Name: Geregistreerd BioImaging van nanomaterialen voor diagnostische en therapeutische monitoring (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-09T17:00:00.000+00:00
Duration: 17 min 16 s
Description: Leer bioimaging-methoden voor het beoordelen van nanopartikelbiodistributie in hersenen voor therapeutische en diagnostische monitoring. Deze technieken bieden een vertaalbare route van knaagdier naar menselijke toepassingen.

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

Het werk werd ondersteund door subsidies 1K25MH089851, 1P01DA028555-01A1, 2R01 NS034239, 2R37 NS36126, P01 NS31492, P20RR 15.635, P01MH64570 en P01 NS43985 van de National Institutes of Health. De auteurs danken mevrouw Robin Taylor voor de kritische lezing van het manuscript en uitstekende grafische en literaire ondersteuning. De auteurs willen ook graag Erin McIntyre, Melissa Mellon, en Lindsay Rice bedanken voor hun technische ondersteuning.

<ol><li>Nowacek, A., Gendelman, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NanoART+neuroAIDS+and+CNS+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine+%28Lond%29%22%5BJournal%5D)">NanoART neuroAIDS and CNS drug delivery.</a> Nanomedicine (Lond). 4, 557-574 (2009).</li>
<li>Nowacek, A., Kosloski, L. M., Gendelman, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurodegenerative+disorders+and+nanoformulated+drug+development%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine+%28Lond%29%22%5BJournal%5D)">Neurodegenerative disorders and nanoformulated drug development.</a> Nanomedicine (Lond). 4, 541-555 (2009).</li>
<li>Nowacek, A. S., Miller, R. L., McMillan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NanoART+synthesis%2C+characterization%2C+uptake%2C+release+and+toxicology+for+human+monocyte-macrophage+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomedicine+%28Lond%29%22%5BJournal%5D)">NanoART synthesis, characterization, uptake, release and toxicology for human monocyte-macrophage drug delivery.</a> Nanomedicine (Lond). 4, 903-917 (2009).</li>
<li>Herbein, G., Varin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+macrophage+in+HIV-1+infection%3A+from+activation+to+deactivation%5BTitle%5D)+AND+%22Retrovirology%22%5BJournal%5D)">The macrophage in HIV-1 infection: from activation to deactivation.</a> Retrovirology. 7, 33-33 (2010).</li>
<li>Qian, B. Z., Pollard, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macrophage+diversity+enhances+tumor+progression+and+metastasis%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Macrophage diversity enhances tumor progression and metastasis.</a> Cell. 141, 39-51 (2010).</li>
<li>Nathan, C., Ding, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonresolving+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Nonresolving inflammation.</a> Cell. 140, 871-882 (2010).</li>
<li>McNeill, E., Channon, K. M., Greaves, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inflammatory+cell+recruitment+in+cardiovascular+disease%3A+murine+models+and+potential+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Sci+%28Lond%29%22%5BJournal%5D)">Inflammatory cell recruitment in cardiovascular disease: murine models and potential clinical applications.</a> Clin Sci (Lond). 118, 641-655 (2010).</li>
<li>Bondeson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activated+synovial+macrophages+as+targets+for+osteoarthritis+drug+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Drug+Targets%22%5BJournal%5D)">Activated synovial macrophages as targets for osteoarthritis drug therapy.</a> Curr Drug Targets. 11, 576-585 (2010).</li>
<li>Benoit, L. A., Holtzman, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+immune+pathways+from+chronic+post-viral+lung+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+N+Y+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">New immune pathways from chronic post-viral lung disease.</a> Ann N Y Acad Sci. 1183, 195-210 (2010).</li>
<li>Beduneau, A., Ma, Z., Grotepas, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facilitated+monocyte-macrophage+uptake+and+tissue+distribution+of+superparmagnetic+iron-oxide+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Facilitated monocyte-macrophage uptake and tissue distribution of superparmagnetic iron-oxide nanoparticles.</a> PLoS One. 4, e4343-e4343 (2009).</li>
<li>Dou, H., Grotepas, C. B., McMillan, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macrophage+delivery+of+nanoformulated+antiretroviral+drug+to+the+brain+in+a+murine+model+of+neuroAIDS%5BTitle%5D)+AND+%22J+Immunol%22%5BJournal%5D)">Macrophage delivery of nanoformulated antiretroviral drug to the brain in a murine model of neuroAIDS.</a> J Immunol. 183, 661-669 (2009).</li>
<li>Liu, Y., Uberti, M. G., Dou, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ingress+of+blood-borne+macrophages+across+the+blood-brain+barrier+in+murine+HIV-1+encephalitis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuroimmunol%22%5BJournal%5D)">Ingress of blood-borne macrophages across the blood-brain barrier in murine HIV-1 encephalitis.</a> J Neuroimmunol. 200, 41-52 (2008).</li>
<li>Hetherington, H. P., Chu, W. J., Gonen, O., Pan, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+fully+automated+shimming+of+the+human+brain+for+high-field+1H+spectroscopic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Robust fully automated shimming of the human brain for high-field 1H spectroscopic imaging.</a> Magn Reson Med. 56, 26-33 (2006).</li>
<li>Hasan, K. M., Parker, D. L., Alexander, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+gradient+encoding+schemes+for+diffusion-tensor+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Comparison of gradient encoding schemes for diffusion-tensor MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 13, 769-780 (2001).</li>
<li>Hasan, K. M., Basser, P. J., Parker, D. L., Alexander, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analytical+computation+of+the+eigenvalues+and+eigenvectors+in+DT-MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson%22%5BJournal%5D)">Analytical computation of the eigenvalues and eigenvectors in DT-MRI.</a> J Magn Reson. 152, 41-47 (2001).</li>
<li>Neeman, M., Freyer, J. P., Sillerud, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+method+for+obtaining+cross-term-free+images+for+diffusion+anisotropy+studies+in+NMR+microimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">A simple method for obtaining cross-term-free images for diffusion anisotropy studies in NMR microimaging.</a> Magn Reson Med. 21, 138-143 (1991).</li>
<li>Uberti, M. G., Boska, M. D., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+semi-automatic+image+segmentation+method+for+extraction+of+brain+volume+from+in+vivo+mouse+head+magnetic+resonance+imaging+using+Constraint+Level+Sets%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A semi-automatic image segmentation method for extraction of brain volume from in vivo mouse head magnetic resonance imaging using Constraint Level Sets.</a> J of Neurosci Methods. 179, 338-344 (2009).</li>
