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Immunology and Infection
4D多模态成像柠檬酸rodentium
4D多模态成像柠檬酸rodentium
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Immunology and Infection
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JoVE Journal Immunology and Infection
4D Multimodality Imaging of Citrobacter rodentium Infections in Mice

4D多模态成像柠檬酸rodentium

Full Text
13,578 Views
12:38 min
August 13, 2013

DOI: 10.3791/50450-v

James William Collins1, Jeffrey A Meganck2, Chaincy Kuo2, Kevin P Francis2, Gad Frankel1

1MRC Centre for Molecular Bacteriology and Infection, Division of Cell & Molecular Biology,Imperial College London, 2Preclinical Imaging,Caliper- A PerkinElmer Company

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol describes a multi-modality imaging approach to study bacterial colonization in mice using bioluminescent Citrobacter rodentium. The method involves longitudinal monitoring through composite 3D diffuse light imaging tomography combined with 渭CT imaging to visualize the infection cycle.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Microbiology
  • Imaging Techniques

Background

  • Understanding bacterial infections in small animal models is crucial for developing therapeutic strategies.
  • Bioluminescent imaging allows for real-time monitoring of bacterial colonization.
  • Composite imaging techniques enhance the visualization of infection dynamics.
  • This study focuses on the infection cycle of Citrobacter rodentium in mice.

Purpose of Study

  • To monitor the infection cycle of C. rodentium in mice using advanced imaging techniques.
  • To visualize changes in bacterial load and localization over time.
  • To create a comprehensive 4D representation of the infection process.

Methods Used

  • Preparation of a bioluminescent bacterial inoculum.
  • Infection of mice via oral gavage with C. rodentium.
  • Daily imaging of infected mice using diffuse light imaging and 渭CT.
  • Reconstruction of imaging data into a 4D movie for analysis.

Main Results

  • Successful infection of mice with C. rodentium was achieved.
  • Longitudinal imaging revealed changes in bacterial load distribution.
  • The 4D imaging technique provided insights into the infection cycle.
  • Results demonstrated the effectiveness of multi-modality imaging in studying bacterial infections.

Conclusions

  • Multi-modality imaging is a powerful tool for studying bacterial colonization.
  • The protocol can be applied to other bacterial infections in small animal models.
  • Future studies may enhance understanding of host-pathogen interactions.

Frequently Asked Questions

What is the significance of using bioluminescent bacteria?
Bioluminescent bacteria allow for real-time tracking of infection dynamics in live animals.
How does the imaging process work?
The imaging combines diffuse light imaging with 渭CT to visualize bacterial colonization in 3D and 4D.
What are the potential applications of this study?
This approach can be used to study various bacterial infections and their interactions with host organisms.
How long does the imaging process take?
Imaging is performed daily for up to eight days post-infection to monitor changes over time.
What precautions are taken during the procedure?
Mice are anesthetized for humane treatment, and imaging doses are kept as low as possible to minimize radiation exposure.
Can this method be used for other pathogens?
Yes, the protocol can be adapted for different bacterial or viral pathogens in small animal models.

多模态成像是一种有价值的方法,在小动物模型研究细菌定植。此协议概述感染小鼠生物发光

该程序的总体目标是使用复合弥漫光成像断层扫描和集成显微 CT 来监测零 DUM 感染周期,以创建感染的四维电影。这是通过首先制备生物发光细菌接种物来实现的。该程序的第二步是通过零 dunum 的口服强饲法感染小鼠。

然后每天使用 D light micro ct 对受感染的小鼠进行成像,最后的步骤是重建 3D DLI micro CT 数据并将其编译成感染周期的四维电影。最终,结果可以通过感染小鼠的 4D 多模态成像显示细菌负荷分布和定位的变化。詹姆斯·柯林斯博士。

我实验室的博士后将在今天演示该程序:在感染前一天的下午晚些时候,放置一个零 deum 菌株 IC 180 的冷冻小瓶,一旦它在一个细菌冷冻珠解冻至 15 毫升磅时解冻。然后用罐装霉素将培养物在 37 摄氏度下以 220 RPM 振荡生长过夜。第二天早上还要培养 15 毫升未接种的 LB 以控制培养基污染。

