Name: Niet-invasieve In Vivo Small Animal MRI en MRS: Basic experimentele procedures (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-10-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 27 s
Description: Leer niet-invasieve MRI- en MRS-procedures voor kleine dieren om biologische processen in muizen te bestuderen. Deze methode optimaliseert beeldvorming voor nauwkeurige analyse van metabole processen in vivo.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd mede ondersteund door NIH / NIBIB R21EB008166 te DL en NIA AG028455 en NIA AG022385 voor DJM. Wij danken dr. James Olson op het Fred Hutchinson Cancer Research Center voor het leveren van hun D282 tumor muizen.

Deel 1: Magnet Safety Zowel de MRI en MRS gebruik van een sterk magnetisch veld dat uiterste voorzichtigheid vereist. Bijvoorbeeld, de 4.7 T-instrument dat we gebruikt voor het huidige werk heeft een magnetisch veld ongeveer 90.000 keer de aarde magnetisch veld. De hoge magnetische veld is altijd op, zelfs wanneer de MR scanner niet wordt gebruikt. Een metalen voorwerp dat in contact komt met een dergelijk hoog magnetisch veld zal zich krachtig en snel worden aangetrokken door de magneet. Het is extreem gevaarlijk als een proefpersoon of operator is gelegen in het projectiel weg van een metalen voorwerp vliegen in de magneet. Daarom moet het personeel die de leiding hebben MR experimenten voorzichtig met metalen voorwerpen te verwijderen uit hun kleding voordat de nabijheid van het instrument en ook de omgeving vrij is van dergelijke objecten te handhaven. Meer gedetailleerde informatie over magneet veiligheid verschijnt in de literatuur 1 en de volgende webpagina: <a href="http://www.imrser.org/">http://www.imrser.org/</a> . De aanwezigheid van metaalachtig materiaal kan niet alleen leiden tot de eerder genoemde veiligheid in het geding, maar interfereren met experimentele resultaten door het induceren van imaging / spectroscopische artefacten. Het metaalachtig materiaal aanwezig in de buurt of in de imaging-object kan veranderen het magnetisch veld in de buurt en zo het genereren van artefacten op verworven beelden of te verbreden line-breedte van de spectra. Daarom, laat portemonnee, sleutels, pennen, etc. buiten de magneet als je dieren handvat voor MR procedures. Deel 2: In vivo MRI van de muis in een horizontale boring Magneet Dier Voorbereiding voor MRI <ol><li> Al het dier procedures moeten worden goedgekeurd door de institutionele zorg en het gebruik dier commissie (IACUC) voorafgaand aan het uitvoeren van een soort dieren omgaan. </li><li> We maken gebruik van verdampt isofluraan om dieren te verdoven voor de MRI-experimenten. Verdoving van de dieren kan worden bereikt door andere anesthetica, zoals Avertin (2,2,2-tribroomethanol of TBE) en een cocktail van ketamine en xylazine. Dosering informatie van elke narcose is te vinden in tabel 1. </li><li> Lijn een inductie kamer met geplastificeerd absorberend wondkussen (blauw pad of chuck). Plaats een muis (of meerdere muizen voor multi-muis imaging) in de inductie kamer. </li><li> Stel de flowmeter van de isofluraan vaporizer 1,5 tot 0,8 L / min. Dan is de isofluraan vaporizer aan te passen aan 4% voor ongeveer 2 3 minuten. </li><li> Na het bereiken van de chirurgische vlak van anesthesie (dwz geen teen knijpen respons), plaats de muis op een dier houder met zijn neus ingebracht in een neus (of masker). Een hoofd weerhouder kan gebruikt worden voor het hoofd beeldvorming en een lichaam houder kan worden gebruikt voor het lichaam beeldvorming. </li><li> Animal houders worden gebruikt om mogelijke beweging te voorkomen: er zijn verschillende soorten commerciële houders. Ook kan een speciaal ontworpen houder worden vervaardigd op een speciale eisen van een experimentele opstelling tegemoet te komen. Voor een speciaal ontworpen houder, zorg ervoor dat alleen niet-magnetisch materiaal te gebruiken. </li><li> Tijdens de beeldvorming periode, stelt u de flowmeter tot 0,4 0,8 ml / min en vermindering van de isofluraan vaporizer tot 1,2 1,5%. De vervallen gas afkomstig uit de muis neus kegel wordt verzameld door een pomp en afgevoerd naar een in-house vacuüm. </li><li> De ogen van het dier zal worden vochtig gehouden met een steriele oog smeren zalf. Het dier zal worden gehouden op 35-37 ° C gedurende het experiment in een warm water circulatie systeem. Andere soorten van de warmte bron kan worden gebruikt, zoals verwarmde pads en warme lucht geblazen in de radiofrequente (RF) spoel. </li><li> Een dier monitoringsysteem is ingevoerd om de lichaamstemperatuur, ademhaling / hartcyclus monitor, en de ademhaling / hart gating synchroniseren met beeld acquisities. </li><li> Een standaard voorbeeld gemaakt van agarose is naast het dier geplaatst om het signaal abrupte veranderingen op te volgen. Deze standaard agar monster is met name handig voor multi-slice en multi-tijdstip beeldvorming. Wanneer er een onverwachte verandering signaal wordt gedetecteerd in een plakje van de verkregen beelden, kan het segment met de onverwachte signaal verandering worden weggenomen. Ook kan het signaal intensiteiten te worden aangepast op basis van het signaal veranderen van de standaard monster tijdens post-beeldanalyse. </li><li> Na het goed plaatsen van het dier en de controle componenten op de houder van dieren, plaatst u de houder van dieren in het midden van een RF-spoel. </li><li> Verplaats de RF-spoel om de magneet kamer en steek de RF-spoel in het warme water circulatie systeem geplaatst in de magneet. Figuur 2 toont verschillende componenten van een MRI-scanner Gezien vanaf de voorzijde van de magneet boring. </li></ol> MRI Experiment <ol><li> Stem de RF-spoel om de 1 H resonantie frequentie en overeenkomen met de karakteristieke impedantie van de spoel van 50 Ohm met behulp van de tuning paneel in de MR-scanner. Dit is het bereiken van optimale omstandigheden van de signaalontvangst. De meeste menselijke MRI-scanners vereisen geen afzonderlijk proces van afstemmen / wedstrijd, behalvein MRS procedures. </li><li> Voer een shimming proces met behulp van