<li>Liu, Y., Uberti, M. G., Dou, H., Mosley, R. L., Gendelman, H. E., Boska, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Image+Warping+Technique+for+Rodent+Brain+MRI-Histology+Registration+Based+On+Thin-Plate+Splines+with+Landmark+Optimization%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Soc+Photo+Opt+Instrum+Eng%22%5BJournal%5D)">An Image Warping Technique for Rodent Brain MRI-Histology Registration Based On Thin-Plate Splines with Landmark Optimization.</a> Proc Soc Photo Opt Instrum Eng. 7259, 72592-K-72597-K (2009).</li>
<li>Uberti, M. G., Liu, Y., Dou, H., Mosley, R. L., Gendelman, H. E., Boska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Registration+of+in+vivo+MR+to+histology+of+rodent+brains+using+blockface+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Soc+Photo+Opt+Instrum+Eng%22%5BJournal%5D)">Registration of in vivo MR to histology of rodent brains using blockface imaging.</a> Proc Soc Photo Opt Instrum Eng. 7262, 726213-726213 (2009).</li>
<li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+the+effective+self-diffusion+tensor+from+the+NMR+spin+echo%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+B%22%5BJournal%5D)">Estimation of the effective self-diffusion tensor from the NMR spin echo.</a> J Magn Reson B. 103, 247-254 (1994).</li>
<li>Hasan, K. M., Narayana, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retrospective+measurement+of+the+diffusion+tensor+eigenvalues+from+diffusion+anisotropy+and+mean+diffusivity+in+DTI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Retrospective measurement of the diffusion tensor eigenvalues from diffusion anisotropy and mean diffusivity in DTI.</a> Magn Reson Med. 56, 130-137 (2006).</li>
<li>Ratiney, H., Sdika, M., Coenradie, Y., Cavassila, S., Ormondt, D. van, Graveron-Demilly, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-domain+semi-parametric+estimation+based+on+a+metabolite+basis+set%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Time-domain semi-parametric estimation based on a metabolite basis set.</a> NMR Biomed. 18, 1-13 (2005).</li>
<li>Naressi, A., Couturier, C., Castang, I., Beer, R. de, Graveron-Demilly, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Java-based+graphical+user+interface+for+MRUI%2C+a+software+package+for+quantitation+of+in+vivo%2Fmedical+magnetic+resonance+spectroscopy+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Biol+Med%22%5BJournal%5D)">Java-based graphical user interface for MRUI, a software package for quantitation of in vivo/medical magnetic resonance spectroscopy signals.</a> Comput Biol Med. 31, 269-286 (2001).</li>
<li>Boska, L. ewis, Destache, T. B., J, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+1H+magnetic+resonance+spectroscopic+imaging+determines+therapeutic+immunization+efficacy+in+an+animal+model+of+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Quantitative 1H magnetic resonance spectroscopic imaging determines therapeutic immunization efficacy in an animal model of Parkinson's disease.</a> J Neurosci. 25, 1691-1700 (2005).</li>
<li>Mosley, R. L., Benner, E. J., Kadiu, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroinflammation%2C+Oxidative+Stress+and+the+Pathogenesis+of+Parkinson%27s+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Neurosci+Res%22%5BJournal%5D)">Neuroinflammation, Oxidative Stress and the Pathogenesis of Parkinson's Disease.</a> Clin Neurosci Res. 6, 261-281 (2006).</li>
<li>Nelson, J. A., Dou, H., Ellison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coregistration+of+quantitative+proton+magnetic+resonance+spectroscopic+imaging+with+neuropathological+and+neurophysiological+analyses+defines+the+extent+of+neuronal+impairments+in+murine+human+immunodeficiency+virus+type-1+encephalitis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Res%22%5BJournal%5D)">Coregistration of quantitative proton magnetic resonance spectroscopic imaging with neuropathological and neurophysiological analyses defines the extent of neuronal impairments in murine human immunodeficiency virus type-1 encephalitis.</a> J Neurosci Res. 80, 562-575 (2005).</li>
<li>Boska, H. asan, Kibuule, K. M., D, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+diffusion+tensor+imaging+detects+dopaminergic+neuronal+degeneration+in+a+murine+model+of+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol+Dis%22%5BJournal%5D)">Quantitative diffusion tensor imaging detects dopaminergic neuronal degeneration in a murine model of Parkinson's disease.</a> Neurobiol Dis. 26, 590-596 (2007).</li>
<li>Liu, W., Frank, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+and+quantification+of+magnetically+labeled+cells+by+cellular+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Radiol%22%5BJournal%5D)">Detection and quantification of magnetically labeled cells by cellular MRI.</a> Eur J Radiol. 70, 258-264 (2009).</li>
<li>Balchandani, P., Yamada, M., Pauly, J., Yang, P., Spielman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-refocused+spatial-spectral+pulse+for+positive+contrast+imaging+of+cells+labeled+with+SPIO+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Self-refocused spatial-spectral pulse for positive contrast imaging of cells labeled with SPIO nanoparticles.</a> Magn Reson Med. 62, 183-192 (2009).</li>
<li>Stuber, M., Gilson, W. D., Schar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+contrast+visualization+of+iron+oxide-labeled+stem+cells+using+inversion-recovery+with+ON-resonant+water+suppression+%28IRON%29%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Positive contrast visualization of iron oxide-labeled stem cells using inversion-recovery with ON-resonant water suppression (IRON).</a> Magn Reson Med. 58, 1072-1077 (2007).</li>
<li>Suzuki, Y., Cunningham, C. H., Noguchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+serial+evaluation+of+superparamagnetic+iron-oxide+labeled+stem+cells+by+off-resonance+positive+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">In vivo serial evaluation of superparamagnetic iron-oxide labeled stem cells by off-resonance positive contrast.</a> Magn Reson Med. 60, 1269-1275 (2008).</li>
<li>Kim, Y. B., Bae, K. H., Yoo, S. S., Park, T. G., H, P. ark <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+contrast+visualization+for+cellular+magnetic+resonance+imaging+using+susceptibility-weighted+echo-time+encoding%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Positive contrast visualization for cellular magnetic resonance imaging using susceptibility-weighted echo-time encoding.</a> Magn Reson Imaging. 27, 601-610 (2009).</li>
<li>Zhou, R., Idiyatullin, D., Moeller, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SWIFT+detection+of+SPIO-labeled+stem+cells+grafted+in+the+myocardium%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">SWIFT detection of SPIO-labeled stem cells grafted in the myocardium.</a> Magn Reson Med. 63, 1154-1161 Forthcoming.</li>
</ol>

