Name: Obrazowanie chemiczne infekcji związanych z implantami o wysokiej rozdzielczości przestrzennej za pomocą obrazowania chemicznego luminescencji wzbudzonej promieniowaniem rentgenowskim przez tkankę (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-09-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 48 s
Description: Poznaj metodę XELCI do obrazowania zmian biochemicznych wokół implantów medycznych. Technika ta umożliwia monitorowanie środowiska chemicznego związanego z infekcjami w wysokiej rozdzielczości.

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

Autorzy chcieliby podziękować Clemson University, COMSET i Clemson SC BioCRAFT. Konfiguracja XELCI została początkowo opracowana dzięki funduszom z NSF CAREER CHE 12255535, a później przez NIH NIAMS R01 AR070305-01.

Ta procedura jest zgodna z protokołami użytkowania zwierząt zatwierdzonymi przez Clemson University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). Eksperymenty są przeprowadzane zgodnie z Komitetem ds. Bezpieczeństwa Biologicznego Uniwersytetu Clemson (IBC) i Komitetem ds. Bezpieczeństwa Radiologicznego (RSC), a także zgodnie z odpowiednimi wytycznymi i przepisami.
UWAGA: Schemat przepływu wykonywania skanowania XELCI jest pokazany poniżej w Rysunek 5, po którym następuje szczegółowy opis procedury obrazowania krok po kroku.
1. Zainicjuj system i zdobądź zwykłe zdjęcie rentgenowskie
<ol>
	<li>Włącz chłodnicę PMT, zwykle osiągnięcie wartości zadanej zajmuje ~15 minut (np. 4 °C). Wykonaj pozostałe kroki inicjalizacji przed włączeniem PMT.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie sterujące systemem obrazowania. Program sterujący komunikuje się i inicjalizuje zmotoryzowany stolik osi x-y-z. Przesuń osie x stołu montażowego i oś y do żądanego położenia początkowego.</li>
	<li>Umieścić próbkę na ruchomym stoliku x-y-z. Ustaw wysokość próbki (oś z), tak aby urządzenie radioluminescencyjne znajdowało się 5-5,5 cm poniżej optyki polikapilarnej, podnosząc lub opuszczając źródło promieniowania rentgenowskiego i/lub stolik. Umieść również próbkę w płaszczyźnie x-y za pomocą poprzeczki laserowej (dwa czerwone wskaźniki laserowe w kształcie linii przymocowane do kapilary ogniskującej promieniowanie rentgenowskie i ustawione pod kątem 90° względem siebie, tak aby linie przecinały się w miejscu, w którym skupi się promieniowanie rentgenowskie). Wyłącz lasery przed włączeniem promieni rentgenowskich i PMT.</li>
	<li>Zamocuj blokadę przycisku na przednich drzwiach obudowy obrazu. Włącz zasilanie źródła promieniowania. Zdemontować optykę skupiającą, aby uzyskać zwykły radiogram próbki.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie sterujące promieniowaniem rentgenowskim i ustaw moc promieniowania rentgenowskiego (regulując napięcie i prąd). Otwórz migawkę rentgenowską za pomocą oprogramowania sterującego promieniowaniem rentgenowskim.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie kamery rentgenowskiej. Naciśnij przycisk ekspozycji, aby zrobić zwykłe zdjęcie rentgenowskie. Wyłącz ekspozycję i wyłącz X-ray. 
	UWAGA: W razie potrzeby przesuń próbkę, aby poprawić pozycję próbki lub uzyskaj serię promieni rentgenowskich w różnych pozycjach, aby można je było zestawić w celu uzyskania większego widoku rentgenowskiego. Można również uzyskać zdjęcie rentgenowskie w osobnym systemie, ale jednoczesna rejestracja między XELCI a radiografią staje się trudniejsza, jeśli próbka się porusza.</li>
	<li>Otwórz drzwi obudowy.</li>
</ol>
2. Opcjonalnie, wykonaj skanowanie tła przy wyłączonym promieniowaniu rentgenowskim
<ol>
	<li>Ponownie podłącz optykę polikapilarną do źródła promieniowania rentgenowskiego.</li>
	<li>Zamknij obudowę i zabezpiecz blokadę. Włącz zasilacz PMT. 
	UWAGA: Zasilanie PMT powinno być zawsze wyłączane, gdy drzwi są otwarte lub mają być otwarte, aby uniknąć nadmiernej ekspozycji na światło.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie sterujące systemem obrazowania i określ rozmiar kroku, szybkość skanowania i obszar skanowania. Po ustawieniu wszystkich parametrów rozpocznij skanowanie, naciskając przycisk Uruchom. 
	UWAGA: W przypadku skanowania o wysokiej rozdzielczości rozmiar kroku będzie wynosił 1000 μm, a w przypadku skanowania o niskiej rozdzielczości rozmiar kroku będzie wynosił 250 μm. Prędkość skanowania można wybrać od 5 mm/s do 1 mm/s. Obszar skanowania zależy od wymiarów próbki.</li>