een enkele puls sequentie. Een MR-signaal is afhankelijk van het milieu magnetisch veld homogeniteit. De shimming proces maakt het magnetisch veld in de regio van belang zijn voor een zo homogeen mogelijk te maken. Elk MR-scanner heeft zijn eigen manier om het shimming proces, inclusief automatische snelle shimming processen zoals snelle kaart en gradient shimming uit te voeren. </li><li> Optimaliseren van de RF-puls door het maximaliseren van een dimensionaal beeld profiel. RF puls bevoegdheden kunnen worden geschaard terwijl de constante puls lengte en een lang genoeg TR (recyclen vertraging), dat is ongeveer 3 - 5x de T 1 van weefsel. </li><li> Acquire scout beelden langs de drie orthogonale richtingen te axiale, coronale en sagittale beelden te creëren. Een snelle beeldacquisitie sequentie (dwz gradiënt echo of een snelle spin echo imaging volgorde) kan worden gebruikt om de scout beelden te verwerven. De verworven afbeeldingen worden gebruikt om plannen voor de daadwerkelijke beeldvorming met de bepaling van beeldvorming vliegtuigen. </li><li> Ga naar echo volgorde draaien. Selecteer de juiste volgorde parameters: TR (recycle delay) moet worden drie tot vijf keer het weefsel T een volledig ontspannen beelden zoals proton density of T 2 gewogen beelden te verwerven. TE (echo tijd) is de tijdsduur tussen de eerste RF-puls en het centrum van echo signaal. Een TE waarde kan worden geselecteerd afhankelijk van het beeldcontrast, zoals samengevat in tabel 2. Figuur 2 toont in vivo beelden die met verschillende relaxatie effecten van T 1, T 2 en T 2 * voor een naakt muis met een xenograft tumor op zijn rug. </li><li> T 2 metingen kunnen worden gedaan, hetzij met behulp van multiecho imaging of enkele echo imaging met meerdere TE waarden. </li><li> Na de MRI / MRS in vivo experiment, moeten de dieren worden gecontroleerd gedurende het herstelproces. Na de MRI, zullen de dieren worden genomen van de RF-spoel en gecontroleerd om een ​​volledig herstel te verzekeren toen terug naar de kooi. Warmteverlies is snel in verdoofde muizen. Houd de dieren warm door ze te bedekken met een gaasje pads of handdoeken en / of het verstrekken van een warmtebron tot de dieren hersteld van anesthesie. </li></ol> Image Processing <ol><li> Onderzoek verkregen beelden op de MR-console en overdracht geselecteerde gegevens naar een post-processing computer. </li><li> Wij gebruiken meestal de ImageJ ( <a href="http://rsbweb.nih.gov/ij/">http://rsbweb.nih.gov/ij/</a> ) voor het analyseren van beelden. Het beeld analyse omvat image scaling / filtering, berekeningen van T 1, T 2 en diffusie, tumorvolume metingen en segmentatie van tumoren. </li></ol> Deel 3. In vivo MRS voor Mouse achterbeen skeletspieren bij een verticale Boring Magneet Bouw van Manchet voor het opwekken van reversibele ischemie <ol><li> Begin met een stuk pvc-pijp die ongeveer 5-7 mm breed met een id van 12-15 mm. Boor een klein gat door de wand van dit stuk en draad. </li><li> Knip een stuk ballon dus het is open op beide uiteinden (helium ballonnen kwaliteit werken het best). Plaats dit stuk door de PVC-stuk en wikkel terug rond en tape eindigt samen op de buitenmuur van de PVC-stuk. </li><li> Gebruik krimpfolie om de ballon te verzegelen eindigt rond de buis. Moet u een manchet met een stevige buitenwand en een opblaasbare binnenwand. </li><li> Knip een oppervlakte van krimpfolie en ballon rond de schroefdraad gat, en zorg ervoor dat genoeg materiaal laten tussen het gat en de rand van de PVC-stuk. Schroefdraad een 1,5 cm stukje van non-ferro metalen (dat wil zeggen messing) in het gat in de PVC. Hiermee kun je opblazen van de manchet. Afdichting het gebied met 5 minuten epoxy. </li><li> Dit oplossen manchet op zijn plaats naast de RF-spoel in het MRS sonde en aansluiten op een extern sfygmomanometer. </li></ol> Op maat Ademhaling Monitor <ol><li> We maken gebruik van een op maat gemaakte ademhaling monitor die is gemaakt om compatibel te zijn met de beperkte ruimte en de toegang tot de boring van de magneet. Verschillende commerciële modellen zijn ook beschikbaar. </li><li> Das een klein ballonnetje aan het einde van stretch bestendige slangen ingevoerd in de sonde. </li><li> Bevestig het andere uiteinde van de slang aan op een drukopnemer. </li><li> Zorg ervoor dat de lijn en de ballon zijn vrij van luchtbellen. De belletjes zal verzwakken het signaal van compressie van de ballon wordt veroorzaakt door beweging van de muis lichaam als gevolg van de ademhaling. </li></ol> Muis Positionering in MRS Probe <ol><li> Verdoven van de muis met 5% Avertin (0,010 ml / g lichaamsgewicht). </li><li> Na het bereiken van de chirurgische vlak van anesthesie, plaatst u de muis in de MRS sonde door het plaatsen van de muis op zijn rug op de muis ondersteuning. Plaats de met vloeistof gevulde ballon aan de ventrale zijde van de muis en veilig in plaats met muis ondersteuning bandjes. </li><li> Plaats de muis en het lichaam te ondersteunen in het MRS-sonde. </li><li> Trek een achterbeen door de ischemische manchet en MRS spoel. Het been moet in het midden van de spoel als much mogelijk te maken. Deze regeling kan de muis lichaam horizontaal worden geplaatst in een verticale boring magneet (figuur 3). </li><li> Fix been in plaats van tape te voet naar stijve steun. </li><li> Subcutaan plaats thermokoppel in achterbeen buiten de regio bemonsterd door de spoel. </li><li> Bevochtig de ogen met het oog smerende zalf voor de ogen te voorkomen drogen. Cover muis ogen en het gezicht te wrijven of irritatie te voorkomen dat de wand van de sonde. </li><li> Andere meet-sondes kunnen worden toegevoegd, afhankelijk van de specifieke behoeften van het experiment. </li></ol> Het opzetten van MRS Experiment <ol><li> Sluit de luchtstroom naar verwarmingselement op de MRS sonde. </li><li> Stel de instelbare temperatuur-eenheid op VNMR software om been temperatuur op 35-37 ° C. </li><li> Tune spoel frequentie en impedantie overeenkomen met het gebruik van de tuning paneel in de MRS software voor zowel een H-en P-31 resonanties. </li><li> Stel shimming