如果 UN 接种的对照不浑浊,将接种的培养物转移到 50 毫升试管中,并以 4, 000 RPM 离心 10 分钟在 4 摄氏度下,将沉淀重新放入一定体积的 PBS 中,然后重复离心。然后将细胞彻底重悬于 1.5 毫升 PBS 中以产生细菌接种物。要验证 ICC 180 培养物是否具有生物发光性并估计细菌数量,请使用开路滤光片生物发光成像在 ivus 光谱 CT 中对培养物进行成像,并使用 Living Image 4.3 0.1 向导中的自动设置。

这在之前发布的视频中有详细描述。为了证明小鼠感染生物发光啮齿动物,我们将感染一只小鼠并使用一只小鼠进行 PBS 模拟感染。在进行感染之前,使用 XGI 8 麻醉系统用 3%isof 氟麻醉小鼠,以在麻醉彻底发生时提供人道的约束。

混合细菌接种物,并将已知数量的 0.2 毫升细菌吸入注射器中进行口服强饲。现在通过牢牢抓住它的 scruff 来取回第一只感染的老鼠。请注意,如文本文章中所述,在成像之前使用Detory霜耗尽小鼠,将针头推向舌头上方并沿着食道向下,然后将细菌接种物注射到胃中。

如果有阻力,请不要强行针头,因为这会将接种物放入肺部,而是轻轻地重新插入针头。随后,如果老鼠呼吸或行走困难,则应对其进行安乐死以进行模拟感染。用 0.2 毫升 PBS 灌胃小鼠,以确认口服强饲法正确进行。

使用开放滤光片生物发光成像在 IVUS 光谱 CT 中对小鼠进行成像,并使用活体图像中的自动设置。4.3 0.1 成像向导 如前所述,Delight 显微 CT 涉及将 Delight 光学成像与低辐射剂量显微 CT 扫描相结合。由于剂量会累积每次成像的动物,因此我们的目标是将剂量保持在尽可能低的水平。

由于这些担忧,应在出现有害症状的第一个迹象或在显微 CT 成像期结束时调用小鼠。在本研究中,优化了 Living Image 4.3 0.1 中的自动曝光特征参数,用于体内细菌荧光素酶成像。首先选择 编辑,然后选择 首选项,然后选择 采集 ,然后选择 自动曝光窗口。

接下来,选择范围值,然后选择实验时间(以秒为单位),并将最大值设置为 300 秒。最后,选择最小目标计数,然后选择发光,并将此值设置为 10, 000 计数。系统初始化后,麻醉装置已设置完毕,X 射线安全联锁装置也已检查完毕。

继续麻醉鼠标。使用氧气流速为每分钟 2 升且氟含量为 3% 的 XGI 8 麻醉系统。鼠标准备好进行映像后,在软件中打开映像向导。

该工具会自动优化多个参数,为每个选定的发射滤波器提供最佳的信噪比。当成像向导提示时,包括 5 6586606 纳米发射滤光片。然后确保选择一只小鼠的显微 CT 扫描,然后单击 acquire 开始成像。

将麻醉的小鼠放回笼子后,从光谱 CT 中取出一只小鼠成像平台,并使用 1%tri 基因对动物平台进行消毒。注意。如果动物平台严重脏污,可以更换泡沫垫。在感染后 8 天内每天继续对小鼠进行成像,以生成纵向成像数据。

较长的试用期会增加由于累积辐射暴露而出现伪影的可能性。为了产生高质量、可重复的 3 个 DD 光显微 CT 重建,需要许多步骤。首先,打开 Living Image 软件 4.3 0.1 并选择 浏览 从浏览窗口中。

单击打开包含 delight micro CT 文件的文件夹 加载.在动态图像浏览器中打开 DLI micro CT 文件。例如,参见感染后第 7 天。

在工具选项板中,选择曲面地形,然后选择裸鼠。调整阈值,然后单击 Generate surface(生成曲面)。如果表面重建成功,则表面轮廓将显示在 3D 视图窗口中。