De nauwkeurige registratie van histologie met in-vivo beeldvorming de resultaten is een kritische stap in de ontwikkeling van beeldvormende biomarkers voor de detectie en stadiëring van neuronale ziekte. Sommige beeldvorming metrics kunnen worden gecorreleerd met een bruto morfologische veranderingen met inbegrip van wijzigingen in het magnetisch relaxatie eigenschappen van het weefsel wordt gebruikt voor het detecteren van de aanwezigheid van witte stof-en vaatziekten en kanker. Andere, meer subtielere methoden, zoals DTI, waarschijnlijk te vroeg cellulaire veranderingen die wellicht niet detecteerbaar als histologische veranderingen veroorzaakt door de ziekte niet verschijnen pas later de stadia van de ziekte op te sporen. Nog andere markers, zoals de spectroscopische markers, kunnen indicatoren van vroege en reversibele veranderingen, die zelfs de meest subtiele cellulaire veranderingen voorafgaan. Biodistributie kunnen niet-invasief worden bepaald met behulp van verschillende methoden. De primaire niet-invasieve methoden zijn positron emissie tomografie (PET), single photon emission computed tomography (SPECT), optische beeldvorming, en de MRI. Nucleaire geneeskunde op basis van beeldvorming (PET en SPECT) zijn gebruikt door de jaren heen voor vele biodistributie, maar deze methoden zijn beperkt door de halfwaardetijd van de radiotracers gebruikt voor het labelen van de verbindingen of nanomaterialen, met name voor PET tracers. Optische beeldvorming kan worden gebruikt voor kleine knaagdieren, maar kan niet worden vertaald naar menselijk gebruik, behalve voor de regio gemakkelijk te bereiken, zoals het oppervlak tumoren te wijten aan het licht absorptie en verstrooiing van licht. Daarnaast is het moeilijk te kwantificeren de optische signalen voor deze zelfde redenen. MRI maakt gebruik van persistente tags zoals SPIO dat kan in het lichaam worden gevolgd over een periode van weken. Ook dit moet met voorzichtigheid worden gebruikt, zoals het label kan worden overgebracht naar verschillende cellen of worden geabsorbeerd door het lichaam. Specificiteit voor detectie SPIO in MRI kan worden gegeven door een verscheidenheid van methoden. Detectiemethoden, die zowel positieve als negatieve signalen, worden gebruikt voor het verbeteren van de specificiteit van de MRI voor het detecteren van de aanwezigheid van SPIO in weefsel. De aftrekken methode die wordt gebruikt in dit werk is gebruikt door anderen, ook 28. Andere benaderingen zijn af resonantie detectie van 29-31, fase gevoelige beeldvorming die een bepaald patroon in de buurt van SPIO vides 32, en nul echo tijd beeld dat T1 weging gebruikt voor de productie van een positief signaal intensiteit in de regio van SPIO 33 produceert. De voortgang van deze methoden voor het verbeteren van kwantificering van label, sensitiviteit en specificiteit is een gebied van actief onderzoek vandaag.