circuits naar de homogeniteit van de B1 magnetisch veld te optimaliseren in de regio van belang met behulp van een H-spectroscopie. </li><li> Schakel over naar 31 P de frequentie van de RF-puls breedte te bepalen maximum signaal van een gratis inductie verval (FID) (90 ° tijd) opleveren. </li><li> Verzamel een hoge signaal-ruis volledig te ontspannen spectra (FRS) om de ratio&#39;s van anorganisch fosfaat (P i) en creatinefosfaat (PCR) te bepalen om ATP onder volledig ontspannen omstandigheden. Deze spectra worden verzameld met behulp van de 90 ° tijd met de tijd tussen de FID acquisities (TR) van ongeveer 5x de T 1 van de PCR (20 sec. Op 7 T). Deze zullen worden gebruikt voor de kwantificering van PCR en P i niveaus van MR spectra. </li></ol> Ischemische Experiment <ol><li> Een eenvoudige ischemische verstoring kan voor de bepaling van de rust en de maximale mitochondriale ATP productie door het meten van veranderingen in de creatinefosfaat tijdens en onmiddellijk na ischemie. </li><li> Set-up matrix om meerdere spectra te verzamelen met behulp van een 45 ° puls breedte (dat wil zeggen 0,5 x de 90 ° tijd) en een TR van 0,5 x de T 1 (~ 1.5 sec.). We meestal verzamelen 4 FID voor elke spectra (aantal gemiddeld (na) = 4 in VNMR software) voor een tijd resolutie van ongeveer 6 seconden. Deze keer resolutie is voldoende nauwkeurig te bepalen rust en maximale mitochondriale ATP productie. </li><li> Verzamel rusten spectra voor ongeveer 5 minuten. </li><li> Veroorzaken ischemie door het opblazen van de manchet 270-300 mmHg voor 10-12 minuten. </li><li> Laat de manchet en het verzamelen van herstel spectra gedurende 5 minuten. </li><li> Verwijder de voeler magneet en de muis van de sonde. Laat de muis om van anesthesie terug onder de juiste omstandigheden. Experimenten kunnen worden herhaald op de volgende dagen. Na de laatste spectroscopie experiment muis beenspieren zijn verwijderd en onmiddellijk te bevriezen-geklemd in vloeibare N 2 voor de analyse van ATP concentraties door HPLC. </li></ol> Data Analysis <ol><li> Gegevens worden geanalyseerd met behulp van offline een van de verschillende spectrale analyse programma&#39;s voor NMR-spectra. Ons laboratorium gebruikt doorgaans past de standaard 2 en jMRUI (http://www.mrui.uab.es/mrui/mrui_Overview.shtml) voor het kwantificeren van de piekoppervlakken. </li><li> Eerste PCr afbraak prijzen tijdens ischemie is een maat voor de mitochondriale ATP-productie onder normoxische voorwaarden als beschreven in verschillende kranten 3-5. PCr recovery rates kan worden gebruikt om de maximale capaciteit voor de mitochondriale ATP productie op basis van de aanpak te bepalen eerder beschreven 4,6. </li></ol> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig1.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig1tmb.jpg" alt="Figuur 1" /></a> Figuur 1. In vivo MRI setup gezien vanaf de voorkant van de magneet boring. De setup bestaat uit een RF-spoel, dier warming-systeem (of warm water circulatie systeem) en gradiënt te voegen. Al deze componenten zijn ingevoegd in een horizontale magneet. Warm water wordt verwarmd in een water reservoir buiten de magneet kamer en geïntroduceerd in het dier warming-systeem via een Tygon slang (groene band). Na circuleren in de cilinder, is het water getrokken uit de warming-systeem terug naar het water reservoir te verwarmen. Een isofluraan buis en vacuümbuis worden gebruikt om muizen verdoven tijdens MRI experimenten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig2.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig2tmb.jpg" alt="Figuur 2" /></a> Figuur 2 In vivo afbeeldingen voor een naakt muis met xenograft tumor (D282 tumor) op zijn rug (pijl) met verschillende ontspanning effecten:. A. T een afgewogen beeld (TR / TE = 500/14.2ms). B. T 2 afgewogen beeld (TR / TE = 2s/40ms). Zowel de T 1 en T 2 gewogen beelden werden overgenomen door spin-echo sequentie. C. T 2 kaart verwerkt met 4 sets van beelden verkregen door DIFschillende TE-waarden variërend van 20 tot 80 ms. D. T 2 * gewogen beeld (TR / TE = 180/7.39ms, flip hoek = 20 graden) overgenomen door gradiënt echo sequentie. Gezichtsveld van 35 x 35 mm 2 is voor alle MR-beelden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig3.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig3tmb.jpg" alt="Figuur 3" /></a> Figuur 3. Illustratie van de muis geplaatst in horizontale lichaam houder met been vastgezet in RF spoel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1592/1592fig4.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1592/1592fig4tmb.jpg" alt="Figuur 4" /></a> Figuur 4. In vivo 31 P spectra via een ischemie-reperfusie cyclus. De gegevens werden verzameld op een 7 T verticale boring magneet en lijn uitgebreid met een 20 Hz exponentiële filter. TR = 1, na = 4, iedere 20 spectra worden uitgezet. Tabel 1. De dosering van verdoving voor muizen MRI / MRS. <table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr><td> Dier Soorten </td><td> Verdovingsmiddel Agent </td><td> Dosis (Mg / kg voor injectables) </td><td> Route </td></tr><tr><td> Muis </td><td> Isofluraan gas </td><td> 4,0% voor 2-3 min (inductie), dan 1,2 tot 1,5% continu (onderhoud) </td><td> Ingeademd via de neus kegel </td></tr><tr><td> Muis </td><td> Avertin </td><td> 5%, 10ml/kg lichaamsgewicht </td><td> intraperitoneale (IP) </td></tr><tr><td> Muis </td><td> Ketamine / Xylazine </td><td> 100 mg / kg en 10 mg / kg </td><td> IP </td></tr></tbody></table> Tabel 2. Afbeelding met ontspanning wegingen <table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr><td> Afbeelding Weging </td><td> TR (recyclen vertraging) </td><td> TE (echo tijd) </td></tr><tr><td> T1 </td><td> Kort (korter dan T1) </td><td> Kort (korter dan T2) </td></tr><tr><td> T2 </td><td> Lange (3 ~ 5 keer T1) </td><td> Lange (rond T2) </td></tr><tr><td> PD (proton density) </td><td> Lange (3 ~ 5 keer T1) </td><td> Kort (korter dan T2) </td></tr></tbody></table> T1: spin-rooster relaxatietijd (of longitudinale relaxatietijd) tijd T2: spin-spin relaxatietijd (of dwarse ontspanning) tijd