	<li>Uruchom skanowanie tła przy wyłączonym promieniowaniu rentgenowskim, aby określić ciemne zliczenia od dowolnego światła obecnego w obudowie innego niż próbka.</li>
</ol>
3. Wykonaj skan próbki z włączonym promieniowaniem rentgenowskim
<ol>
	<li>Upewnij się, że próbka jest nadal we właściwej pozycji za pomocą krzyżowej głowicy lasera, aby rozpocząć skanowanie.</li>
	<li>Zamknij obudowę i zabezpiecz blokadę. Jeśli PMT są wyłączone (np. wyłączone przed otwarciem drzwi), włącz zasilanie PMT.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie sterujące systemem obrazowania. Wprowadź wartości rozmiaru kroku, szybkości skanowania i obszaru skanowania. Po ustawieniu wszystkich parametrów naciśnij przycisk Uruchom, aby rozpocząć skanowanie. 
	UWAGA: W przypadku skanowania o wysokiej rozdzielczości rozmiar kroku będzie wynosił 1000 μm, a w przypadku skanowania o niskiej rozdzielczości rozmiar kroku będzie wynosił 250 μm. Prędkość skanowania można wybrać od 5 mm/s do 1 mm/s. Obszar skanowania zależy od wymiarów próbki.</li>
	<li>Uzyskaj skan próbki z włączonym promieniowaniem rentgenowskim.</li>
	<li>Najpierw wykonaj skanowanie w niskiej rozdzielczości z większymi rozmiarami kroków i większą prędkością skanowania, aby uzyskać wstępny obraz celu. Po uzyskaniu skanu o niskiej rozdzielczości żądanego obszaru próbki, uzyskaj skan o wyższej rozdzielczości z mniejszym rozmiarem kroku i niższą prędkością skanowania.</li>
	<li>Wyłącz zasilanie PMT przed otwarciem drzwi.</li>
</ol>
4. Formowanie obrazu
<ol>
	<li>Sprawdź, czy bieżące skanowanie obrazuje obszar zainteresowania celu. Jeśli nie, zatrzymaj bieżące skanowanie, naciskając przycisk Zatrzymaj.</li>
	<li>Ponownie dostosuj pozycje skanowania w oprogramowaniu sterującym i ponownie naciśnij przycisk Uruchom. 
	UWAGA: Oś y jest rejestrowana w sposób ciągły, począwszy od pierwszego wiersza skanowania. Podczas wykonywania skanowania rejestrowana jest liczba zliczeń na każdą długość fali i czas od ostatniej zaktualizowanej pozycji silnika. Zarejestrowany czas będzie uwzględniał wszelkie zmiany prędkości silnika, a tym samym czas ekspozycji. Dla każdego piksela normalizowana jest liczba zliczeń na sekundę. Silnik osi y porusza się, aby zeskanować koniec bieżącego rzędu osi y, a silnik wraca do pozycji wyjściowej. Następnie silnik osi X zwiększa swoje położenie o rozmiar kroku zdefiniowany przez użytkownika i skanuje drugi rząd osi y. Proces ten jest cyklicznie powtarzany, dopóki silnik osi x nie osiągnie określonej szerokości dla kierunku x. Użytkownik może kontrolować rozmiar skanu, prędkość silnika i pozycje startowe silnika. Rozmiar kroku określi rozmiar pikseli na końcowym obrazie osi y.</li>
</ol>
5. Hodowla bakterii do obrazowania w sterylnych warunkach (jeśli obrazowane są czujniki wyhodowane przez bakterie)
<ol>
	<li>Aby przygotować świeżą kulturę Staphylococcus aureus 1945 (ATCC 25923), użyj jednej kolonii z płytki TSA (Tryptic soy agar) smugowanej w ciągu 1 tygodnia, aby zaszczepić 5 ml sterylnego tryptycznego bulionu sojowego (TSB).</li>
	<li>Delikatnie wstrząsać kulturą bakteryjną w temperaturze 37 °C przez 16-18 godzin, aż do fazy stacjonarnej.</li>
	<li>Następnie osadzać kulturę z TSB przez wirowanie przy 4000 x g przez 10 minut w temperaturze pokojowej (RT) i dwukrotnie przemyć osad roztworem buforu fosforanowego (PBS) i ponownie zawiesić osad w 5 ml sterylnego PBS.</li>
	<li>Określ ilościowo stężenie bakterii za pomocą gęstości optycznej przy 600 nm, korzystając z zakresu liniowego, który jest zakresem OD, w którym weryfikuje się prawo Beera-Lamberta (OD = kN; k jest współczynnikiem odnoszącym się do ekstynkcji molekularnej i długości ścieżki optycznej, N to stężenie bakterii)<klasa sup = "xref">16. Następnie rozcieńczyć próbkę do 105 komórek/ml za pomocą sterylnego PBS.</li>
	<li>Wysterylizuj Tryptic Soy Agar (TSA) przez autoklawowanie, a następnie schłodzić przez mieszanie, aż temperatura osiągnie 45 °C. Zaszczep bakterie do TSA.</li>
	<li>Odpipetować rozcieńczoną kulturę bakteryjną (100 μl) na powierzchnię wszczepialnego czujnika. 
	UWAGA: Implanty sterylizowano przez zanurzenie w 70% etanolu przez 5 minut i przechowywano w sterylnym PBS.</li>
	<li>Pobrać pipetę 100 μl niezaszczepionego TSA na inny sterylny implant jako kontrolę</li>
	<li>Dodać dodatkowe 100 μl niezaszczepionego TSA na wszczepialny czujnik przed jego inkubacją w temperaturze 37 °C przez 48 godzin przed implantacją.</li>
</ol>