<table><tbody><tr><td>Isofluraan</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Medische zuurstof</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isofluraan-vaporisator</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gasanesthesiemasker voor knaagdieren</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRI-compatibele stereotactische kophouder</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spuit</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polyethyleen katheterbuisjes</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Niet-magnetische naald</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ooggel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gaas</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plakband</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Perfusiemedium</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>OCT-compound voor weefselinbedding</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRI-systeem</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digitale camera</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cryostaat voor weefselcoupes</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

geregistreerd bioimaging van nanomaterialen voor diagnostische en therapeutische monitoring

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications kan worden uitgevoerd door bloed overgedragen monocyt-macrofagen in het reticulo-endotheliale systeem (RES, milt, lever, lymfeklieren) en om organen te beëindigen. Deze laatste zijn de longen, RES, en de hersenen en zijn werkzaam tijdens de human immunodeficiency virus type een (HIV-1) infectie. Macrofaag binnenkomst in weefsels is opmerkelijk in gebieden van actieve HIV-1 replicatie en plaatsen van ontsteking. Om het potentieel van macrofagen als nanocarriers, superparamagnetische ijzer-oxide en / of drugs beladen partikels gecoat met oppervlakte-actieve stoffen te beoordelen werden parenteraal geïnjecteerd in HIV-1 encefalitisch muizen. Dit werd gedaan om kwantitatief te beoordelen deeltje en drugs biodistributie. Magnetic resonance imaging (MRI) testresultaten werden gevalideerd door histologische coregistration en verbeterde beeldverwerking. Einde orgel ziekte als getypeerd door veranderde hersenen histologie waren beoordeeld door MRI. De demonstratie van robuuste migratie van nanoformulations in gebieden van focale encefalitis biedt &quot;proof of concept &#39;voor het gebruik van geavanceerde technieken om BioImaging macrofaagmigratie monitor. Belangrijk is, histopathologische afwijkingen in de hersenen correleren met BioImaging parameters het maken van de algemene bruikbaarheid van MRI in studies van de cel distributie in de ziekte mogelijk. We poneren dat het gebruik van dergelijke methoden kan een real-time-index van de ziektelast en de therapeutische werkzaamheid translationeel potentieel om mensen te geven.

BioImaging methoden die worden gebruikt om cellen biodistributie van nanodeeltjes te beoordelen zijn van toepassing voor therapeutische en diagnostische controle van nanoformulated verbindingen. De werkwijzen die hierin beschreven zijn gevoelig en specifiek wanneer beoordeeld door histologische coregistration. De methodieken voor een translationeel weg van knaagdier voor de menselijke toepassingen.

Geregistreerd BioImaging van nanomaterialen voor diagnostische en therapeutische monitoring

Nanogeneesmiddelen kunnen door bloeddragende monocyt-macrofagen naar het reticulo-endotheliale systeem (RES; milt, lever, lymfeklieren) en naar end...