<ol><li>Stecco, A., Saponaro, A., Carriero, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patient+safety+issues+in+magnetic+resonance+imaging%3A+state+of+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Radiol+Med%22%5BJournal%5D)">Patient safety issues in magnetic resonance imaging: state of the art.</a> Radiol Med. 112, 491-491 (2007).</li>
<li>Heineman, F. W., Eng, J., Berkowitz, B. A., Balaban, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NMR+spectral+analysis+of+kinetic+data+using+natural+lineshapes%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">NMR spectral analysis of kinetic data using natural lineshapes.</a> Magn Reson Med. 13, 490-490 (1990).</li>
<li>Amara, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mitochondrial+function+in+vivo%3A+spectroscopy+provides+window+on+cellular+energetics%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Mitochondrial function in vivo: spectroscopy provides window on cellular energetics.</a> Methods. 46, 312-312 (2008).</li>
<li>Blei, M. L., Conley, K. E., Kushmerick, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separate+measures+of+ATP+utilization+and+recovery+in+human+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Separate measures of ATP utilization and recovery in human skeletal muscle.</a> J Physiol. 465, 203-203 (1993).</li>
<li>Marcinek, D. J., Schenkman, K. A., Ciesielski, W. A., Conley, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mitochondrial+coupling+in+vivo+in+mouse+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol+Cell+Physiol%22%5BJournal%5D)">Mitochondrial coupling in vivo in mouse skeletal muscle.</a> Am J Physiol Cell Physiol. 286, C457-C457 (2004).</li>
<li>Paganini, A. T., Foley, J. M., Meyer, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Linear+dependence+of+muscle+phosphocreatine+kinetics+on+oxidative+capacity%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Linear dependence of muscle phosphocreatine kinetics on oxidative capacity.</a> Am J Physiol. 272, 501-501 (1997).</li>
<li>Sun, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+MRI+detection+of+gliomas+by+chlorotoxin-conjugated+superparamagnetic+nanoprobes%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">In vivo MRI detection of gliomas by chlorotoxin-conjugated superparamagnetic nanoprobes.</a> Small. 4, 495-495 (2008).</li>
<li>Marcinek, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+mitochondrial+coupling+in+vivo+alters+cellular+energetics+in+aged+mouse+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Reduced mitochondrial coupling in vivo alters cellular energetics in aged mouse skeletal muscle.</a> J Physiol. 569, 467-467 (2005).</li>
</ol>