要在 3D 视图窗口中查看渲染的显微 CT 扫描,请隐藏表面轮廓或降低表面不透明度。通过首先选择 3D 光学工具,可以访问这两个选项。然后取消选择显示表面对象或调整不透明度滑块,以提供三个 DD 光重建的详细解剖定位。

参考动物骨骼,更改 3D 体积数据。要以最佳对比度查看骨架,请单击 3D 多模态工具并向右调整直方图滑块,直到只有骨骼清晰可见。然后,如果尚未选择,请单击对数直方图,对渐变照明质量进行反向着色并消除噪声。

如果需要,裁剪图像以从工具调色板的 3D 重建中删除任何不需要的结构,选择 D light 3D 重建。确保仅选择 5 65 866 和 6 20 纳米滤光片。然后单击 start。

这将打开数据预览窗口,其中包含来自小鼠的光谱过滤生物发光信号,以 2D 形式成像。这些信号由软件自动阈值,但如有必要,可以使用菜单底部的选项卡手动调整。阈值确定将作为数据包含在重建中的最小数据强度。

接下来,从工具调色板中选择 D light micro CT 3D 重建并检查光学特性。通过单击属性选项卡,组织属性应设置为小鼠组织,源光谱设置为细菌。现在单击 reconstruct 执行 D light 重建。

红色圆圈中的 D 光信号的实际位置在骨盆带内。当图像在影片期间旋转时,这更容易解释。要生成 DLI micro CT 3D 影片,请转到工具菜单,然后选择 3D 动画预设动画、逆时针轴,然后选择总持续时间。

将此值设置为 10 秒或每秒 25 帧。一旦 3D 动画的设置正确,按录制并将 DLI micro CT 3D 重建保存为 VI 文件。使用相同的设置进行这些重建至关重要,这样它们才具有可比性。

使用相同的每秒帧数和总持续时间制作视频也很重要。否则,40 视频的时间不是同质的。在计算机上,打开 Windows live Movie Maker 并创建一个新文件。

从感染后的第一天开始按时间顺序插入 DLI 显微 CT 重建。使用 工具 选项卡,通过选择视频,选择 home,然后选择 add caption ,将字幕添加到每个视频的开头。标题中的文本可以从工具栏中设置格式,并且标题的位置也可以调整。

现在,通过单击 home 和 title 来添加标题页。使用工具栏在框中键入标题以设置文本格式。接下来,将项目另存为 MMP 文件。

如果您想修改电影,这是必不可少的。最后,从电影制作菜单中将电影保存为 WMV 文件,选择 保存电影,然后选择四个计算机选项控件对于良好的技术至关重要。在感染小鼠之前,使用的细菌接种物被确定为生物发光。

在用生物发光看到啮齿动物进行口腔灌胃后,检查是否可以在动物的胃中观察到信号,该信号由白色箭头表示,并且在肺部不存在。同一只小鼠将出现在单个感染的后续示例中。零义齿是一种细胞外病原体,在已证实的感染期间局限于肠腔。

因此,它在粪便中脱落,分析表明,当感染每天达到高峰时,定植从第 2 天到第 6 天或第 7 天增加。D light 显微 CT 用于评估该小鼠体内生物发光细菌的空间分布,以骨骼为解剖参考。第 3 天,感染后,在结肠中观察到小的生物发光病灶,如蓝色箭头所示。

这些病灶在感染后第 5 天表现出生物发光强度适度增加,感染后第 7 天空间分布变化不大,生物发光显著增加,生物发光病灶扩散到整个结肠。感染后第 1 天至第 8 天的 3 次 DD 光学显微 CT 重建说明了血清液感染的扩散。细菌感染始于近端胃肠道内的不同病灶。

到第 3 天,感染扩散到结肠。在接下来的几天里,感染病灶的规模和数量进一步扩大。感染在第 7 天达到高峰。

然后在第 8 天,菌落在近端和远端结肠中减少为两个不同的细菌病灶。这项技术将使研究人员能够实时研究细菌定植和感染的机制,并调查干预策略的有效性。

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