Het algemene doel van deze procedure is om de distributie in beeld te brengen en de therapeutische effectiviteit van magnetisch gelabelde of met gene bestanddelen geformuleerde nanodeeltjes te beoordelen. Dit wordt bereikt door eerst de deeltjes te produceren, hun biologische eigenschappen voor celopname in laboratoriummodel-systemen te testen, vervolgens de met cellen beladen formuleringen te injecteren en hun weefseldistributie via bioimaging te beoordelen. De getroffen hersenregio's zijn gevisualiseerd vóór en na injectie van monocyt-afgeleide macrofagen die met een virus zijn geïnfecteerd.De tweede stap van de procedure is het in beeld brengen van hersensubregio's die cellen bevatten die zijn geladen met, magnetisch gelabeld zijn met, of therapeutische nanodeeltjes bevatten. Dit gebeurt op verschillende tijdstippen na de injecties van cellen die magnetisch gelabelde nanodeeltjes of nano-geformuleerde geneesmiddelen bevatten. De derde stap van de procedure is het uitvoeren van een histologische eindpuntsanalyse van de biodistributie van nanodeeltjes en cellulaire veranderingen.Coregistratie van de beeldresultaten wordt uitgevoerd met histologie. De laatste stap van de procedure is het kwantificeren en weergeven van de biodistributie van de nanodeeltjes, het bepalen van spectroscopische abnormaliteiten en het beoordelen van abnormaliteiten in de diffusietensor als functie van de tijd na de celinjectie. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die de biodistributie en de effecten op de hersenchemie en celmorfologie tonen die optreden als gevolg van therapeutische en diagnostische behandeling met nanomaterialen, via magnetische resonantiebeeldvorming en spectroscopie die gecoregistreerd zijn aan histologische analyses.Hallo, ik ben Dr. Michael Bosca, directeur van het Bioimaging Program aan het University of Nebraska Medical Center. Dit werk maakt deel uit van een lopende samenwerking tussen mijn laboratorium en dat van Dr. Howard Gendelman. Het belangrijkste voordeel van niet-invasieve beeldvorming ten opzichte van veelgebruikte methoden zoals confocale microscopie en fluorescente nanodeeltjes is dat het gehele brein in één onderzoek kan worden bestreken en dat longitudinale studies bij hetzelfde dier mogelijk zijn.Dit vermindert de biologische variabiliteit, vereist minder dieren en kan in veel gevallen worden vertaald naar menselijk gebruik. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen over onlangs ontwikkelde nanodeeltjes, waaronder biodistributie-farmacokinetische profielen en therapeutische effectiviteit. De combinatie van robuuste beeldgevingsprocedures samen met histologische co-registratie is uniek en noodzakelijk voor het uitvoeren van tijdsopgeloste biodistributie- en drugseffectiviteitsstudies in complexe diermodellen van ziekten. De personen die deze procedures zullen demonstreren zijn de technici in mijn laboratorium, Lindsey en Melissa, en postdoctoraal onderzoeker Dr. P. Zij zijn verantwoordelijk voor het verkrijgen van beeldgevingsgegevens van dieren in het laboratorium.Aaron en Mariano zijn verantwoordelijk voor de beeldverwerking, inclusief diffusietensormetingen en histologische co-registratie. Hallo, mijn naam is Dr. Howard Delman en ik ben het hoofd van het Carol Schwartz Emerging Neuroscience Laboratory aan het University of Nebraska Medical Center. Deze interdisciplinaire samenwerking met Dr. Basca en zijn laboratorium heeft brede implicaties voor de therapie en diagnose van een reeks neurodegeneratieve ziekten.Afwijkingen in magnetische resonantiespectroscopie en diffusietensorbeeldvorming worden gebruikt om schade aan neuronen en neuroprocessen tijdens een ziekte te monitoren. Voor het huidige project bieden de methoden inzicht in de biodistributie-efficiëntie van nanomedicijnen, zoals de distributie van geneesmiddelen over het hele lichaam en de therapeutische effectiviteit voor het zenuwstelsel. Er worden diverse technieken voor de productie van deeltjes ontwikkeld die de detectie van de celdistributie tijdens een ziekte kunnen verbeteren, waaronder aanpassingen van de deeltjesgrootte, de coating en de lading.Dit zullen allemaal actieve onderzoeksgebieden blijven binnen onze laboratoria. Ten eerste moeten nanomaterialen voor geneesmiddelentoediening en biodistributie worden geprepareerd, wat het onderwerp is van een parallel manuscript in dit nummer. Reproduceer eerst kandidaat-nanoformuleringen voor in vivo gebruik door de kern van het geneesmiddel of de druppel te vervangen door een partikel van identieke grootte of een gemalen stuk superparamagnetisch ijzeroxide voordat deze wordt gecoat met de juiste surfactant.Meet vervolgens de grootte, lading, vorm en cytotoxiciteit om te bepalen of het SPIO-model systeem dezelfde eigenschappen heeft als het kandidaat nano-geformuleerde geneesmiddel. Voer tot slot celbeladingsassays uit door incubatie met de kandidaat SPIO-model nano-formulering om de activiteit binnen de cellen te bepalen; hiervoor moeten phantoms bestaande uit gelabelde cellen gesuspendeerd in agar-gel phantoms in drievoud worden klaargemaakt bij een reeks concentraties om de activiteit als gevolg van de SPIO-opname in cellen te kwantificeren. Dit biedt een gevoeligheidsindex en bepaalt of de nano-formuleringen de oxidatietoestand, en daarmee de zichtbaarheid van de SPIO bij scans met magnetische resonantiebeeldvorming, kunnen beïnvloeden.Plaats het dier vóór het scannen in een anesthesiekamer die vooraf is gevuld met anesthesiegassen. Dit