De pre-overname stappen van stemmen / wedstrijd en shimming zijn cruciaal voor een hoge ruimtelijke resolutie en een hoge signaal-ruisverhouding (SNR) te verwerven. Het is ook belangrijk om conditie van het dier monitor met een dier monitoringsysteem om een ​​stabiele fysiologische status te behouden voor de dieren tijdens het signaal overnames te voldoen aan de dieren op humane wijze hanteren en om mogelijke artefactuele metingen te voorkomen. De procedures beschreven in het protocol kan worden aangepast om aanvullende...

<table><tbody><tr><td>Inova 200 MR-scanner/4,7 T</td><td>Varian Inc., Agilent</td><td></td><td>Gebruikt voor MRI van muizen</td></tr><tr><td>Inova 300 NMR-spectrometer/7 T</td><td>Varian Inc., Agilent</td><td></td><td>Gebruikt voor MRS van skeletspieren van muizen</td></tr></tbody></table>

niet-invasieve in vivo small animal mri en mrs: basic experimentele procedures

Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

Kleine dieren Magnetische Resonantie (MR) onderzoek is naar voren gekomen als een belangrijk onderdeel van de moderne biomedische onderzoek als gevolg van de niet-invasieve karakter en de rijkdom van biologische informatie die zij biedt. MR vereist geen ioniserende straling en kan niet-invasief bieden een hogere resolutie en een betere signaal-ruis verhouding in vergelijking met andere tomografische of spectroscopische modaliteiten. In dit protocol zullen we ons richten op kleine dieren MRI en MR spectroscopie (MRI / MRS) naar niet-invasief te verwerven ontspanning gewogen<sup&gt; 1</sup&gt; H beelden van de muis en het verkrijgen van<sup&gt; 31</sup&gt; P spectra van de muis spier. Dit werk doet geen poging om elk aspect van kleine dieren MRI / MRS te dekken, maar brengt elementaire procedures van de muis MRI / MRS experimenten. Het belangrijkste doel van dit werk is om onderzoekers van de basis-procedures op de hoogte voor de<em&gt; In vivo</em&gt; MR experimenten op kleine dieren. Het doel is om een ​​beter begrip van de fundamentele experimentele procedures aan te brengen zodat onderzoekers nieuwe aan de MR veld beter te plannen voor niet-MR componenten van hun studies, zodat zowel de MR-en niet-MR procedures naadloos worden geïntegreerd.

Dit werk beschrijft elementaire procedures van niet-invasieve kleine dieren MRI en MRS<em&gt; In vivo</em&gt;.

Niet-invasieve In Vivo Small Animal MRI en MRS: Basic experimentele procedures

Onderzoek met magnetische resonantie (MR) bij kleine dieren is een belangrijk onderdeel geworden van het moderne biomedische onderzoek vanwege het niet-invasieve karakter en de ...

