol

大学医院机构动物保健委员会已经批准了所有程序，涉及受试动物。

1。关节腔内的细菌接种

1. 在注射前，麻醉兔子通过肌内注射氯胺酮（30毫克/公斤体重）混合，用甲苯噻嗪（4毫克/千克）在竖脊肌肌肉之内。确保通过检查，他们无法应对爪子捏动物完全麻醉。此协议可提供足够的膝关节的关节内注射麻醉。在麻醉过程中，将氧气面罩下的动物。
2. 剃须动物的膝盖。准备膝盖无菌注射3碘伏擦洗和酒精，然后通过应用聚维酮碘溶液交替湿巾。
3. 手动识别作为弹性结构的髌腱的膝盖上面的前方，用无菌针帽，如图所示，或者无菌的探头。
4. 金黄色葡萄球菌的细菌悬浮液用1毫升（诺伊曼株）注入每个膝盖UFC /毫升的浓度为10 ^6。一种注射无阻力确认针尖的关节内的位置。
5. 注射后的程序，保持动物对流源下，通过观察胸部的运动，以避免热损失和监测呼吸频率。一旦醒来，让动物在笼子里免费获得食物和水。
6. 管理疼痛管理肌内注射丁丙诺啡0.1毫克/千克，每8小时。
7. 临床观察兔子的每一天，监控消耗大量的食物和水，减肥，温度，和一般的行为。
8. 为了形象感染的急性期，尽快执行第一MR成像会议作为动物带来了重大的减肥（10％），一般发生这种情况后，约2天。
9. MRI检查之前，如果需要静脉给药的耳静脉通路可以安装（参见下文）。

2。 MRI检查

当成像活的动物，动物仔细安装是一个关键的功能，以确保动物的舒适度和最佳的麻醉。这将允许最佳的成像效果，并确保生殖图像采集纵向研究。由于动物的大小，使用的临床尺寸MR单元（1.5 T或3个T）是最适合的。 8通道临床膝关节线圈使用，因为它提供了合适的分辨率和对比度噪声比兔膝关节勘探。

1. 成像系统安装前，安装外围通过耳静脉的静脉通路。这种访问将有助于注入造影剂。
   1. 刮脸和消毒的耳朵。
   2. 插入一个25 G的侧向耳静脉导管内。
   3. 评估渗透性注射1毫升无菌生理血清。
   4. 保持导管用粘合剂攻丝。
2. 麻醉动物通过肌内注射氯胺酮（30毫克/公斤体重）混合，用甲苯噻嗪（4毫克/千克）。动物是完全麻醉，一旦他们无法回应爪子捏。将兔子一个面膜，给它与流速为200毫升/分钟的氧气。
3. 一旦完全麻醉，采取动物磁共振成像单元。动物的地方，让膝盖位于MR线圈的中心。完整的分机号，以便将动物的腿的胫骨的长轴平行于MR成像单元表。使用尼龙搭扣或砂袋，以保持最佳的腿部位置。
4. 不是必需的，因为在心肺监测动物麻醉协议允许自主呼吸深麻醉，但动物进行覆盖，以避免麻醉引起的热损失。
5. 议员协议的详细内容见表1。总收购包括最佳的安装时间平均约20分钟。
6. 在不同的平面上，进行磁共振成像。然而，横向平面膝（胫骨正交）的参考计划，因为它可以确保重现性解剖的顺序纵向检查图像的位置，和允许最佳的组织学切片的相关性。
7. 在完成平扫序列，注入UPSIO的造影剂通过耳静脉通路。慢慢地管理氧化铁颗粒在单剂量为150微摩尔的Fe /公斤。冲洗导管注射1毫升无菌生理血清。
8. 重复增强的GRE加权序列24小时后注射。此延迟允许颗粒吞噬巨噬细胞。
9. 纵向研究评价药物的影响（抗生素，类固醇，抗巨噬细胞抗体等 ），重复使用上述协议的顺序MR检查。

3。图像分析

1. 纵向评价相同的解剖水平进行测量，并定义一个容易辨认的标志。比如，收购通过观察髌骨的最大直径，轴向平面是一个可靠的方式来获得可重复的测量（ 图1）。
2. 使用基于DICOM软件（如Osirix）或图像处理软件（ImageJ的）进行图像分析。
3. 使用ImageJ软件，执行滑膜区域分割的USPIO增强GRE T2加权图像使用“不规则区域”的绘图工具，演示上的信号损失。概述与黑暗的信号一旦滑膜，点击“分析”获得区/像素数（ 图2）。

