Nota: Tutti gli esperimenti e le procedure che coinvolgono gli animali devono essere eseguite conformemente alle pertinenti orientamenti etici e conformi con la cura degli animali standard ed esigenze umane.
1. Etichettatura cellulare (protocollo standard con Coincubation)
- Aggiungere 19 F etichetta 8 a DC immature ad una concentrazione di 4 mg/10 6 cellule (in media 2 ml). Agitare delicatamente per mescolare.
- Incubare le cellule con l'etichetta per 3 giorni prima della maturazione e della raccolta dei PVS.
- Raccogliere i PVS ed eliminare l'eccesso di etichetta mediante lavaggio almeno 3 volte in PBS. Contare le cellule.
- Risospendere in un piccolo volume di PBS per iniezione o ulteriori test.
Nota: Questo protocollo è rilevante per questi controller di dominio e l'etichetta specifici. La procedura è stata ottimizzata in un'altra pubblicazione 8 e incluso qui sono solo i passaggi per preparare un campione per l'immagine, dal momento che il focus di questo protocollo è il imaging. Hza, il protocollo per l'isolamento, la cultura e l'etichettatura di un tipo cellulare specifico sia bisogno di essere trovato in letteratura o ottimizzate dal ricercatore. Un elenco di tutti gli altri 19 etichette F che sono stati utilizzati in letteratura sono presentate altrove 6.
2. Determinazione dei 19 F / cell Utilizzo 19 F NMR
- Collocare un numero noto di cellule marcate (tipicamente più di 0,5 x 10 6, o un numero che si traduce in segnale sufficiente) in un tubo NMR.
- Aggiungere 10 ml di acido trifluoroacetico 5% (TFA). Se la frequenza di risonanza di TFA è inadatto a causa della sovrapposizione con l'etichetta, usare un composto solubile alternativa, preferibilmente con un singolo 19 F risonanza.
- Trasferire il campione in uno spettrometro NMR e ottenere lo spettro 19 F. Assicurarsi che la larghezza di banda è sufficiente sia per il TFA (riferimento) e l'agente.
Nota: Il TR deve essere abbastanza lungo per full rilassamento del riferimento e il campione gira (circa 5 volte il tempo T 1 rilassamento della più lunga T 1 componente nel tubo, tipicamente TR ~ 5-8 sec). Alcuni spettrometri richiedono D 2 O per un segnale di blocco di frequenza. Uno spettro standard da 19 F è sufficiente. I numeri delle medie o delle cellule superiore estese saranno necessari se l'assorbimento cellulare del marchio è scarsa o se il numero di cellule sono bassi. Lo spettro deve essere centrato tra il riferimento e relative ai picchi di etichette, a meno che le correzioni sono fatte per spiegare l'eccitazione parziale.
- Calcolare le relative aree sotto i picchi di riferimento e il campione (o il picco principale del campione), quindi calcolare il numero medio di 19 F / cellule nel campione.
Nota: L'intero processo deve essere ripetuto e media ampiamente sufficiente a raggiungere la significatività statistica. Questo può essere fatto utilizzando la spettroscopia direttamente sullo scanner MRI. Huttavia, notare che questa procedura rivela solo la media 19 F carico per un gran numero di cellule, non la variabilità tra le celle. Controllo uniformità di assorbimento delle cellule richiede la presenza di un componente fluorescente al F agente 19, in modo che l'assorbimento delle cellule può essere analizzata mediante microscopia o citometria a flusso.
3. Considerazioni per Experimental Design - iniezione di cellule
A causa è necessaria per il successo relativamente scarsa sensibilità di 19 F risonanza magnetica per il monitoraggio delle cellule, un modello animale in cui le cellule si localizzare in gran numero imaging in vivo. Valori di sensibilità tipiche vanno da 1,000-100,000 cells/voxel/1 hr tempo di scansione 6, con un carico cella nell'intervallo di 10 11 -10 13 atomi di fluoro.
Il numero e la frequenza delle sessioni di imaging devono essere programmati attentamente, in quanto questo influenza la scelta di anestetico. Si noti che isoflurano non sia suitable per 19 F MRI se la frequenza di risonanza 19 F di isoflurano è vicino a quello del composto etichetta utilizzata. isoflurano può ancora essere adatto se le sessioni di imaging sono sufficientemente breve per impedire significativo accumulo. Diversi anestetici alternativi sono stati utilizzati in letteratura 10,11; un esempio è incluso nel protocollo di imaging. Anestetici possono avere bisogno di essere ottimizzato per i diversi ceppi di topi e di modelli di malattia.
4. Progettazione di un 19 F riferimento esterno
- Utilizzare un riferimento esterno contenente una quantità nota di segnale 19 F per la quantificazione 12. Scegliere l'intensità del segnale di riferimento per essere approssimativamente paragonabile a quella prevista dal soggetto.