Om met dit experiment te beginnen, wordt een geanestheseerde muis op een dierenhouder geplaatst die vervolgens in een radiofrequentiespoel of RF-spoel wordt ingebracht. Voorafgaand aan een MRI- of MRS-experiment wordt de RF-spoel afgestemd op de resonantiefrequentie en aangepast aan een karakteristieke impedantie van 50 ohm. Vervolgens wordt de MRI- of MRS-acquisitie uitgevoerd na optimalisatie van de polssequentie, waarna de beelden of spectra ten slotte worden geanalyseerd met behulp van analyseprogramma's.Hallo, ik ben Dawn Lee van het R Research Lab van de afdeling Radiologie aan de University of Washington. En ik ben David Senek, eveneens van het R Research Lab en de afdelingen Radiologie en Bioengineering aan de University of Washington. Vandaag laten we u een procedure zien voor magnetische resonantie-beeldvorming en magnetische resonantiespectroscopie bij muizen.In ons laboratorium gebruiken we deze procedures om muismodel-tumoren, spierdystrofie en spiermetabolisme te bestuderen. Laten we beginnen. Dit protocol is niet bedoeld om elk aspect van MRI bij kleine dieren te behandelen, maar om de basisprocedures van MRI-experimenten bij muizen te introduceren.Het doel is om een beter begrip te verschaffen van de basisprocedures voor in vivo MR-experimenten bij kleine dieren, zodat onderzoekers die nieuw zijn in het MR-veld hun studies beter kunnen plannen voor de niet-MR-componenten. Zo kunnen uiteindelijk zowel de MR- als de niet-MR-procedures naadloos worden geïntegreerd. Om de voorbereidingen voor het magnetic resonance imaging- of MRI-experiment te starten, plaatst u een met isofluoraan geanestheseerde muis op een dierhouder, waarbij de neus in een neusconus wordt geplaatst.Een hoofdfixeerklem kan worden gebruikt voor beeldvorming van de kop, en een lichaamshouder kan worden gebruikt voor beeldvorming van het lichaam. Houd de ogen van het dier vochtig met een steriele oogsmeersalf.Het dier moet tijdens het experiment op 35 tot 37 graden Celsius worden gehouden in een warmwatercirculatiesysteem. Een systeem voor diermonitoren wordt gebruikt om zowel de lichaamstemperatuur, ademhaling en hartcyclus te bewaken, als om de ademhalings- en hartslaggating te synchroniseren met de beeldacquisities. Plaats vervolgens een standaard agro-monster naast het dier om abrupte signaalveranderingen te monitoren.Dit standaard landbouwsample is bijzonder nuttig voor beeldvorming met meerdere coupes en meerdere tijdstippen. Wanneer er een onverwachte signaalwijziging wordt gedetecteerd in een coupe van de verkregen beelden, kan deze coupe worden geëlimineerd. Zodra het dier is vastgezet en alle monitoringcomponenten zijn geplaatst, wordt de dierhouder in het centrum van een radiofrequentiespoel of RF-spoel geplaatst.Verplaats de RF-spoel naar de magneetruimte en plaats deze in het warmwatercirculatiesysteem dat zich in de magneet bevindt. Start nu de acquisitie van MRI-gegevens. Pas tijdens de beeldvormingsperiode de flowmeter aan naar 0,4 tot 0,8 milliliters per minuut en verlaag de isofluraan-verdamper naar 1,2 tot 1,5%. Het uitgeademde gas uit de neuskegel van de muis wordt afgevoerd naar een intern vacuümsysteem.Om de signaalontvangst te optimaliseren, stemt u de RF-spoel af op de resonantiefrequentie van proton H1 en stemt u de karakteristieke impedantie van de spoel af op 50 ohm. Met gebruik van het afstemmingenpaneel in de MR-scanner hebben de meeste menselijke MRI-scanners geen apart proces van impedantiematching nodig, behalve bij MRS-procedures. Begin het shimmen met een enkele polssequentie.Het shimming-proces optimaliseert de homogeniteit van het magneetveld in het gebied van interesse. Elke scanner heeft een eigen methode voor het uitvoeren van het shimming-proces, inclusief automatische snelle shimming-processen, zoals fast map en gradiënt-shimming. Wanneer de shimming is voltooid, dient de RF-puls te worden geoptimaliseerd.Door het eendimensionale beeldprofiel te maximaliseren. De vermogens van de RF-pulsen kunnen in een reeks worden geplaatst terwijl de pulslengte constant wordt gehouden en een voldoende lange hersteltijd (recycle delay) wordt aangehouden. De TR moet ongeveer drie tot vijf keer de T1 van het weefsel bedragen; neem scout-beelden op langs drie orthogonale oriëntaties om axiale, coronale en sagittale beelden te creëren.Een snelle beeldacquisitiesequentie kan worden gebruikt voor het verkrijgen van de scout-beelden. De verkregen beelden worden gebruikt voor de planning van de eigenlijke beeldvorming, waarbij de beeldvormingsvlakken worden bepaald. Tijdens de eigenlijke beeldvorming wordt een spin-echo-sequentie gebruikt.T2-metingen kunnen worden uitgevoerd met behulp van multi-echo imaging of single-echo imaging met meerdere T-waarden. Nu het MRI-experiment is voltooid, bekijken we in vivo magnetische resonantiespectroscopie of MRS voor skeletspieren in de achterpoot van muizen, voor zowel de rust- als de maximale mitochondriale capaciteit. De ATP-productie kan worden bepaald door MRS te gebruiken om