<ol><li>Arciola, C. R., Alvi, F. I., An, Y. H., Campoccia, D., Montanaro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implant+infection+and+infection+resistant+materials%3A+A+mini+review%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Implant infection and infection resistant materials: A mini review.</a> International Journal of Artificial Organs. 28 (11), 1119-1125 (2005).</li>
<li>Renick, P., Tang, L. Device-related infections. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRenick%2C+P+%22Racing+for+the+Surface%22">Racing for the Surface</a>. Li, B., Moriarty, T. F., Webster, T., Xing, M. , Springer International Publishing. Cham. 171-188 (2020).</li>
<li>Stewart, P. S., Franklin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+heterogeneity+in+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Physiological heterogeneity in biofilms.</a> Nature Reviews Microbiology. 6 (3), 199-210 (2008).</li>
<li>Metsemakers, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fracture-related+infection%3A+A+consensus+on+definition+from+an+international+expert+group%5BTitle%5D)+AND+%22Injury%22%5BJournal%5D)">Fracture-related infection: A consensus on definition from an international expert group.</a> Injury. 49 (3), 505-510 (2018).</li>
<li>Arciola, C. R., Campoccia, D., Montanaro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implant+infections%3A+Adhesion%2C+biofilm+formation+and+immune+evasion%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Implant infections: Adhesion, biofilm formation and immune evasion.</a> Nature Reviews Microbiology. 16 (7), 397-409 (2018).</li>
<li>Polvoy, I., Flavell, R. R., Rosenberg, O. S., Ohliger, M. A., Wilson, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+Imaging+of+Bacterial+Infection%3A+The+State+of+the+Art+and+Future+Directions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Nuclear Imaging of Bacterial Infection: The State of the Art and Future Directions.</a> Journal of Nuclear Medicine. 61 (12), 1708-1716 (2020).</li>
<li>vander Bruggen, W., Bleeker-Rovers, C. P., Boerman, O. C., Gotthardt, M., Oyen, W. J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PET+and+SPECT+in+Osteomyelitis+and+Prosthetic+Bone+and+Joint+Infections%3A+A+Systematic+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Seminars+in+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">PET and SPECT in Osteomyelitis and Prosthetic Bone and Joint Infections: A Systematic Review.</a> Seminars in Nuclear Medicine. 40 (1), 3-15 (2010).</li>
<li>Trampuz, A., Zimmerli, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diagnosis+and+Treatment+of+infections+associated+with+fracture-fixation+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Injury%22%5BJournal%5D)">Diagnosis and Treatment of infections associated with fracture-fixation devices.</a> Injury. 37 (2), 59-66 (2006).</li>
<li>Ady, J., Fong, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+for+infection%3A+From+visualization+of+inflammation+to+visualization+of+microbes%5BTitle%5D)+AND+%22Surgical+Infections%22%5BJournal%5D)">Imaging for infection: From visualization of inflammation to visualization of microbes.</a> Surgical Infections. 15 (6), 700-707 (2014).</li>
<li>Truong-Bolduc, Q. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implication+of+the+NorB+Efflux+pump+in+the+adaptation+of+Staphylococcus+Aureus+to+growth+at+acid+pH+and+in+resistance+to+Moxifloxacin%5BTitle%5D)+AND+%22Antimicrobial+Agents+and+Chemotherapy%22%5BJournal%5D)">Implication of the NorB Efflux pump in the adaptation of Staphylococcus Aureus to growth at acid pH and in resistance to Moxifloxacin.</a> Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 55 (7), 3214-3219 (2011).</li>
<li>Hengge-Aronis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Signal+transduction+and+regulatory+mechanisms+involved+in+control+of+the+%CF%83S+%28RpoS%29+subunit+of+RNA+polymerase%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiology+and+Molecular+Biology+Reviews%22%5BJournal%5D)">Signal transduction and regulatory mechanisms involved in control of the σS (RpoS) subunit of RNA polymerase.</a> Microbiology and Molecular Biology Reviews. 66 (3), 373-395 (2002).</li>
<li>Gao, R., Yan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+phosphors+for+x-ray+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Molecular phosphors for x-ray detection.</a> Science Bulletin. 67 (10), 1015-1017 (2022).</li>
<li>Gao, R., Fang, X., Yan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+in+stimuli-responsive+luminescent+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Recent developments in stimuli-responsive luminescent films.</a> Journal of Materials Chemistry C. 7 (12), 3399-3412 (2019).</li>
<li>Uzair, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conformal+coating+of+orthopedic+plates+with+x-ray+scintillators+and+ph+indicators+for+x-ray+excited+luminescence+chemical+imaging+through+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Conformal coating of orthopedic plates with x-ray scintillators and ph indicators for x-ray excited luminescence chemical imaging through tissue.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (47), 52343-52353 (2020).</li>
<li>Uzair, U., Benza, D., Behrend, C. J., Anker, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasively+imaging+pH+at+the+surface+of+implanted+orthopedic+devices+with+x-ray+excited+luminescence+chemical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Sensors%22%5BJournal%5D)">Noninvasively imaging pH at the surface of implanted orthopedic devices with x-ray excited luminescence chemical imaging.</a> ACS Sensors. 4 (9), 2367-2374 (2019).</li>
<li>Begot, C., Desnier, I., Daudin, J. D., Labadie, J. C., Lebert, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recommendations+for+calculating+growth+parameters+by+optical+density+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microbiological+Methods%22%5BJournal%5D)">Recommendations for calculating growth parameters by optical density measurements.</a> Journal of Microbiological Methods. 25 (3), 225-232 (1996).</li>
<li>Giering, K., Minet, O., Lamprecht, I., Müller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+thermal+properties+of+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE+-+The+International+Society+for+Optical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Review of thermal properties of biological tissues.</a> Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. , 45-65 (1995).</li>
<li>Hunter, R. C., Beveridge, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+a+pH-sensitive+fluoroprobe+%28C-SNARF-4%29+for+pH+microenvironment+analysis+in+Pseudomonas+aeruginosa+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Application of a pH-sensitive fluoroprobe (C-SNARF-4) for pH microenvironment analysis in Pseudomonas aeruginosa biofilms.</a> Applied and Environmental Microbiology. 71 (5), 2501-2510 (2005).</li>
<li>Pogue, B. W., Leblond, F., Krishnaswamy, V., Paulsen, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiologic+and+Near-Infrared%2FOptical+Spectroscopic+Imaging%3A+Where+Is+the+Synergy%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">Radiologic and Near-Infrared/Optical Spectroscopic Imaging: Where Is the Synergy.</a> American Journal of Roentgenology. 195 (2), 321-332 (2010).</li>
<li>Ryan, S. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+X-ray-excited+emissions+from+quantum+dots+and+biological+tissue+in+whole+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Imaging of X-ray-excited emissions from quantum dots and biological tissue in whole mouse.</a> Scientific Reports. 9 (1), 19223(2019).</li>
<li>Yang, Y., Wang, K. -Z., Yan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultralong+persistent+room+temperature+phosphorescence+of+metal+coordination+polymers+exhibiting+reversible+pH-responsive+emission%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Ultralong persistent room temperature phosphorescence of metal coordination polymers exhibiting reversible pH-responsive emission.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (24), 15489-15496 (2016).</li>
<li>Chen, H., Rogalski, M. M., Anker, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+functional+X-ray+imaging+techniques+and+contrast+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Advances in functional X-ray imaging techniques and contrast agents.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 14 (39), 13469(2012).</li>
<li>Allan, V. J. M., Macaskie, L. E., Callow, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+pH+gradient+within+a+biofilm+is+dependent+upon+the+limiting+nutrient%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+letters%22%5BJournal%5D)">Development of a pH gradient within a biofilm is dependent upon the limiting nutrient.</a> Biotechnology letters. 21 (5), 407-413 (1999).</li>
<li>Wang, Z., Deng, H., Chen, L., Xiao, Y., Zhao, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+measurements+of+dissolved+oxygen%2C+pH+and+redox+potential+of+biocathode+microenvironments+using+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">In situ measurements of dissolved oxygen, pH and redox potential of biocathode microenvironments using microelectrodes.</a> Bioresource Technology. 132, 387-390 (2013).</li>
<li>Xiao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+probing+the+effect+of+potentials+on+the+microenvironment+of+heterotrophic+denitrification+biofilm+with+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">In situ probing the effect of potentials on the microenvironment of heterotrophic denitrification biofilm with microelectrodes.</a> Chemosphere. 93 (7), 1295-1130 (2013).</li>
<li>Nakata, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+strategy+to+design+latent+ratiometric+fluorescent+pH+probes+Based+on+self-assembled+SNARF+derivatives%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">A novel strategy to design latent ratiometric fluorescent pH probes Based on self-assembled SNARF derivatives.</a> RSC Adv. 2014 (4), 348-357 (2014).</li>
<li>Villano, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+multislice+sequence+for+3D+MRI-CEST+pH%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">A fast multislice sequence for 3D MRI-CEST pH.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 85 (3), 1335-1349 (2021).</li>
</ol>