versnelt het intreden van de anesthesie en minimaliseert de tijd die nodig is om ervoor te zorgen dat het dier niet wakker wordt na verwijdering uit de kamer. Zodra het dier volledig onder narcose is, wordt het uit de kamer gehaald en geplaatst in de stereotactische houder die is uitgerust om de ademhalingsfrequentie en temperatuur te bewaken.Plaats de kop van het dier in de kophouder, bevestig de oorstaven en fixeer het lichaam met gaas. De dierhouder moet uitgerust zijn met een instelbare tandbalk, waardoor verticale en horizontale uitlijning van de kop mogelijk is; zorg ervoor dat de kop correct is gepositioneerd in caudale en rostrale richting en dat de kop niet is geroteerd. Controleer of de oppervlaktespoel correct op de kop is geplaatst, zodat rotatie van de dierhouder mogelijk is.Wanneer het dier zich in de magneet bevindt, wordt er compensatie geboden voor geringe rotaties die van dier tot dier kunnen verschillen. Zodra het dier stevig in de houder is gefixeerd, plaatst u de houder in de MRI-scanner. Verplaats vervolgens de houder met de oppervlaktespoel naar het centrum van de scanner.Een actief ontkoppelde resonator van 72 millimeter wordt gebruikt om RF-energie over te dragen voor het genereren van het signaal, terwijl de kopspoel wordt gebruikt voor de signaalontvangst. Bepaal nu de beginpositie met behulp van een realtime eendimensionale uitlezing in de cordale rostrale richting. Het gebruik van ontvangst via een oppervlaktespoel beperkt het signaal tot het gebied rond de oppervlaktespoel, waardoor de noodzaak voor interpretatie van de waargenomen golfvormen wordt beperkt.Verkrijg vervolgens een localizer in drie vlakken om de precieze positie van het dier in de scanner te bepalen. Vervolgens is shimming of aanpassing van de homogeniteit van het magnetische veld noodzakelijk. Hiervoor maken we gebruik van een multi-gradiënt-echo-sequentie en mapping-software ontwikkeld door Dr. Hobie Heatherington, die regio's van homogeniteit koppelt aan de regio die door elke individuele beeldgevingsmethode wordt onderzocht.Zodra het shimmen is voltooid, kunnen de gewenste scans worden verkregen. De biodistributie van SPIO-bevattende nanodeeltjes kan worden gedetecteerd als gebieden met signaalverlies in MRI-beelden met een hoge resolutie en T2*-weging. Bepaal eerst, vóór het injecteren van het dier, aan de hand van de LOCALIZER-scans welk hersengebied gescand moet worden. Stel vervolgens een 3D-gradiënt-echo sequence met hoge resolutie en een isotrope resolutie van 150 micron in.Maak een baseline-scan, injecteer vervolgens het dier en voer dezelfde sequentie opnieuw uit. Parallelle studies voor het bepalen van de therapeutische effectiviteit van nanomedicijnen kunnen worden uitgevoerd met behulp van diffusion tensor imaging en waterstof-magnetische resonantiespectroscopie-onderzoeken. Maak eerst S-scout-beelden en shim de regio die gescand moet worden.Verkrijg vervolgens DTI met behulp van een respiratoir gesynchroniseerde spin-echo diffusie-gewogen echo-planaire beeldvormingssequentie in onze scans. De gebruikte diffusiecodering was een gebalanceerd rotatievariant en alternerende polariteit ISO-cathedraalschema met 12 richtingen, waarbij het coderingsschema was ontworpen om achtergronddiffusie-gradiëntkoppelingen te verminderen. De totale acquisitietijd bedroeg 20 tot 40 minuten, afhankelijk van de ademhalingsfrequentie.Verkrijg vervolgens de Mr.Spectroscopy-opname. Lokaliseer het gebied van interesse op eerder verkregen beelden, voer shimming uit op het geselecteerde gebied en optimaliseer daarna het vermogen van de wateronderdrukkingspulsen. Meet de waterfrequentie om een on-resonantie watersignaal te garanderen en neem een kort testspectrum op voor kwaliteitscontrole indien de spectra van onvoldoende kwaliteit zijn.Controleer de systeeminstellingen, waaronder de radiofrequentie, het vermogen en de shim-instellingen. Verwerf tot slot de spectra in korte blokken, waarbij de systeemfrequentie tussen de acquisities wordt gereset om de effecten van magnetische velddrift te elimineren. Aan het einde van de acquisitie.Gebruik een enkelvoudig pulswaterspectrum als een vooraf gedefinieerde voorversterkerversterking als kwantitatieve referentie voor de signaalamplitude. Perfundeer de muis na de laatste MRI-scan in de reeks, verwijder de hersenen en bedel deze in een blok OCT-compound, dat is donker gemaakt met een druppel India-inkt. Plaats dit blok vervolgens in een cryostaat voor het snijden en de histologische analyse.Leg beelden van het blokoppervlak vast met een digitale camera die aan de voorzijde van de cryostaat is gemonteerd. Beelden moeten elke 50 micrometers door het gehele hersenvolume worden genomen; deze coupes maken registratie binnen het volume mogelijk. Lijn na histologische verwerking en kleuring de individuele coupes van het blokoppervlak uit om het 3D-volume te reconstrueren.Gebruik de contouren van het blok om jitter in de positie van de cryostaathoofd te corrigeren en segmenteer vervolgens automatisch het hersenvolume met behulp van een seed-gebaseerd region-growing-algoritme in het analyse-softwarepakket. Superparamagnetisch ijzeroxide veroorzaakt signaalverlies in T2*-gewogen MRI; hierdoor is de MRI-signaalleegte een sensitieve, maar niet specifieke marker voor de aanwezigheid ervan. Om zowel sensitiviteit als specificiteit te bieden voor de aanwezigheid van SPIO in de hersenen.Voor onze studie moeten subtractiebeelden worden gemaakt van de 3D MRI-scans vóór en na de injectie. De