veranderingen in fosfocreatinine tijdens en direct na ischemie te meten.Begin met het maken van een manchet om reversibele ischemie op te wekken. Gebruik hiervoor een stuk PVC-buis met een breedte van ongeveer vijf tot zeven millimeter en een binnendiameter van 12 tot 15 millimeter. Boor een klein gat door de wand en snijd een stuk van een ballon af zodat deze aan beide uiteinden open is.Ballonnen van heliumkwaliteit werken het beste. Steek dit stuk door het PVC-stuk en wikkel het er weer omheen. Plak de uiteinden tegen de buitenwand van het PVC-stuk aan elkaar vast.Gebruik vervolgens krimpfolie om de uiteinden van de ballon rond de buis af te dichten. U dient nu een manchet te hebben met een stevige buitenwand en een opblaasbare binnenwand. Snijd een gedeelte van de krimpfolie en de ballon rond het schroefgat weg.Zorg dat er voldoende materiaal overblijft tussen het gat en de rand van het PVC-stuk en steek een stukje niet-ferrometaal van 1,5 centimeter in het gat in het PVC. Hiermee kan de manchet worden opgepompt. Afdichten van het gebied met vijfminuten-epoxy.Bevestig nu de manchet naast de RF-spoel in de MRS-sonde en sluit deze aan op een externe drukmetingsmanometer. Plaats vervolgens een gebouteviseerde muis in de MRS-sonde door deze met de buikzijde naar boven op de muisondersteuning te leggen.Plaats de met vloeistof gevulde ballon op de ventrale zijde van de muis en zet deze vast met ondersteuningsbanden voor muizen. Plaats de muis en de lichaamsondersteuning in de MRS-probe. Trek één achterpoot door de ischemische manchet en de MRS-spoel.Het achterbeen moet zoveel mogelijk in het midden van de spoel worden geplaatst. Deze opstelling maakt het mogelijk om het lichaam van het dier horizontaal te positioneren. Plaats bij een verticale bore-magneet het probe-lichaam in de magneet, voer de tuning, matching en shimming uit om de signaal-ruisverhouding van de MRS te optimaliseren zoals beschreven voor MRI, behalve dat bij MRS de RF-puls wordt geoptimaliseerd door de amplitude van het spectrum te maximaliseren.Gebruik nu P 31 MRS om spectra met een hoge signaal-ruisverhouding en volledige relaxatie te verzamelen, of FRS om de ratio's van anorganisch fosfaat en fosfocreatine ten opzichte van TP onder volledig gerelaxte omstandigheden te bepalen. Om een ischemie-experiment uit te voeren, verzamelt u eerst gedurende ongeveer vijf minuten de rustspectra. Wek nu ischemie op door de manchet op te pompen tot 270 tot 300 millimeters kwik gedurende 10 tot 12 minuten.Laat de manchet los en verzamel herstelspectra gedurende vijf minuten. Experimenten kunnen op opeenvolgende dagen worden herhaald. Nu tonen we enkele representatieve resultaten van in vivo MRI en MRS.De naakte muis heeft een xenograft D 2 82 hersentumor op de rug en is gefotografeerd met een conventionele spin-echo-sequentie met verschillende relaxatie-effecten. Op het T1-gewogen beeld vertoont de tumor een vergelijkbare intensiteit als het aangrenzende weefsel. Terwijl het corresponderende T2-beeld de tumor duidelijk visualiseert als een hyperintense regio.Multi-echo acquisitie maakt de berekening van een T2-kaart mogelijk die kwantitatieve informatie bevat over de T2-variatie in het lichaam van het dier. Regionale T2-veranderingen in het tumorgebied kunnen longitudinaal worden gemonitord op de overlappende afbeelding. Hier wordt een volledig ontspannen P31-MRS-spectrum van een achterpoot van een muis getoond.Dit spectrum vertegenwoordigt 16 opgetelde fid's. De volgorde van de pieken van links naar rechts vertegenwoordigt de volgende spiermetabolieten: anorganisch fosfaat pi, fosfocreatine, PCR, en de fosfaten van een ATP gamma alfa en bèta P 31 MRS spectra verzameld gedurende het dynamische ischemie-reperfusie-experiment. Tijdens ischemie neemt PCR af en PI toe. De afnamesnelheid van PCR tijdens ischemie is gelijk aan de mitochondriale ATP-productie in rust.Het PCR-herstel na ischemie kan worden gebruikt om de maximale mitochondriale ATP-productie te berekenen. We hebben zojuist gedemonstreerd hoe in vivo muisbeelden kunnen worden verkregen en hoe het in vivo spiermetabolisme van de muis kan worden gemeten met behulp van magnetische resonantiespectroscopie en magnetische resonantiebeeldvorming. Voor de MRS hebben we een op maat gemaakte RF-spoel gebouwd waarmee het lichaam van de muis in een horizontale positie in een verticale boormagneet kan worden gehouden.Hierdoor kunnen deze experimenten op elk verticaal systeem met een grote boring worden uitgevoerd. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de procedure onder optimale condities moet plaatsvinden, zoals een betere afstemming en matching van de RF-spoel en een verbetering in de homogeniteit van het magnetische veld. Het is daarnaast belangrijk om de conditie van het dier te bewaken met een monitorsysteem voor dieren om een stabiele fysiologische toestand van het dier te handhaven en eventuele artefacten in de metingen te voorkomen.Dat was alles. Bedankt voor het kijken en veel succes met uw experimenten.