Representative Results

在未增强的图像上，受感染的膝盖滑膜非区别于周围的软组织，而股骨和髌骨显示为低信号结构（ 图1）的中间信号提出了一种漫肿。

造影剂给药后24小时，滑膜区域，其中包含加载USPIO-巨噬细胞在USPIO增强图像上，将演示信号损失（ 图1和2）。

使用特定的免疫染色（ 图3），可以证明在滑膜组织中的巨噬细胞浸润。皮尔斯'普鲁士蓝染色可以检测铁粒子，从而出现蓝点（ 图4）。

	GRE T2加权
重复时间（毫秒）	450
回声时间（毫秒）	4	翻转角	30
涡轮因素
脂肪抑制
切片厚度（mm）	1.5
间隔差距	0
视场（毫米）	70
矩阵	448×360
带宽	80
采集的信号	2
扫描长度	3'10

表1中。 3T MR单元的GRE T2加权序列参数的例子。

图1。轴向GRE T2加权像一个兔膝关节急性感染期之前，（A）和24小时后（B）的血管内给药的USPIO;图像髌骨上面的水平（p）和股骨（六）获得。在平扫图像（A），滑膜增厚（箭头）和，恍从周围的软组织呈现出同质中间信号。滑膜USPIO给药后（B）所示，将出现大量的暗信号的带状区域（箭头）由于USPIO加载巨噬细胞的存在下。 （勒菲弗S. 等 ⁹许可转载自）。

图2。的滑膜领域，提出了信号损失，使用ImageJ的分割和决心 。

图3。在受感染的滑膜（箭头所示）之内，特定的巨噬细胞的免疫染色的显微照片表明激烈的巨噬细胞浸润 （RAM 11中的免疫染色，原始放大倍数40倍）。

图4。显微镜（皮尔斯'普鲁士蓝染色，原来的放大倍数40X）显示多个蓝染细胞correspondig的的USPIO装巨噬细胞（箭头）。（转载自勒菲弗S. 等 ⁹许可）。

Discussion

虽然非特异性钆的造影剂提供的信息有关的细胞外空间的体积和灌注，巨噬细胞USPIO增强MR成像允许一个精确的解剖定位于受感染的滑膜组织的巨噬细胞浸润和定性评价，而不需要对组织取样^9。由于其高灵敏度，USPIO可以证明哪怕是细微的细胞浸润在感染的早期阶段。根据成功的抗生素治疗，逐渐除去病原体，被认为是这种渗透减少，导致的滑膜内的USPIO摄取的减少。的面积的暗信号的相关性的tissular铁含量，滑膜USPIO给药后的信号可以被认为作为生物标志物，细胞浸润，可以是纵向的评价¹⁰的定量表示。此外，相较其他成像方式，如选择的iCal成像或同位素成像，磁共振成像蜂窝能够生成高分辨率的解剖图像，允许细胞相关的信号变化的精确定位。

巨噬细胞成像允许还组织内细胞的存在和分布的估计，而不需要的组织取样。因此，它避免了在生物体内侵袭和修改原生组织的正常生物学的研究，是经常需要反复组织取样的两个主要缺点。此外，连续组织取样可能是不可能在小动物，不会容忍重复的压力程序，排除纵向评价。相反， 在体内的后续成像的组织，使用顺序USPIO增强MR扫描，可以方便地应用到小动物的纵向监测在感染性疾病的抗生素治疗，抗炎治疗模型中燕牌内的巨噬细胞含量感染性关节炎，或在任何涉及巨噬细胞的疾病的治疗。

一旦利益的模式选择（化脓性关节炎，滑膜炎等 ），造影剂管理是很容易通过血管内注射缓慢，一般不是技术上的挑战。 MR细胞成像使用USPIO造影剂的的主要局限性是需要反复扫描24小时注射，这种延迟允许特定^5-7由巨噬细胞的吞噬作用。因此，为了有可比成像数据，精确的动物安装于MR单元是强制性的。在我们的经验中，我们观察到在小腿完整的分机由粘接录音允许高度重复性和可比性图像获得相关的MR线圈安装在动物俯卧。

我们提出这个报告如何轻松地标注在体内的巨噬细胞与USPIO，利用其自然吞噬活性。即使一个额外的初步体外程序可能需要的（允许渗透到不自然的吞噬细胞的造影剂），与高度敏感的磁共振造影剂，如氧化铁颗粒的细胞标记可以被应用到其他类型的细胞，如淋巴细胞，中性粒白细胞或肥大细胞。蜂窝磁共振成像，因此可以是一个非常有趣的工具，连续招聘的所有类型的细胞参与炎症感染相关的非侵入性调查，并评估其影响，以及一般细胞靶向治疗。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Name of Reagent/Material	Company	Catalog Number	Comments
P904	Guerbet		Dose: 150 μmol Fe/kg
Ketamine (500 mg/ml ketamine)	Virbac		Dose: 30 mg/kg
Rompun (20 mg/ml Xylazine)	Axience		Dose: 4 mg/kg
Buprenorphine	Vetoquinol		Dose: 0.1 mg/kg/8 hr
BD 22 G, 1 inch	BD Biosciences	381423
BD 25 G, 5/8 inch	BD Biosciences	305122