scans werden onderverdeeld in sub-beelden met behulp van een constrained level set-methode die in ons laboratorium is ontwikkeld. De sub-beelde-hersenvolumes werden vervolgens co-geregistreerd, genormaliseerd op signaalintensiteit en het volume werd gesubtraheerd om regio's in de hersenen met signaalverlies te detecteren, waarbij de randen werden uitgesloten om vals-positieve signalen door sub-pixel registratiefouten te elimineren.Vervolgens wordt co-registratie tussen histologie en MRI gerealiseerd door de afbeelding van het blokoppervlak als gemeenschappelijke referentie te gebruiken. Accurate colocalisatie van deze twee signalen biedt een maatstaf voor de nauwkeurigheid van de co-registratie en de vervorming (warping) van de histologie terug naar de oorspronkelijke vormen van de coupes. DTI-scans kunnen worden geanalyseerd door eerst een anatomisch interessegebied te selecteren om de gemiddelde diffusie-eigenschappen van het weefsel in een specifieke anatomische substructuur te bepalen.In onze studies worden analyses van de diffusiegewogen gegevens vervolgens uitgevoerd met behulp van aangepaste programma's geschreven in Interactive Data Language, verstrekt door Dr. Cada Hassan. Deze analyses genereren kaarten van de tensordiffusiviteit, gemiddelde diffusiviteit en fractionele anisotropie. Transversale en longitudinale componenten van de diffusietensor kunnen ook worden verkregen zodra de kaarten zijn opgesteld.Teken regio's van belang op de T2-gewogen MRI, overgelegd met kleurgecodeerde directionaliteitskaarten. Voorbeelden van de regio's die in onze experimenten voor analyse in het HIV-muismodel zijn gekozen, worden hier getoond. Gegevens van elke regio van belang worden gedownload als een tekstbestand om op een later tijdstip in een database te worden ingevoerd.Een voorbeeld van een MRS-curvefitresultaat uit één enkel spectrum uit ons laboratorium wordt hier getoond. Wij maken gebruik van een tijd-domein fittingmethode genaamd Quest in het J-M-R-U-I signaalverwerkingspakket.Quest past spectra aan met behulp van een lineaire combinatie van individuele metabolietenspectra om een kleinste-kwadratenminimalisatie uit te voeren tussen het gestimuleerde en het werkelijke spectrum. We gebruiken een basisset van 22 individuele metabolieten als potentiële bijdragende factoren. Basisspectra worden gesimuleerd en gevalideerd met behulp van spectra van oplossingen van individuele metabolieten.Voorbeelden van de biologische distributie van SPIO-gelabelde macrofagen met behulp van deze methoden zijn hier te zien, met een overlay van de locatie van gelabelde cellen gedetecteerd via MRI in het rood, de locatie van gelabelde cellen via gecoregistreerde histologie in het blauw en de overlap in het geel. De muis kreeg gelabelde monocyten-afgeleide macrofagen geïnjecteerd in de staartvene. Vijf dagen later werd een T2*-gewogen MRI uitgevoerd en verwerkt zoals beschreven.De muis werd voorbereid door injectie van HIV-geïnfecteerde menselijke macrofagen in de hersenen, wat zichtbaar is als een lijn gedetecteerde macrofagen afgeleid van muismonocyten. Verdere voorbeelden van zowel de detectie van gelabelde cellen als co-registratie met histologie kunnen worden gevonden in onze eerdere publicaties. De fabrikant van de partikels en het testen van hun biologische eigenschappen voor cellulaire opname in laboratoriummodellen is vereist en dient onder steriele procedures te worden uitgevoerd voor gebruik in deze dierproeven.De injecties van de celgeladen formuleringen moeten worden uitgevoerd zonder de toegang tot de vene in gevaar te brengen, aangezien dit de visualisatie van de integratie van het celbiologische product in de hersenen en andere weefselgebieden met bio-imagingtechnieken zal beïnvloeden; de sterke cross-collaboratieve samenwerking bleek essentieel voor het succes van het totale project. Zodra de procedures onder knie zijn, kunnen deze binnen twee uur worden voltooid, afhankelijk van de beschikbaarheid van getraind personeel om de positionering in te stellen en de systemen te kalibreren tijdens de uitvoering van de procedure. Het is belangrijk om steriliteit te waarborgen, zodat de kwetsbare, immuungecompromitteerde muizen levensvatbaar blijven gedurende het tijdsverloop van seriële studies, waarvan sommige maanden kunnen duren.Deze methoden hebben de basis gelegd voor de manier waarop onderzoekers de relatie kunnen verkennen tussen cellulaire veranderingen gevisualiseerd met histologie en de gedetecteerde morfologische, fysiologische en biochemische abnormaliteiten. Het gebruik van neuroimaging-methoden bij de co-registratie van histologie in de hersenen is uitdagend en is slechts door een klein aantal groepen gerealiseerd. Na het bekijken van deze video.U dient te begrijpen hoe hersenbeeldvormingsexperimenten worden uitgevoerd en geregistreerd met histologie in een rodentmodel van een ziekte. Dit kan worden gebruikt voor het meten van de biodistributie van superparamagnetische ijzeroxide-deeltjes. Alternatief kunnen MRI en gelokaliseerde MR-spectroscopie worden gebruikt om neurodegeneratie te volgen die optreedt tijdens ziekteprocessen.Therapeutische effecten ter vermindering van hersenschade kunnen vervolgens serieel worden beoordeeld. Beeldvorming kan in combinatie met histologie worden gebruikt om experimentele bevindingen te valideren. In zijn geheel zullen deze methoden een dynamische en precieze set metingen opleveren voor de biodistributie en therapeutische effectiviteit van nanodeeltjes.