Autorzy twierdzą, że nie ma konfliktu interesów.

Aby umożliwić wczesne wykrywanie i badanie infekcji związanych z implantami ortopedycznymi, co pozwala uniknąć powikłań w postaci zapalenia kostnego oraz konieczności przeprowadzania wtórnych zabiegów chirurgicznych, wprowadziliśmy XELCI jako nowatorską technikę obrazowania funkcjonalnego. Jest ona porównywalna z obecnie dostępnymi technikami monitorowania pH przez tkanki.
Podczas pozycjonowania próbki do obrazowania używamy głowicy z krzyżem laserowym połączonej z optyką skupiającą polikapila...

W Stanach Zjednoczonych rocznie zakłada się około 2 milionów urządzeń do mocowania złamań, a 5%-10% z nich prowadzi do infekcji związanych z implantami1. Zakażenia te są trudniejsze do leczenia antybiotykami na późniejszych etapach ze względu na niejednorodność i oporność biofilmów na antybiotyki2,3. Jeśli zostaną wcześnie zdiagnozowane, infekcje można leczyć antybiotykami i chirurgicznym oczyszczeniem, aby zapobiec dodatkowym kosztom medycznym związanym z drugą operacją w celu wymiany sprzętu w leczonym miejscu złamania. Zwykła radiografia i inne zaawansowane techniki radiograficzne są stosowane w diagnostyce zakażeń związanych z implantami ortopedycznymi, braku zrostów i związanych z nimi powikłań. Chociaż techniki te są często stosowane do pozyskiwania informacji strukturalnych o otaczającej kości i tkance na implancie ortopedycznym, nie są one w stanie dostarczyć informacji biochemicznych w określonym środowisku. W związku z tym opracowaliśmy nowatorską technikę obrazowania chemicznego luminescencji wzbudzonej promieniowaniem rentgenowskim (XELCI) do nieinwazyjnego obrazowania informacji biochemicznych w wysokiej rozdzielczości w miejscu implantacji. Diagnostyka zakażeń związanych z implantami ortopedycznymi jest zwykle przeprowadzana za pomocą jednego lub kombinacji różnych środków. Obserwacje kliniczne (ból, obrzęk, zaczerwienienie, wydzielina z rany itp.) sugerują pierwsze oznaki infekcji. Później przeprowadzane są eksperymenty radiologiczne i laboratoryjne w celu potwierdzenia niepowodzenia progresji gojenia się kości i zidentyfikowania organizmu chorobotwórczego4,5. Techniki medycyny nuklearnej, takie jak tomografia komputerowa (CT), obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) oraz metody radionukleotydowe, takie jak tomografia komputerowa z emisją pojedynczych fotonów (SPECT) i pozytonowa tomografia emisyjna (PET), są stosowane w celu lepszej wizualizacji zakażonego implantu i związanej z nim infekcji6,7. Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny są korzystne w określaniu odpowiednio martwicy kości i nieprawidłowości tkanek miękkich, ale powodują zakłócenia w bliskiej odległości od metalowych implantów8. Różne metodologie rentgenowskie, takie jak SPECT i PET, w połączeniu z analitami znakowanymi izotopami promieniowymi jako środkami kontrastowymi do obrazowania in vivo, są szeroko stosowane do diagnozowania zapalenia kości i szpiku związanego z implantami2. Obecne aplikacje łączą zarówno dane z tomografii komputerowej, jak i dane z etykietowania z SPECT lub PET w celu wygenerowania informacji anatomicznych9. Chociaż jedna lub więcej z tych metod obrazowania jest stosowana do wspomagania diagnozowania infekcji, nie są one w stanie wcześnie wykryć zmian pH związanych z infekcją, aby rozpocząć leczenie antybiotykami, aby uniknąć dodatkowych wydatków medycznych i chirurgicznych.
Główną zaletą wykorzystania systemu obrazowania użytego w tym badaniu do monitorowania infekcji związanych z implantami jest jego zdolność do ujawniania informacji biochemicznych o mikrośrodowisku biofilmu z odniesieniem spektralnym. Chociaż główny nacisk kładziony jest na obrazowanie i mapowanie pH w zakażonym miejscu, metoda ta może zostać zmieniona w celu monitorowania innych biomarkerów specyficznych dla zakażeń związanych z implantami. W ten sposób XELCI pozwala zrozumieć patofizjologię infekcji. Obrazowanie o wysokiej rozdzielczości przestrzennej umożliwia mapowanie niejednorodności w miarę rozwoju infekcji. pH na powierzchni, na której zachodzi tworzenie biofilmu, jest bardzo ważne dla zrozumienia zmian biochemicznych. Również inne zmiany w mikrośrodowisku mogą wystąpić z powodu reakcji bakterii na stres związany z antybiotykami10,11. Dzięki obrazowaniu specyficznemu dla powierzchni i wysokiej rozdzielczości przestrzennej można monitorować wpływ antybiotyku na mikrośrodowisko biofilmu. Technika ta może być również wykorzystana do badania środowiska biofilmu w eksperymentach z celowanym dostarczaniem leków. Możemy badać celowe uwalnianie leków o niskim pH lub podnoszenie pH, aby były bardziej podatne na pracę przy wyższym pH.
Trzy specyficzne cechy tej techniki obrazowania to rozdzielczość rentgenowska, specyficzność powierzchni implantu i wrażliwość chemiczna (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A). Cechy te można porównać z obecnie dostępnymi technikami obrazowania zakażeń związanych z implantami ortopedycznymi (ryc. 1B). Po napromieniowaniu promieniami rentgenowskimi cząsteczki luminoforu pokryte powierzchnią implantu generują światło czerwone i bliskie podczerwieni (NIR), które może przenikać przez kilka centymetrów tkanki (choć z pewnym tłumieniem)12,13. Tabela 1 przedstawia niektóre cechy opracowanego systemu obrazowania w porównaniu z innymi sposobami stosowanymi do pomiaru pH w biofilmach lub tkankach.