Nota: In generale, è più semplice se il composto di riferimento è lo stesso come l'etichetta cella, corrispondenti ai parametri di rilassamento. Se si utilizzano sequenze spettroscopiche o sequenze senza localizzazione spaziale, poi acompound con uno spostamento chimico differente può essere necessario.
- Modificare il posizionamento, le dimensioni e la forma del riferimento, se necessario, a seconda della regione di interesse (ROI). Nota: E 'generalmente più facile da usare tubi con sezione trasversale costante per il riferimento.
5. Imaging e preparazione mouse
- Diluire disponibile in commercio chetamina e xilazina rapporto 1:10 v / v con soluzione salina fisiologica per produrre soluzioni stock di 10 mg di ketamina / ml e 2 mg / ml xilazina.
- Accendere il sistema di riscaldamento in scanner (tipicamente aria calda) per garantire il foro sarà caldo prima che il mouse è ripreso.
- Iniettare 100 mg / kg di ketamina e 10 mg / kg xilazina intraperitoneale di avviare anestesia. Nota: Queste dosi sono state testate per CD1 (ICR) e NU-Foxn1 nu 8 settimane vecchi topi maschi. Altri ceppi possono avere bisogno di dosi leggermente diverse, che dovrebbero essere ottimizzati in un esperimento separato. Questa dose manterrà il mouse anestetizzato per unattacco 45 min. Nota: La profondità dell'anestesia è normalmente sufficiente se l'animale non mostra alcuna reazione ad un pizzico piede.
- Una volta anestetizzato, posizionare l'animale in una culla animale e immobilizzare per impedire il movimento durante la risonanza magnetica. Se necessario, posizionare il riferimento esterno accanto all'animale. Sia il riferimento e il ROI (posizione prevista delle cellule iniettate) dovrebbe essere nel centro della bobina. L'animale deve essere collegato alla temperatura e controllo di respirazione per monitoraggio fisiologico durante la scansione.
- Coprire gli occhi del mouse con sterile unguento occhio per evitare che si secchi durante le sessioni di imaging lunghi.
- Se il tempo di imaging supera i 40 minuti, preparare cateteri supplementari per l'iniezione di ulteriori ketamina / xylazina prima che l'animale può svegliarsi. Posizione due cateteri sottocutanei separati con le soluzioni di lavoro del ketamina e xilazina. Utilizzare questo catetere per dare il mouse un ulteriore 2,5 mg di ketamina ogni 20 minuti dopo i primi 40 min. Se necessario, prolungare ulteriormente anestesia mediante iniezione di ulteriore 0,5 mg xilazina attraverso il catetere, 100 min dopo l'iniezione iniziale. In tutti i casi, il tempo sperimentale non deve superare 3 ore, tranne possibilmente in anestesia terminali.
- Assicurarsi che il mouse viene riscaldato direttamente dopo la prima iniezione e mantenuta a 37 ° C la temperatura corporea. Con questo protocollo, <80% ossigenazione del sangue è stata rilevata in atmosfera di respirare aria. Per evitare gli effetti collaterali della ossigenazione del sangue abbassata, utilizzare il 100% di ossigeno (0,3 L / min). La temperatura corporea e la respirazione devono essere controllati durante l'intero esperimento e fino al pieno recupero dell'animale. Si noti che il tasso di respirazione spontanea sotto ketamina / xylazina è molto elevata (200-250/min). Irregolarità nel modello di respirazione, piuttosto che la frequenza respiratoria, possono indicare che una dose elevata è necessaria per mantenere uno stato adeguato di anestesia. Il mouse risveglierà spontaneamente entro 20-30 min after l'ultima dose di anestetico.
Nota: Per il monitoraggio delle cellule, è necessario immagine stesso animale più di una volta. In tal caso, le sessioni di imaging dovrebbero essere programmate tenendo in considerazione il tempo necessario per la liquidazione di anestesia dal sistema e animali linee guida sull'uso dell'istituto.
6. Imaging
1 adeguamenti H e l'imaging
- Posizionare l'animale all'interno dello scanner in modo che il ROI è in isocentro con una bassa risoluzione, scansione anatomica con orientamenti diversi fetta (un localizzatore).
- Utilizzare il protocollo spessoramento ordinario il 1 H, ad esempio uno spessore globale su tutto il volume all'interno della bobina.
- Regolare il guadagno impulso di riferimento (RG), cioè la potenza del trasmettitore misurata in dB per 1 msec Hermite 90 ° impulsi RF, mediante la scansione di regolazione fornito dal venditore.
