Name: Oceny tlenowania i perfuzji naczyniowej w przedklinicznych modelach nowotworów i gojenia ran z wykorzystaniem OS-DCE OAI (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2026-04-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
Description: Poznaj metodę OS-DCE OAI do nieinwazyjnej oceny tlenowania i perfuzji tkanek w modelach nowotworów i ran u myszy. Technika umożliwia wczesne wykrywanie zmian fizjologicznych przed widocznymi zmianami anatomicznymi.

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 dr Nealowi Burtonowi z iThera Medical, GmbH za konsultacje. Prace te zostały sfinansowane z grantu UW-Madison Radiology NRSA (2T32CA009206-46), pilotażowego grantu ITPT Radiological Sciences Trainee, programu Clinical and Translational Science Award (CTSA), National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), grantu UL1TR002373 i TL1TR002375, NIH R43 CA265603, NIH R01 EB034261, NIH R21 EB037731 oraz nagrody Falk Catalyst od Falk Medical Research Trust.

<ol><li>Wang, L. V., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography%3A+In+vivo+imaging+from+organelles+to+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography: In vivo imaging from organelles to organs.</a> Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).</li>
<li>Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+by+means+of+multispectral+optoacoustic+tomography+%28MSOT%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging by means of multispectral optoacoustic tomography (MSOT).</a> Chem Rev. 110 (5), 2783-2794 (2010).</li>
<li>Sourbron, S. P., Buckley, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Classic+models+for+dynamic+contrast-enhanced+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Classic models for dynamic contrast-enhanced MRI.</a> NMR Biomed. 26 (8), 1004-1027 (2013).</li>
<li>Hupple, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+light-fluence-independent+method+for+the+quantitative+analysis+of+dynamic+contrast-enhanced+multispectral+optoacoustic+tomography+%28DCE+MSOT%29%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">A light-fluence-independent method for the quantitative analysis of dynamic contrast-enhanced multispectral optoacoustic tomography (DCE MSOT).</a> Photoacoustics. 10, 54-64 (2018).</li>
<li>Xiao, T. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applying+dynamic+contrast-enhanced+MSOT+imaging+to+intratumoral+pharmacokinetic+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Applying dynamic contrast-enhanced MSOT imaging to intratumoral pharmacokinetic modeling.</a> Photoacoustics. 11, 28-35 (2018).</li>
<li>Han, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+2-deoxy-D-glucose-enhanced+multispectral+optoacoustic+tomography+for+assessing+metabolism+and+vascular+hemodynamics+of+breast+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Dynamic 2-deoxy-D-glucose-enhanced multispectral optoacoustic tomography for assessing metabolism and vascular hemodynamics of breast cancer.</a> Photoacoustics. 32, 100531(2023).</li>
<li>Pickles, M. D., Manton, D. J., Lowry, M., Turnbull, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prognostic+value+of+pre-treatment+DCE-MRI+parameters+in+predicting+disease-free+and+overall+survival+for+breast+cancer+patients+undergoing+neoadjuvant+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Radiol%22%5BJournal%5D)">Prognostic value of pre-treatment DCE-MRI parameters in predicting disease-free and overall survival for breast cancer patients undergoing neoadjuvant therapy.</a> Eur J Radiol. 71 (3), 498-505 (2009).</li>
<li>Goel, S., et al. Evaluations of radiotherapy in small animal models of pancreatic cancer with oxygen-enhanced–dynamic contrast-enhanced multispectral optoacoustic tomography (OE-DCE MSOT). Photons Plus Ultrasound: Imaging and Sensing 2023, 12379, (2023).</li>
<li>Yang, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluations+of+a+cutaneous+wound+healing+model+using+oxygen-enhanced+dynamic+contrast-enhanced+photoacoustic+imaging+%28OE-DCE+PAI%29%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Imaging+Biol%22%5BJournal%5D)">Evaluations of a cutaneous wound healing model using oxygen-enhanced dynamic contrast-enhanced photoacoustic imaging (OE-DCE PAI).</a> Mol Imaging Biol. 26 (6), 995-1004 (2024).</li>
<li>Longo, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water-soluble+melanin+derivatives+for+dynamic+contrast-enhanced+photoacoustic+imaging+of+tumor+vasculature+and+response+to+antiangiogenic+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthcare+Mater%22%5BJournal%5D)">Water-soluble melanin derivatives for dynamic contrast-enhanced photoacoustic imaging of tumor vasculature and response to antiangiogenic therapy.</a> Adv Healthcare Mater. 6 (1), 1600550(2017).</li>
<li>Ermolayev, V., Dean-Ben, X. L., Mandal, S., Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+visualization+of+tumour+oxygenation%2C+neovascularization+and+contrast+agent+perfusion+by+real-time+three-dimensional+optoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Molec+Imaging%22%5BJournal%5D)">Simultaneous visualization of tumour oxygenation, neovascularization and contrast agent perfusion by real-time three-dimensional optoacoustic tomography.</a> Molec Imaging. 26, 1843-1851 (2016).</li>