XELCI to nowatorska technika obrazowania, pozwalająca na optyczne pozyskiwanie informacji chemicznych o wysokiej rozdzielczości przestrzennej w pobliżu wszczepionych urządzeń medycznych w połączeniu z wzbudzeniem rentgenowskim, jak pokazano na Rysunek 2. W tym przypadku wykorzystuje się selektywne wzbudzenie i optyczne wykrywanie pobudliwych cząstek luminoforu promieniowania rentgenowskiego. Implant jest pokryty dwiema warstwami, wrażliwą na pH warstwą polimeru wbudowaną w barwnik na warstwie cząstek scyntylatora. Gdy sekwencja skupionych wiązek promieniowania rentgenowskiego naświetli implant, warstwa scyntylatora generuje światło widzialne (620 nm i 700 nm). W ten sposób wytworzone światło przechodzi przez warstwę wrażliwą na pH, modulując widmo luminescencji w zależności od pH otaczającego środowiska. Niskie pH jest na ogół związane z infekcją i tworzeniem się biofilmu; w miarę postępu infekcji pH zmienia się z fizjologicznego pH (pH 7,2) na kwaśne (poniżej pH 7), a barwnik pH w czujniku zmienia kolor, a tym samym absorbancję. Zmienność widma luminescencji jest pokazana w <silna klasa="xfig">Rysunek 2E dla barwnika pH z zielenią bromokrezolową o pH 7 i pH 4. Światło przepuszczane przez tkankę i kość jest zbierane, a stosunek widmowy określa pH. Aby wygenerować obraz pH, skupiona wiązka promieniowania rentgenowskiego naświetla punkt po punkcie na filmie scyntylatora i skanuje wiązkę punkt po punkcie w poprzek próbki. Wcześniej technika ta została zastosowana do obrazowania zmian pH na powierzchni implantów ortopedycznych14,15 i przetestowano ją w celu monitorowania zmian pH w kanale śródszpikowym przez kość i tkanki.
Rysunek 3 poniżej pokazuje schemat systemu obrazowania. Podstawowymi elementami systemu obrazowania są źródło wzbudzenia promieniowania rentgenowskiego z optyką polikapilarną, jednoczęściowy akrylowy światłowód łączący się z dwiema lampami fotopowielaczy, zmotoryzowany stolik x, y i z (skok 30 cm x 15 cm x 6 cm) oraz komputer podłączony do akwizycji danych. Źródło promieniowania rentgenowskiego, stolik x,y,z i optyka zbierająca (kolanko, światłowód, lampy fotopowielacza (PMT)) znajdują się w obudowie odpornej na promieniowanie rentgenowskie, podczas gdy kontroler rentgenowski, źródło zasilania dla PMT, generator funkcyjny podłączony do płytki akwizycji danych (DAQ) i komputer są przechowywane na zewnątrz. Przyciskowy, normalnie otwarty przełącznik, umieszczony między obudową a frontem drzwi, służy jako blokada. Jeśli drzwi nie są całkowicie zamknięte (przełącznik blokady jest otwarty), źródło promieniowania rentgenowskiego nie włączy się i automatycznie wyłączy źródło promieniowania rentgenowskiego, jeśli zostanie otwarte podczas pracy. Silniki mogą wykonywać ciągłe skanowanie, a także mogą być przenoszone w dowolne, dyskretne miejsce. Prędkość skanowania dla osi y wynosi zwykle 1-5 mm/s, podczas gdy rozmiar kroku na osi x można wybrać zwykle w zakresie 150-2000 μm. Parametry można dobierać w zależności od wymaganej rozdzielczości przestrzennej. Nawet czasy naświetlania są potwierdzane przez stałą prędkość podczas ciągłego skanowania.
Gdy skupiona wiązka promieniowania rentgenowskiego zostanie naświetlana na cząstki luminescencji promieniowania rentgenowskiego, wygenerowane światło przejdzie przez folię wrażliwą na pH, modulując światło w zależności od otaczającego pH. Światło przepuszczane będzie oddziaływać (rozpraszać i częściowo pochłaniać) z tkanką, podczas gdy tłumienie światła przez rozpraszanie i absorpcję będzie rosło wraz ze wzrostem grubości tkanki. Optyka kolekcji zawiera jednoczęściowy, rozwidlony akrylowy światłowód wyposażony w odblaskowe aluminiowe kolanko (z zagięciem pod kątem 90° i polerowaną odblaskową powierzchnią wewnętrzną) na początku. Ma to na celu zapewnienie, że światło zostanie skolimowane, gdy tylko światło dotrze do światłowodu. Dodatki te znacznie poprawiły wydajność zbierania światła. Aby uzyskać więcej informacji, Rysunek 4 pokazuje rysunki maszynowe łokcia i światłowodu. Kolano 90° zostało obrobione z aluminium, z wewnętrzną powierzchnią wypolerowaną do lustrzanego wykończenia, a światłowód został obrobiony akrylem. Na początku łokcia zamocowaliśmy również filtr światła niebieskiego długiego przepustowego (blokujący światło o długości fali 350-450 nm), aby zapewnić, że przejdzie przez niego tylko światło czerwone. Koniec jednoczęściowego akrylowego światłowodu rozdziela się na dwa strumienie, co prowadzi do dwóch różnych PMT. PMT są zamknięte w małym, światłoszczelnym metalowym pudełku, które styka się z chłodnicą termoelektryczną w celu schłodzenia PMT do ~5 °C. Na początku jednego z PMT dołączony jest filtr długoprzepustowy o wąskim zakresie (blokujący światło 570-640 nm i przepuszczający światło 640-740 nm), który mierzy tylko światło 700 nm. Dlatego światło 620 nm i 700 nm można obliczyć osobno. PMT są ustawione w trybie zliczania fotonów i generują impulsy logiczne tranzystor-tranzystor (TTL) dla każdego wykrytego fotonu. System DAQ zlicza impulsy (punkt nasycenia 20 milionów impulsów na sekundę) za pomocą komunikacji USB. Po przetworzeniu danych generowane są dwie oddzielne mapy intensywności, a ostateczny obraz jest tworzony z uwzględnieniem stosunku natężenia długości fali sygnału (620 nm) do natężenia referencyjnej długości fali (700 nm). Stosunek ten uwzględnia różnice w całkowitej skuteczności zbierania światła, które silnie zależą od położenia optyki zbierającej, intensywności promieniowania rentgenowskiego i grubości tkanki. Ponadto przestrzennie oddzielony obszar referencyjny bez żadnego barwnika wskaźnikowego pH odpowiada za zniekształcenia widma spowodowane penetracją tkanek zależną od długości fali. Do sterowania systemem obrazowania używany jest graficzny język programowania, a poniżej przedstawiono podstawowy schemat blokowy operacji. Konfiguracja obrazowania, z wyjątkiem komputera, kontrolera rentgenowskiego i jednostki DAQ, jest zamknięta w bezpiecznej obudowie rentgenowskiej, aby zminimalizować narażenie na promieniowanie.