registered-bioimaging-nanomaterials-for-diagnostic-therapeutic

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Plant virale nanodeeltjes (VNPs) zijn veelbelovend platform voor toepassingen in de medische biologie. Hier beschrijven we de procedures voor plantaardige VNP vermeerdering, zuivering, karakterisering, en bioconjugatie. Ten slotte tonen we de toepassing van VNPs voor tumor homing en beeldvorming met behulp van een muis xenograft model en fluorescentie beeldvorming.

Virale nanopartikels voor<em&gt; In vivo</em&gt; Tumor Imaging

Laser-induced afbraak spectroscopie uitgevoerd op dunne orgaan-en tumorweefsel met succes natuurlijke elementen en kunstmatig geïnjecteerd gadolinium (Gd), die met ingang van Gd-gebaseerde nanodeeltjes aangetroffen. Afbeeldingen van chemische elementen bereikt een resolutie van 100 micrometer en kwantitatieve sub-mm gevoeligheid. De verenigbaarheid van de setup met standaard optische microscopie benadrukt het potentieel om meerdere beelden van een zelfde biologisch weefsel te bieden.

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: Een nieuwe aanpak voor de nanodeeltjes&#39;s Mapping en kwantificering in orgaanweefsel

Dit protocol beschrijft de synthese van biofunctionele Pruisisch blauwe nanodeeltjes en hun gebruik als multimodale, moleculaire beeldvormingsmiddelen. De nanodeeltjes hebben een kern-schaal ontwerp waarbij gadolinium- of mangaanionen in de nanodeeltjekern MRI-contrast genereren. De biofunctionele schaal bevat fluoroforen voor fluorescentiebeeldvorming en targeting liganden voor moleculaire targeting.

Biofunctionalized Pruisisch blauw nanopartikels voor Multimodaal Molecular Imaging Toepassingen

Beschrijven we een procedure voor de opsporing van chemische elementen aanwezig in situ in menselijke cellen, alsmede hun kwantificering in vitro . De methode is geschikt voor elk celtype en is vooral nuttig voor de kwantitatieve chemische analyses in afzonderlijke cellen na in vitro metaaloxide nanodeeltjes blootstelling.

In Situ Detectie en eencellige kwantificering van metaaloxide nanodeeltjes met behulp van nucleaire Microprobe analyse

Het slechte begrip van de in vivo prestaties van nanomedicijnen belemmert hun klinische translatie. Procedures om het in vivo gedrag van kanker nanomedicijnen op systemisch, weefsel-, enkelcellig en subcellulair niveau te evalueren bij tumordragende immuuncompetente muizen worden hier beschreven. Deze aanpak kan onderzoekers helpen om veelbelovende kanker nanomedicijnen te identificeren voor klinische translatie.

A Comprehensive Procedure voor het evalueren<em&gt; In Vivo</em&gt; Prestaties of Cancer Nanomedicines

In dit werk bieden we een protocol om magnetische nanomaterialen te biofunctionaliseren met antilichamen voor specifieke celtargeting. We gebruiken bijvoorbeeld ijzeren nanodraden om kankercellen aan te pakken.

Biofunctionalisering van magnetische nanomaterialen

Dit artikel presenteert de integratie van een spectrale focusmodule en een dual-output pulslaser, waardoor snelle hyperspectrale beeldvorming van gouden nanodeeltjes en kankercellen mogelijk wordt. Dit werk is bedoeld om de details van multimodale niet-lineaire optische technieken te demonstreren op een standaard laserscanmicroscoop.

Biomoleculaire beeldvorming van cellulaire opname van nanodeeltjes met behulp van multimodale niet-lineaire optische microscopie

Er wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese van persistente luminescente nanomaterialen (PLNP's) en hun mogelijke toepassingen in herschrijfbare displays en artistieke verwerking met behulp van het nagloeieffect onder ultraviolet licht (365 nm) bestraling.

Synthese van persistente lichtgevende nanodeeltjes voor herschrijfbare displays en verlichtingstoepassingen

Hier beschrijven we het protocol voor in vivo toediening van magnetische ijzeroxide nanodeeltjes die RNA-oligomeren vervoeren naar uitgezaaide borstkanker in diermodellen, waardoor een klinisch haalbare benadering wordt geboden voor de therapeutische uitschakeling van oncogene nucleïnezuren.

Monitoring van de accumulatie van nanodrugs bij borstkankermetastasen bij muizen

De bloed-hersenbarrière is een belangrijke hindernis bij het toedienen van therapieën voor glioblastoom, een ziekte waarvoor geen genezing bestaat. Hier rapporteren we een in vivo beeldgeleid therapeutisch nanoplatform voor ijzeroxide dat deze fysiologische barrière kan omzeilen op grond van de grootte en zich kan ophopen in de tumor.

Levering van nanodeeltjes van een oligonucleotidelading in een glioblastoom multiforme diermodel

Leer bioimaging-methoden voor het beoordelen van nanopartikelbiodistributie in hersenen voor therapeutische en diagnostische monitoring. Deze technieken bieden een vertaalbare route van knaagdier naar menselijke toepassingen.

Geregistreerd BioImaging van nanomaterialen voor diagnostische en therapeutische monitoring

Meer video's verkennen