<li>Chen, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concurrent+fluorescence+and+volumetric+optoacoustic+tomography+of+nanoagent+perfusion+and+bio-distribution+in+solid+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Concurrent fluorescence and volumetric optoacoustic tomography of nanoagent perfusion and bio-distribution in solid tumors.</a> Biomed Opt Express. 10 (10), 5093-5102 (2019).</li>
<li>Taruttis, A., Morscher, S., Burton, N. C., Razansky, D., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+multispectral+optoacoustic+tomography+%28MSOT%29+for+dynamic+imaging+of+pharmacokinetics+and+biodistribution+in+multiple+organs%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Fast multispectral optoacoustic tomography (MSOT) for dynamic imaging of pharmacokinetics and biodistribution in multiple organs.</a> PLoS One. 7 (1), e30491(2012).</li>
<li>Tomaszewski, M. R., Gehrung, M., Joseph, J., Quiros-Gonzalez, I., Disselhorst, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen-enhanced+and+dynamic+contrast-enhanced+optoacoustic+tomography+provide+surrogate+biomarkers+of+tumor+vascular+function%2C+hypoxia%2C+and+necrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Res%22%5BJournal%5D)">Oxygen-enhanced and dynamic contrast-enhanced optoacoustic tomography provide surrogate biomarkers of tumor vascular function, hypoxia, and necrosis.</a> Cancer Res. 78 (20), 5980-5991 (2018).</li>
<li>Choi, W., Park, B., Choi, S., Oh, D., Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+contrast-enhanced+photoacoustic+imaging%3A+and+practical+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Recent advances in contrast-enhanced photoacoustic imaging: and practical challenges.</a> Chem Rev. 123 (11), 7379-7419 (2023).</li>
<li>Weber, J., Beard, P. C., Bohndiek, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast+agents+for+molecular+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Contrast agents for molecular photoacoustic imaging.</a> Nat Methods. 13 (8), 639-650 (2016).</li>
<li>Fu, Q. R., Zhu, R., Song, J. B., Yang, H. H., Chen, X. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging%3A+Contrast+agents+and+their+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Materials%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging: Contrast agents and their biomedical applications.</a> Adv Materials. 31 (6), 1805875(2019).</li>
<li>Nair, A. B., Jacob, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+practice+guide+for+dose+conversion+between+animals+and+human%5BTitle%5D)+AND+%22J+Basic+Clin+Pharm%22%5BJournal%5D)">A simple practice guide for dose conversion between animals and human.</a> J Basic Clin Pharm. 7 (2), 27-31 (2016).</li>
<li>Alander, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+indocyanine+green+fluorescent+imaging+in+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biomed+Imaging%22%5BJournal%5D)">A review of indocyanine green fluorescent imaging in surgery.</a> Int J Biomed Imaging. 2012, 940585(2012).</li>
<li>Xia, J., Chen, W. Y., Maslov, K., Anastasio, M. A., Wang, L. H. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retrospective+respiration-gated+whole-body+photoacoustic+computed+tomography+of+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Retrospective respiration-gated whole-body photoacoustic computed tomography of mice.</a> J Biomed Opt. 19 (1), 016003(2014).</li>
<li>Liu, S., Wang, T., Zheng, X., Zhu, Y., Tian, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+imaging+depth+limit+of+photoacoustic+tomography+in+the+visible+and+first+near-infrared+windows%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">On the imaging depth limit of photoacoustic tomography in the visible and first near-infrared windows.</a> Optics Express. 32 (1), 5460-5480 (2024).</li>
<li>Oraevsky, A., Clingman, B., Zalev, J., Stavros, A., Yang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+optoacoustic+imaging+combined+with+ultrasound+for+coregistered+functional+and+anatomical+mapping+of+breast+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Clinical optoacoustic imaging combined with ultrasound for coregistered functional and anatomical mapping of breast tumors.</a> Photoacoustics. 12, 30-45 (2018).</li>
<li>Cox, B., Laufer, J. G., Arridge, S. R., Beard, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+spectroscopic+photoacoustic+imaging%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Quantitative spectroscopic photoacoustic imaging: a review.</a> J Biomed Opt. 17 (6), 061202(2012).</li>
<li>Khodaverdi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+photoacoustic+spectral+coloring+compensation+techniques+adapted+to+the+context+of+human+in-vivo+oxygenation+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Two photoacoustic spectral coloring compensation techniques adapted to the context of human in-vivo oxygenation measurements.</a> Biomed Optics Express. 16 (6), 2217-2231 (2025).</li>
<li>Reinhart, M. B., Huntington, C. R., Blair, L. J., Heniford, B. T., Augenstein, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Indocyanine+green%3A+Historical+context%2C+current+applications%2C+and+future+considerations%5BTitle%5D)+AND+%22Surg+Innov%22%5BJournal%5D)">Indocyanine green: Historical context, current applications, and future considerations.</a> Surg Innov. 23 (2), 166-175 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają konfliktów interesów w odniesieniu do tej pracy.