<table><tbody><tr><td>Kolano 90 stopni</td><td>Wyprodukowano w Hilltop Technology Laboratory, 51 Parker, Irvine, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bromo Cresol Green</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>45ZW10</td><td></td></tr><tr><td>Bromo Thymol Blue</td><td>Sigma</td><td>76-59-5</td><td></td></tr><tr><td>ElectraCOOL Zaawansowana termoelektryczna płyta chłodząca</td><td>Pollock industries, White River, VT, USA</td><td>TCP 50</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Beantown Chemical, 9 Sagamore Park Road Hudson, NH 03051</td><td>64-17-5</td><td></td></tr><tr><td>Oksysiarczek gadolinu domieszkowany europem (Gd2O2S:Eu) cząstki-~8,0 i mikro; m</td><td>Phosphor Technologies Inc., Stevenage, Anglia</td><td>UKL63/N-R1</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments, Austin, TX</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zmotoryzowany liniowy pionowy model sceniczny (dla osi Z)</td><td>Motion Control, Smithtown, NY, USA</td><td>AT10-60</td><td></td></tr><tr><td>National instruments c-DAQ 9171</td><td>National Instruments, Austin, TX</td><td>NI cDAQ&trade;-9171</td><td></td></tr><tr><td>Jednoczęściowa lampa akrylowa przewodnik</td><td>Wyprodukowano w Hilltop Technology Laboratory, 51 Parker, Irvine, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bufor pH 4</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td>BDH5024</td><td></td></tr><tr><td>Bufor pH 8</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td>BDH5060</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór buforu fosforanowego</td><td>MP Biomedicals, Irvine, CA. Stany Zjednoczone</td><td>2810305</td><td></td></tr><tr><td>Probówki powielacza fotograficznego Model P25PC-16</td><td>SensTech, Surrey, Wielka Brytania</td><td>Model P25PC-16</td><td></td></tr><tr><td>Staphylococcus aureus subsp. aureus Rosenbach</td><td>American Type Culture Collection (ATCC), Manassas, VA</td><td>ATCC 25923</td><td></td></tr><tr><td>Tryptic Soy Agar</td><td>Teknova, Hollister, CA, USA&</td><td>nbsp; T0520</td><td></td></tr><tr><td>Tryptyczny bulion sojowy</td><td>EMD Millipore, Burlington, MA, USA</td><td>1005255000</td><td></td></tr><tr><td>Źródło promieniowania rentgenowskiego - iMOXS</td><td>Institute for Scientific Instruments GmbH, Berlin, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zmotoryzowany stolik X,Y - 30 cm x 15 cm x 6 cm podróż</td><td>Thorlabs Inc., Newton, NJ, USA</td><td>LTS300 i LTS150</td><td></td></tr></tbody></table>

obrazowanie chemiczne infekcji związanych z implantami o wysokiej rozdzielczości przestrzennej za pomocą obrazowania chemicznego luminescencji wzbudzonej promieniowaniem rentgenowskim przez tkankę

High Spatial Resolution Chemical Imaging of Implant-Associated Infections with X-ray Excited Luminescence Chemical Imaging Through Tissue

Infekcje mikrobiologiczne związane z wszczepialnymi urządzeniami medycznymi są głównym problemem w przypadku niepowodzenia zespolenia złamań. Wczesna diagnoza takiej infekcji pozwoli na skuteczne zwalczenie antybiotykami bez dodatkowych kosztów za drugą operację. W niniejszym dokumencie opisujemy XELCI jako technikę o wysokiej rozdzielczości promieniowania rentgenowskiego, specyficzności implantu i wrażliwości chemicznej na nieinwazyjne obrazowanie stężeń chemicznych w pobliżu powierzchni wszczepionych wyrobów medycznych. Urządzenia są pokryte powierzchniami chemicznie raportującymi. Ta chemicznie reagująca powierzchnia składa się z dwóch warstw pokrytych wszczepialnym urządzeniem medycznym; warstwa wrażliwa na pH (hydrożel z dodatkiem błękitu bromotymolowego lub zieleni bromokrezolowej), która jest pokryta warstwą scyntylatora emitującego światło czerwone (Gd2O2S: Eu) w celu monitorowania. Skupiona wiązka promieniowania rentgenowskiego naświetla miejsce na implancie, a czerwone światło generowane przez scyntylator (o szczytach 620 nm i 700 nm) jest przenoszone przez warstwę detekcyjną, która zmienia stosunek widmowy w zależności od pH. Obraz jest generowany poprzez skanowanie wiązki promieniowania rentgenowskiego w poprzek implantu i pomiar stosunku widmowego światła przechodzącego przez tkankę punkt po punkcie. Wykorzystaliśmy tę technikę obrazowania do monitorowania infekcji związanych z implantami, które wcześniej znajdowały się na powierzchni kości udowej za pomocą zmodyfikowanego czujnika płytki implantowalnej. Teraz badamy zmiany pH, które zachodzą w wyniku infekcji pszczelowego pręta śródszpikowego. W badaniach przedpilotażowych na królikach stosowano dwa różne typy prętów śródszpikowych i dowiedzieliśmy się, że technika XELCI może być stosowana do monitorowania wszelkich zmian chemicznych zachodzących nie tylko na powierzchni kości, ale także wewnątrz kości. W ten sposób umożliwia to nieinwazyjne obrazowanie o wysokiej rozdzielczości przestrzennej i niskim pH tła w celu zbadania biochemii infekcji związanych z implantami.

W ramach badania wstępnego wykonaliśmy obrazowanie czujnika w postaci pręta śródszpikowego w ryglowanej kości piszczelowej truchła królika14. Czujnik posiada trzy odrębne obszary: obszar referencyjny, obszar o pH 8 (pH zasadowe) oraz obszar o pH 4 (pH kwasowe). Obszar referencyjny stanowi cząstka scyntylatora (Gd2O2S:Eu) wbudowana w chropowatą warstwę epoksydową. Charakterystyczne obszary o pH kwasowym i zasadowym reprezentują sytuacje zakażone i niezakażone wewnątrz kanału s...

Tutaj prezentujemy protokół do optycznego wykrywania informacji chemicznych o wysokiej rozdzielczości wokół wszczepionych urządzeń medycznych z obrazowaniem chemicznym wzbudzonym promieniowaniem rentgenowskim (XELCI). Ta nowatorska technika obrazowania została opracowana w naszym laboratorium, co umożliwia badanie biochemii zakażeń związanych z implantami.

