Chemische Bildgebung mit hoher räumlicher Auflösung von implantatassoziierten Infektionen mit röntgenangeregter Lumineszenz-chemischer Bildgebung durch Gewebe

Diese Technik wird es uns ermöglichen, biochemische Veränderungen von implantatassoziierten Infektionen durch Knochen und Gewebe abzubilden und zu kartieren. Wir können hochauflösende Bilder von den Schwankungen der chemischen Konzentrationen in der Nähe von Implantatoberflächen erhalten. Dies wird es uns ermöglichen, die lokale chemische Umgebung in der Nähe von Implantat-assoziierten Infektionen zu überwachen.

Erin Levon, Doktorandin am Department of Biological Sciences, demonstriert das bakterielle Kultivierungsverfahren. Schalten Sie zunächst den PMT-Kühler ein und führen Sie die restlichen Initialisierungsschritte durch, bevor Sie die PMTs einschalten. Öffnen Sie dann die Steuerungssoftware des Bildgebungssystems und bewegen Sie die X- und Y-Achse des Tisches in die gewünschte Ausgangsposition.

Platzieren Sie die Probe auf dem beweglichen xyz-Tisch und positionieren Sie die Probenhöhe so, dass sich das Radiolumineszenzgerät 5 bis 5,5 Zentimeter unter der Polykapillarfokusoptik befindet, indem Sie die Röntgenquelle und/oder den Tisch anheben oder absenken. Positionieren Sie die Probe außerdem mit Hilfe der Lasertraverse in der x-y-Ebene und entfernen Sie die Fokussieroptik, um eine einfache Röntgenaufnahme der Probe zu erhalten. Befestigen Sie die Drucktastenverriegelung an der Vordertür des Bildgebungsgehäuses.

Schalten Sie dann die Röntgenquelle ein. Öffnen Sie als Nächstes die Röntgensteuerungssoftware. Stellen Sie die Röntgenleistung ein und öffnen Sie den Röntgenverschluss mit der Röntgensteuerungssoftware.

Öffnen Sie dann die Software für die Röntgenkamera und klicken Sie auf die Schaltfläche Belichtung, um das einfache Röntgenbild aufzunehmen. Schalten Sie die Belichtung und das Röntgenbild aus und öffnen Sie dann die Gehäuseklappe. Schließen Sie die Polykapillaroptik wieder an die Röntgenquelle an.

Schließen Sie dann das Gehäuse, sichern Sie die Verriegelung und schalten Sie das PMT-Netzteil ein. Öffnen Sie als Nächstes die Steuerungssoftware des Bildgebungssystems und geben Sie die Schrittweite, die Scangeschwindigkeit und den Scanbereich an. Sobald alle Parameter eingestellt sind, starten Sie den Scan, indem Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken.

Führen Sie einen Hintergrundscan bei ausgeschaltetem Röntgenbild durch, um die Dunkelzählung von allen im Gehäuse vorhandenen Lichtern außer der Probe zu bestimmen. Nachdem Sie sich mit der Lasertraverse vergewissert haben, dass sich die Probe in der richtigen Position befindet, schließen Sie das Gehäuse und sichern Sie die Verriegelung. Öffnen Sie dann die Steuerungssoftware des Bildgebungssystems und geben Sie die Werte für Schrittweite, Scangeschwindigkeit und Scanbereich ein.

Sobald alle Parameter eingestellt sind, klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen, um den Scan zu starten und den Scan für die Probe mit eingeschaltetem Röntgenbild zu erhalten. Führen Sie zunächst den Scan mit niedriger Auflösung mit größeren Schrittweiten und höherer Scangeschwindigkeit durch, um ein vorläufiges Bild des Ziels zu erhalten. Nachdem Sie einen Scan mit niedriger Auflösung des gewünschten Bereichs der Probe erhalten haben, erhalten Sie den Scan mit höherer Auflösung und kleinerer Schrittweite und geringerer Scangeschwindigkeit.

Um eine frische Kultur von Staphylococcus aureus 1945 herzustellen, verwenden Sie eine Kolonie aus einer tryptischen Soja-Agar-Platte, die innerhalb einer Woche gestreift wurde, um drei Milliliter sterile tryptische Sojabrühe zu impfen. Anschließend die Bakterienkultur bei 37 Grad Celsius für 16 bis 18 Stunden bis zur stationären Phase leicht schütteln. Als nächstes pelletieren Sie die Kultur aus der tryptischen Sojabrühe durch Zentrifugation bei 4.000 g für 10 Minuten bei Raumtemperatur und waschen Sie das Pellet zweimal mit PBS.

Quantifizieren Sie die Bakterienkonzentration anhand der optischen Dichte bei 600 Nanometern unter Verwendung des linearen Bereichs, d. h. des optischen Dichtebereichs, in dem das Beer-Lambert-Gesetz verifiziert wird. Anschließend wird die Probe mit 200.000 Zellen pro Milliliter mit sterilem PBS verdünnt. Sterilisieren Sie den tryptischen Soja-Agar durch Autoklavieren und kühlen Sie ihn dann durch Mischen ab, bis die Temperatur 45 Grad Celsius erreicht.

Als nächstes impfen Sie die Bakterien in den tryptischen Soja-Agar. Als nächstes pipettieren Sie die verdünnte Bakterienkultur auf die Oberfläche des implantierbaren Sensors und 100 Mikroliter ungeimpftes tryptisches Soja-Agar über ein anderes steriles Implantat zur Kontrolle. Geben Sie zusätzlich 100 Mikroliter ungeimpftes tryptisches Soja-Agar über den implantierbaren Sensor, bevor er vor der Implantation 48 Stunden lang bei 37 Grad Celsius inkubiert wird.

Nach Abschluss des Scans wurden die Bilder bei 620 Nanometern, 700 Nanometern bzw. Ratio in MatLab erzeugt, und die Farbänderung zeigte die Änderungen des pH-Werts an. Da der basische pH-Bereich das emittierte Licht deutlich absorbiert als der saure pH-Bereich, erscheint der niedrigere pH-Bereich bei 620 Nanometern als helleres Signal. Die Szintillatoremission bei 700 Nanometern dient als spektrale Referenz für Inkonsistenzen im Szintillatorfilm, Änderungen der Gewebezusammensetzung und alle Veränderungen, die in der Position der Detektionsoptik von Scan zu Scan auftreten.

Die Probe muss korrekt auf dem Tisch positioniert werden. Das PMT-Netzteil sollte vor dem Einschalten der Raumbeleuchtung oder dem Öffnen des Gehäuses ausgeschaltet werden, und vor der hochauflösenden Bildgebung sollte ein Scan mit niedriger Auflösung durchgeführt werden. Anstelle der Röntgenquelle können wir eine Ultraschallquelle verwenden, um eine chemische Ultraschall-Lumineszenz-Bildgebung durchzuführen, um pH-Änderungen im Zusammenhang mit implantierten medizinischen Geräten zu überwachen.

Ja, nach der Optimierung des Systems konnten wir pH-Schwankungen in der Markhöhle des Knochens im Vergleich zur Knochenoberfläche feststellen, die zur Untersuchung von Osteomyelitis verwendet werden könnten.