Nota: Questa regolazionevariare con il tipo di bobina RF ed è essenziale per 19 F MRI poiché il segnale sulla frequenza 19 F è generalmente troppo basso per rettifiche dirette. Di conseguenza, una stima del RG deve essere effettuato da misure sul segnale 1 H. Per la trasmissione RF con una bobina di superficie, il 1 H RG deve essere regolata ad un piano parallelo alla bobina attraverso la parte di interesse, per una bobina volume con omogenea B 1 profilo, le impostazioni esatte della regolazione sono meno importanti.
- Il seguente protocollo del 19 F riferimento impulsi di regolazione del guadagno funziona solo se viene effettuata sia 1 H e 19 F trasmissione RF con la stessa bobina RF (singolo o doppio-tuned). Per una tale configurazione di imaging, il profilo della bobina (B 1 campo di trasmissione) il 1 ° H dovrebbe essere proporzionale al profilo della bobina 19 F, quando viene applicato un RG fisso, vale a dire B 1,1 H = C * B 1,19 F con un puntelloortionality costante C.
- Per confermare che i profili elicoidali sono proporzionali per una configurazione specifica, acquisire un 1 H e F vibrazione angolo di mappa 19 (vedere la seguente sezione B 1 correzione) su un tubo con altamente concentrato 19 F, ad esempio TFA in acqua (01:01 v / v) con identiche campi di vista (FOV), preventivamente (Figura 3).
- Utilizzando la stessa RG, verificare che entrambe le mappe sono identiche ad eccezione del fattore C. globale
- Una volta che il 1 H RG è determinato, annotare questo numero.
- Effettuare una tradizionale 1 H risonanza magnetica come riferimento anatomico per l'imaging 19 F. Punto il sistema per il 19 frequenza F del marcatore cella ed eseguire una scansione 19 F MR. Idealmente la scansione 19 F MRI avrà lo stesso campo di vista e selezione della fetta come 1 H MRI, ma solitamente con risoluzione inferiore. L'animale può essere ripreso non appena l'immaginariong è completa. Elaborazione di immagini può essere effettuata offline.
- Determinare il 19 F RG tramite la relazione dB 19F = -20 dB 1H * log 10 (C). Stimare la frequenza agente 19 F in un esperimento separato in vitro.
Nota: In vivo, l'esatta frequenza può variare leggermente da esperimento per sperimentare a causa delle diverse condizioni di spessoramento. Per evitare artefatti chemical shift l'esatta frequenza dovrebbe quindi essere determinato in ogni esperimento da 19 F MRS, se possibile. Una scansione tipica di segnale molto basso 19 F sarebbe globale (pulse-acquire) spettroscopia (TR = 200 msec, NEX = 3.000, TA = 10 min, BW = 50 kHz). NEX, quindi TA, può essere notevolmente ridotto per il segnale alto 19 F. La frequenza F agente 19 è determinata dallo spettro dopo trasformazione di Fourier e correzione di fase. NEX si riferisce al numero di eccitazioni, TA è il tempo di acquisizione e BW rappresenta l'larghezza di banda.
Nota: i parametri di imaging tipiche 9 su un 11.7T/16 cm scanner animali sono dedicati: un anatomica scansione 1 H di imaging utilizzando un turbo di spin echo (TSE) di sequenza con TR / effettivo tempo di eco (TE eff) = 2.200 msec/42.8 msec, 8 echi per eccitazione, NEX = 2, 10 consecutivi 1 mm fette spesse, FOV = 1.92 x 1,92 centimetri 2, 128 x 128 matrice, cioè una risoluzione di 150 x 150 x 1.000 micron 3, TA = 1 min, BW = 50 kHz e uno schema di codifica di fase lineare. F 19 immagini sono state acquisite con la stessa sequenza e geometria corrispondenza, ma a bassa risoluzione in piano e inferiore BW (NEX = 256, 48 x 48 matrice, cioè una risoluzione di 400 x 400 x 1.000 3 micron, TA = 57 min, BW = 10 kHz).
- B 1 correzione
Utilizzando una bobina RF con disomogenea B 1 profilo, ad esempio una bobina di superficie, può ostacolare quantificazione dei dati 19 F dal segnale dipendenon solo il 19 concentrazione F ma anche dalla distanza dalla bobina. Acquisire un B 1 mappa sul canale 1 H, al fine di correggere in modo retrospettivo i dati di 19 F. Ciò richiede che 1 H e 19 F profili elicoidali sono identici, tranne per il fattore di proporzionalità C, e che sufficiente segnale di fondo 1 H è fornita in regioni 19 F. Un esempio di protocollo di correzione di una sequenza echo 19 F centrifuga viene presentata, utilizzando un singolo sintonizzato Tx / Rx bobina di superficie sintonizzabile sia 1 H e 19 C e con B proporzionale 1 profili 13. - Acquisire un 1 H vibrazione mappa angolo con il metodo a due flip angle 14. Acquisire un gradiente echo scansione con molto lunghi TR (> 3 volte 1 HT 1) con un angolo di vibrazione stimato di poco inferiore a 90 °. Chiudere alla bobina. Acquisire un secondo gradiente di scansione echo con un RG = dB 1H -6, cioè il doppio il flipangolo della prima scansione.