Obrazowanie chemiczne infekcji związanych z implantami o wysokiej rozdzielczości przestrzennej za pomocą obrazowania chemicznego luminescencji wzbudzonej promieniowaniem rentgenowskim przez tkankę

Microbial infections associated with implantable medical devices are a major concern in fracture fixation failure. Early diagnosis of such infection will ...

Technika ta pozwoli nam na obrazowanie i mapowanie zmian biochemicznych zakażeń związanych z implantami w kościach i tkankach. Możemy uzyskać obrazy o wysokiej rozdzielczości zmian stężeń chemicznych w pobliżu powierzchni implantów. Pozwoli nam to monitorować lokalne środowisko chemiczne w pobliżu infekcji związanych z implantami.Procedurę hodowli bakterii zademonstruje Erin Levon, doktorantka z Wydziału Nauk Biologicznych. Aby rozpocząć, włącz chłodzenie PMT i wykonaj pozostałe kroki inicjalizacji przed włączeniem PMT. Następnie otwórz oprogramowanie sterujące systemem obrazowania i przesuń osie x stolika i oś y do żądanej pozycji wyjściowej.Umieść próbkę na ruchomym stoliku xyz i ustaw próbkę na wysokości tak, aby urządzenie luminescencyjne znajdowało się od 5 do 5,5 centymetra poniżej optyki polikapilarnej, podnosząc lub opuszczając źródło promieniowania rentgenowskiego i/lub stolik. Ustaw również próbkę w płaszczyźnie x-y za pomocą poprzeczki laserowej i usuń optykę skupiającą, aby uzyskać zwykły radiogram próbki. Zamocuj blokadę przycisku na przednich drzwiach obudowy obrazu.Następnie włącz zasilanie źródła promieniowania rentgenowskiego. Następnie otwórz oprogramowanie do kontroli rentgenowskiej. Ustaw moc promieniowania rentgenowskiego i otwórz migawkę rentgenowską za pomocą oprogramowania sterującego promieniowaniem rentgenowskim.Następnie otwórz oprogramowanie kamery rentgenowskiej i naciśnij przycisk Ekspozycja, aby zrobić zwykłe zdjęcie rentgenowskie. Wyłącz ekspozycję i promieniowanie rentgenowskie, a następnie otwórz drzwi obudowy. Ponownie podłącz optykę polikapilarną do źródła promieniowania rentgenowskiego.Następnie zamknij obudowę, zabezpiecz blokadę i włącz zasilanie PMT. Następnie otwórz oprogramowanie sterujące systemem obrazowania i określ rozmiar kroku, szybkość skanowania i obszar skanowania. Po ustawieniu wszystkich parametrów rozpocznij skanowanie, naciskając przycisk Uruchom.Uruchom skanowanie tła przy wyłączonym promieniowaniu rentgenowskim, aby określić ciemne zliczenia na podstawie dowolnego światła obecnego w obudowie innego niż próbka. Po upewnieniu się, że próbka znajduje się we właściwej pozycji za pomocą poprzeczki laserowej, zamknij obudowę i zabezpiecz blokadę. Następnie otwórz oprogramowanie sterujące systemem obrazowania i wprowadź wartości rozmiaru kroku, szybkości skanowania i obszaru skanowania.Po ustawieniu wszystkich parametrów naciśnij przycisk Uruchom, aby rozpocząć skanowanie i uzyskać skan dla próbki z włączonym promieniowaniem rentgenowskim. Najpierw wykonaj skanowanie w niskiej rozdzielczości z większymi rozmiarami kroków i większą prędkością skanowania, aby uzyskać wstępny obraz celu. Po uzyskaniu skanu o niskiej rozdzielczości żądanego obszaru próbki, uzyskaj skan o wyższej rozdzielczości z mniejszym rozmiarem kroku i niższą prędkością skanowania.Aby przygotować świeżą kulturę Staphylococcus aureus 1945, użyj jednej kolonii z tryptycznego talerza agarowego sojowego, smugowanego w ciągu jednego tygodnia, aby zaszczepić trzy mililitry sterylnego tryptycznego bulionu sojowego. Następnie delikatnie potrząsaj kulturą bakteryjną w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez 16 do 18 godzin, aż do fazy stacjonarnej. Następnie osadzać kulturę z tryptycznego bulionu sojowego przez odwirowanie w temperaturze 4 000 g przez 10 minut w temperaturze pokojowej i dwukrotnie przemyć osad PBS.Określ ilościowo stężenie bakterii za pomocą gęstości optycznej przy 600 nanometrach, korzystając z zakresu liniowego, który jest zakresem gęstości optycznej, w którym weryfikuje się prawo Beera-Lamberta. Następnie rozcieńczyć próbkę 200 000 komórek na mililitr za pomocą sterylnego PBS. Wysterylizuj tryptyczny agar sojowy przez autoklawowanie, a następnie ostudź przez mieszanie, aż temperatura osiągnie 45 stopni Celsjusza.Następnie zaszczep bakterie w tryptycznym agarze sojowym. Następnie odpipetuj rozcieńczoną kulturę bakteryjną na powierzchnię wszczepialnego czujnika i 100 mikrolitrów niezaszczepionego agaru sojowego tryptycznego na innym sterylnym implantie jako kontrolę. Dodaj dodatkowe 100 mikrolitrów niezaszczepionego tryptycznego agaru sojowego na wszczepialny czujnik, zanim zostanie on inkubowany w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez 48 godzin przed implantacją.Po zakończeniu skanowania obrazy odpowiednio o długości 620 nanometrów, 700 nanometrach i stosunku zostały wygenerowane w MatLab, a zmiana koloru wskazywała na zmiany pH. Ponieważ zasadowy obszar pH znacznie pochłania emitowane światło niż kwaśny obszar pH, dolny obszar pH pojawia się jako jaśniejszy sygnał przy 620 nanometrach. Emisja scyntylatora przy 700 nanometrach działa jako odniesienie spektralne dla niespójności w filmie scyntylatora, zmian składu tkanek i wszelkich zmian zachodzących w położeniu optyki detekcyjnej ze skanowania na skan.Próbka musi być prawidłowo umieszczona na stoliku. Zasilanie PMT powinno być wyłączone przed włączeniem światła w pomieszczeniu lub otwarciem obudowy, a skanowanie w niskiej rozdzielczości powinno być wykonane przed obrazowaniem w wysokiej rozdzielczości. Zamiast źródła promieniowania rentgenowskiego możemy użyć źródła ultradźwięków do wykonania ultradźwiękowego obrazowania chemicznego luminescencji w celu monitorowania zmian pH związanych z wszczepionymi urządzeniami medycznymi.Tak, po optymalizacji systemu byliśmy w stanie wykryć zmiany pH w jamie śródszpikowej kości w porównaniu z powierzchnią kości, co można było wykorzystać do badania zapalenia kości i szpiku.

high-spatial-resolution-chemical-imaging-implant-associated

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisano metody obrazowania bioluminescencyjnego infekcji bakteryjnych u żywych zwierząt. Patogeny są modyfikowane w celu ekspresji lucyferazy, co umożliwia optyczne obrazowanie całego ciała w celu wykrycia infekcji u żywych zwierząt. Modele zwierzęce mogą zostać zainfekowane patogenami wykazującymi ekspresję lucyferazy, a wynikający z tego przebieg choroby może być wizualizowany w czasie rzeczywistym za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego.