noninvasive-vivo-small-animal-mri-mrs-basic-experimental

Research

JoVE Journal

Biology

Biologie

Magnetic resonance imaging (MRI) is uitgegroeid tot een steeds populairder middel voor de behandeling van het fenotype van genetisch veranderde muizen. Dit artikel illustreert de methoden die nodig zijn om high-throughput fenotypering van genetisch veranderde muizen met behulp van meerdere MRI-muis te bereiken.

Multiple-muis neuroanatomische Magnetic Resonance Imaging

Een In vivo Knaagdieren Model van krimp veroorzaakte letsel en niet-invasieve monitoring van de Recovery

Het volgen van cellen met behulp van MRI heeft opgedaan opmerkelijke aandacht in de afgelopen jaren. Dit protocol beschrijft de etikettering van dendritische cellen met fluor...

Monitoring Dendritische cel-migratie met behulp van<sup&gt; 19</sup&gt; F /<sup&gt; 1</sup&gt; H Magnetic Resonance Imaging

Contrast-versterkte cardiale magnetische resonantie (CMR) beeldvorming maakt het mogelijk...

Evaluatie van de hartfunctie en myocard morfologie Met kleine dieren Look-locker Inversion Recovery (SALLI) MRI bij ratten

We beschrijven hoe MRI- en PET-beeldvorming van het muishart wordt uitgevoerd. Het protocol is aangepast om de behandelingseffectiviteit te beoordelen in modellen van myocardinfarct en hartfalen.

MRI en PET in muismodellen van myocardinfarct

Deze video illustreert een methode, met behulp van een klinische 3 T scanner, voor contrast-versterkte MRI van de naïeve muis visuele projectie en voor herhaalde en longitudinale in vivo studies van de oogzenuw degeneratie geassocieerd met acute oogzenuw verpletteren letsel en chronische oogzenuw degeneratie in knock-out muizen (p50 KO).

In vivo beeldvorming van Optic Nerve Fiber Integrity by-Contrast Enhanced MRI in Muizen

Deze studie toont de succesvolle implementatie van magnetische resonantiemicroscopiebeeldvorming aan als een niet-invasieve tool om de hartafwijkingen te beoordelen bij muizen die zijn getroffen door auto-immuun myocarditis. De gegevens geven aan dat de techniek kan worden gebruikt om de ziekteprogressie bij levende dieren te volgen.

Niet-invasieve evaluatie van cardiale afwijkingen in experimentele autoimmuun Myocarditis door Magnetic Resonance Imaging Microscopy in de muis

Het gebruik van ultrahoge veld MRI als een niet-invasieve manier om fenotypische informatie te verkrijgen van knaagdiermodellen voor polycystische nierziekte en om interventies te monitoren, wordt beschreven. In vergelijking met de traditionele histologische aanpak, kunnen MRI-beelden in vivo worden verkregen, wat longitudinale follow-up mogelijk maakt.

Het gebruik van ultra-hoge gebied MRI in kleine knaagdieren Modellen van Polycystic voor<em&gt; In Vivo</em&gt; Fenotypering and Drug Monitoring

De vertaling van de bevindingen van intravitale microscopie wordt uitgedaagd door de geringe dieptepenetratie in het weefsel. Hier beschrijven we een muismodel met dorsale vensterkamer dat co-registratie van intravitale microscopie en klinisch toepasbare beeldvormingsmodaliteiten (bijv. CT, MRI) mogelijk maakt voor directe ruimtelijke correlatie, waardoor de klinische vertaling van intravitale microscopiebevindingen mogelijk wordt gestroomlijnd.

Een dorsaal huidplooi raamkamer tumor muismodel voor gecombineerde intravitale microscopie en magnetische resonantie beeldvorming in translationeel kankeronderzoek

Tracking Dynamica van Muscle innesteling in kleine dieren door In Vivo TL-Imaging

Leer niet-invasieve MRI- en MRS-procedures voor kleine dieren om biologische processen in muizen te bestuderen. Deze methode optimaliseert beeldvorming voor nauwkeurige analyse van metabole processen in vivo.

Niet-invasieve In Vivo Small Animal MRI en MRS: Basic experimentele procedures

Meer video's verkennen