- Calcolare l'angolo di nutazione 1 H, α, al voxel (x, y, z) tramite le intensità di segnale (SI) della prima e seconda scansione GRE: α (x, y, z) = arcos (SI GE, 1 ( x, y, z) / 2SI GE, 2 (x, y, z)) 14. Il flip angle 19 F è identico (eccetto per il fattore 1 / C) a causa B proporzionale 1 profili. Secondo il principio di Faraday di reciprocità 15, l'attenuazione di 19 F intensità del segnale da uno spin echo (α angolo di eccitazione di vibrazione, di riorientamento capovolgere angolo 2α) durante la ricezione del segnale è att Rx (x, y, z) ~ α (x, y , z). L'attenuazione dovuta all'eccitazione imperfetta è att Tx (x, y, z) ~ 3 sin (α (x, y, z)) 16. L'attenuazione complessiva è scritto come att = attRx * attTx = α * sin 3 (α) / 90 °. Si noti che è normalizzata a 1 nel caso di perfetto angolo di 90 ° / 180 ° eccitazione / rifocalizzazione flip. Il B 1 corretto19 F immagine intensità di segnale SI 19F, corr sono calcolati tramite SI 19F, corr (x, y, z) = SI 19F (x, y, z) / att (x, y, z).
- Al fine di confrontare le intensità di segnale dai diversi esperimenti, inserire un tubo di riferimento definito con concentrazione 19 F nel campo visivo, e normalizzare il SI 19F, corr al segnale medio nel riferimento.
Nota: Altri 1 HB metodi 1 / mappatura flip angle possono essere usate e diverse sequenze di impulsi 19 F richiedono modifiche di att Tx, 19F. Qualsiasi tipo di schema di correzione B1 introdurrà ulteriori errori nella procedura di quantificazione delle cellule. Se la quantificazione delle cellule accurata è la premessa principale, una bobina RF con profilo B1 omogeneo può essere utilizzata per aggirare questa parte del protocollo.
7. Image Processing
- Fare 1 H e 19 immagini sovrapposte F
- Esportare i dati di immagineper la finale 1 H e 19 F immagini magnitudo dallo scanner.
- Aprire i file in un programma di elaborazione delle immagini, come ad esempio ImageJ (freeware, NIH).
- Eseguire le regolazioni dell'immagine come necessario (ritaglio, luminosità, contrasto) mantenendo le regolazioni lo stesso per tutte le immagini. Le 19 immagini F in genere bisogno di essere upscaling ad una risoluzione più alta per soddisfare le corrispondenti immagini H 1.
- Render le 19 immagini F in falso colore (selezionare una diversa tabella di look-up, sotto il menu "immagine" in J Image) e poi sovrapporre le corrispondenti immagini 1 H, al fine di localizzare il segnale.
- 19 F Quantificazione
- Selezionare un F image 19 (image grandezza) con le cellule interessate e il riferimento visibile.
- In un programma come immagine J, disegnare ROI sulle celle pertinenti, il riferimento ed una regione esterna al soggetto (rumore).
- Utilizzare il comando Analyzee quindi misurare (o semplicemente Ctrl + M) per calcolare l'intensità media dei pixel all'interno di queste regioni, e la loro area. Sia S (celle) si riferiscono alla intensità media dei pixel nella ROI sulle celle. Moltiplicare per il volume (= area x spessore della fetta) per calcolare il segnale totale.
- Calcolare il SNR, ad esempio utilizzando la formula SNR = 0,65 x S (celle) / σ, dove σ è la deviazione standard di intensità dei pixel in una ROI fuori del campione che è privo di qualsiasi manufatto chemical shift (tipicamente in aria background) 17. Se il SNR è sotto 5, una correzione per il segnale a causa del rumore può essere necessario e può essere effettuata come descritto altrove 11 10.
- Altrimenti, calcolare la quantità totale di 19 F responsabili del segnale nella ROI rispetto al riferimento moltiplicando l'area del riferimento nella fetta da spessore della fetta (per calcolare il volume) e la concentrazione di 19 F nel riferimento,che è noto e ritenuto omogeneo.
- Moltiplicare tale valore per il segnale totale nella ROI sulle celle, diviso per il segnale totale sul riferimento per calcolare la quantità di 19 F nelle cellule.
- Calcolare il numero di cellule dividendo questo numero per il valore di 19 F / cella, calcolato nella sezione 2.