Wykorzystanie lucyferazy do obrazowania infekcji bakteryjnych u myszy

Eksperymentalny model przerzutów do kości u myszy został ustanowiony po dokardialnym podaniu komórek guza piersi wykazujących ekspresję lucyferazy. Rozwój guza oraz powstałe zmiany osteolityczne monitorowano podłużnie za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego oraz mikro-CT.

Monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego i mikro-tomografii komputerowej

Niniejszy artykuł opisuje podawanie myszom bakterii z markerem lux oraz późniejszą analizę in vivo z wykorzystaniem obrazowania bioluminescencyjnego IVIS.

Obrazowanie bakterii bioluminescencyjnych In vivo

Źródło: de Vries, C. R. i in., A Delayed Inoculation Model of Chronic Pseudomonas aeruginosa Wound Infection. J. Vis. Exp. (2020).Ten film demonstruje bioluminescencyjną technikę obrazowania monitorującego postęp infekcji bakteryjnej na żywym modelu myszy. Bakterie patogenne opracowane z systemem raportu luxABCDE emitują światło w miejscu zakażenia, umożliwiając wizualizację bakterii aktywnych przemianownie. Obrazując mysz w czasie, naukowcy mogą nieinwazyjnie śledzić dynamikę infekcji i...

Bioluminescencja zakażeń bakteryjnych u myszy

Obrazowanie multimodalne jest cennym podejściem do badania kolonizacji bakteryjnej w małych modelach zwierzęcych. Protokół ten przedstawia zakażenie myszy bioluminescencyjnym Citrobacter rodentium i podłużne monitorowanie kolonizacji bakteryjnej za pomocą kompozytowej tomografii obrazowania 3D w świetle rozproszonym z obrazowaniem μCT w celu stworzenia filmu 4D infekcji C. rodentium.

Multimodalne obrazowanie 4D zakażeń Citrobacter rodentium u myszy

Opisujemy nieinwazyjną metodę obrazowania do rozróżniania etapów zapalnych. Ogólnoustrojowe dostarczanie luminolu ujawnia obszary ostrego stanu zapalnego zależne od aktywności MPO w neutrofilach. Natomiast wstrzyknięcie lucygeniny pozwala na wizualizację przewlekłego stanu zapalnego zależnego od aktywności Phox w makrofagach.

In vivo (in vivo) Metoda obrazowania w celu rozróżnienia ostrego i przewlekłego stanu zapalnego

Połączone obrazowanie optyczne i μCT w mysim modelu infekcji implantu ortopedycznego, wykorzystujące bioluminescencyjny zmodyfikowany szczep Staphylococcus aureus, zapewniło możliwość nieinwazyjnego i podłużnego monitorowania dynamiki infekcji bakteryjnej, jak również odpowiadającej jej reakcji zapalnej i zmian anatomicznych w kości.

Połączone obrazowanie optyczne in vivo i μCT w celu monitorowania infekcji, stanu zapalnego i anatomii kości w zakażeniu implantu ortopedycznego u myszy

Najbardziej badanym aspektem biokompatybilności kompozytów dentystycznych jest ich cytotoksyczność, obrazowanie poklatkowe 3D CLSM w połączeniu z kwantyfikacją sygnału fluorescencyjnego pozwala na czułą ocenę losu komórki w czasie. Wykorzystanie tej metody może być skutecznym narzędziem do oceny cytokompatybilności kompozytów dentystycznych.

Konfokalne obrazowanie poklatkowe jako skuteczna metoda oceny cytozgodności kompozytów dentystycznych

Ten protokół opisuje nową technikę obrazowania śródoperacyjnego, która wykorzystuje kompleks rutenu jako źródło chemiluminescencyjnej emisji światła, wytwarzając w ten sposób wysokie proporcje sygnału do szumu podczas obrazowania in vivo. Obrazowanie śródoperacyjne to rozwijająca się dziedzina, która może zrewolucjonizować sposób wykonywania zabiegów chirurgicznych.

Nowatorska technika generowania i obserwacji chemiluminescencji w środowisku biologicznym

Odkładanie się amyloidu jest cechą charakterystyczną różnych chorób i dotyka wiele różnych narządów. W pracy opisano zastosowanie luminescencyjnego sprzężonego barwienia fluorescencyjnego oligotiofenem w połączeniu z technikami mikroskopii fluorescencyjnej. Ta metoda barwienia stanowi potężne narzędzie do wykrywania i eksploracji agregatów białkowych zarówno w warunkach klinicznych, jak i naukowych.

Obrazowanie tkanek amyloidowych barwionych luminescencyjnymi sprzężonymi oligotiofenami za pomocą hiperspektralnej mikroskopii konfokalnej i obrazowania fluorescencji

Przedstawiono protokół do wizualizacji 3D mikroskopijnych struktur tkanek za pomocą metody barwienia specyficznego dla promieniowania rentgenowskiego, przeznaczonej do rentgenowskiej tomografii komputerowej.

Obrazowanie 3D próbek tkanek miękkich przy użyciu metody barwienia specyficznego dla promieniowania rentgenowskiego i nanoskopowej tomografii komputerowej

Poznaj metodę XELCI do obrazowania zmian biochemicznych wokół implantów medycznych. Technika ta umożliwia monitorowanie środowiska chemicznego związanego z infekcjami w wysokiej rozdzielczości.

Obrazowanie chemiczne infekcji związanych z implantami o wysokiej rozdzielczości przestrzennej za pomocą obrazowania chemicznego luminescencji wzbudzonej promieniowaniem rentgenowskim przez tkankę (Wideo) | JoVE Journal

Obrazowanie chemiczne infekcji związanych z implantami o wysokiej rozdzielczości przestrzennej za pomocą obrazowania chemicznego luminescencji wzbudzonej promieniowaniem rentgenowskim przez tkankę

Przeglądaj więcej filmów