Krzywe DCE OAI PK mogą być wpływane przez różne artefakty, które obniżają wiarygodność analizy PK. Częstą pułapką jest obecność powierzchownych ran, strupów lub zaschniętej krwi w polu obrazowym, które mogą wprowadzać silne, niespecyficzne wchłanianie na powierzchni skóry i zaciemniać głębsze sygnały (Rysunek 8). Podczas rysowania zwrotów z inwestycji wewnątrz guza należy zachować ostrożność, aby nie uwzględniać tych struktur powierzchniowych, aby wyodrębnione krzywe odzwierciedlały dynamikę...

Obrazowanie optyczne (OAI), znane również jako obrazowanie fotoakustyczne lub wielospektralna tomografia optoakusistyczna, to stosunkowo nowa metoda łącząca wzbudzenie optyczne z detekcją ultrasonograficzną (US), umożliwiając obrazowanie głębokietkanek 1,2. W OAI krótkie impulsy laserowe o długości nanosekundy pobudzają endogenne chromofory, takie jak oksyhemoglobina i oksyhemoglobina, powodując lokalne termoelastyczne rozszerzanie i szerokopasmowe fale akustyczne wykrywane przez amerykańskie przetworniki. Sygnały te umożliwiają OAI uzyskanie obrazów o kontraście optycznym o rozdzielczości przestrzennej podobnej do ultradźwięków, jednocześnie osiągając głębokość widzenia na skalę centymetra in vivo. Gdy dane są pozyskiwane na wielu długościach fal i analizowane za pomocą rozmieszania spektralnego, Oxygen Sensitive (OS) OAI może oszacować względne stężenia tlenu i deoksyhemoglobiny, a tym samym wywnioskować nasycenie tkanką tlenem (%sO₂)2. Saturacja tlenem we krwi umożliwia funkcjonalną ocenę fizjologii mikronaczyniowej, do której trudno uzyskać dostęp nieinwazyjny innymi metodami.
Perfuzja naczyniowa jest również przydatna do oceny fizjologii mikronaczyniowej. Perfuzja naczyniowa reprezentuje kombinację przepływu naczyniowego, przepuszczalności oraz powierzchni naczyń3. Aby ilościowo określić perfuzję, OAI może być stosowany z egzogenicznym środkiem kontrastowym do wykonania dynamicznie wzmocnionego kontrastem OAI (DCE OAI). W tym podejściu obrazowanie czasowe przed, w trakcie i po wstrzyknięciu środka kontrastowego monitoruje farmakokinetykę (PK) środka. Wyniki te można modelować do pomiaru tempa wypłukiwania (NKtrans) z przedziału osocza krwi do przedziału zewnątrznaczyniowego guza oraz tempa wypłukiwania (kep) z zewnątrzkomórkowego przedziału guza do przedziału osocza. Opracowaliśmy metodę modelowania PK, która unika słynnego problemu płynności światła (czyli rozpraszania i absorpcji w tkankach, które powodują zmienną energię promieniowania przez tkankę)4. Nasza metoda normalizuje zmianę dynamicznego sygnału OAI od 0% (przed wtryskiem) do 100% (maksymalne wzmocnienie), a następnie wykorzystuje równania różniczkowe do oszacowania szybkości wlewaniaNK trans oraz kep. Inne badania DCE OAI stosowały standardowe metody modelowania PK, które opierają się na głównym założeniu, że płynność światła jest jednolita w całej tkance 5,6.
Wyniki DCE OAI mogą być również wykorzystywane do oceny szybkości wlewania sygnału poprzez empiryczne pomiary maksymalnego wzmocnienia sygnału (MSE), czasu do szczytu (TTP) do osiągnięcia MSE, nachylenia (zazwyczaj przy wstrzykiwaniu do TTP) oraz początkowego obszaru pod krzywą (IAUC; ponownie zazwyczaj dla wstrzyknięcia do TTP po wstrzyknięciu)7. Należy zauważyć, że jeśli TTP występuje później na krzywej PK, nachylenie lub IAUC można mierzyć w linii linii krzywej lub od momentu wstrzyknięcia do 1 minuty po wstrzyknięciu. Wykazaliśmy, że pomiary empiryczne mogą być również przydatne przy ocenie leczenia modeli nowotworowych lub przy ocenie gojenia się ran 8,9. Inne badania również wykazały wartość wykorzystania pomiarów empirycznych do oceny przepuszczalności naczyń guzowych oraz włóknienia wątroby10,11. Kształt krzywej PK może być również używany do jakościowej klasyfikacji perfuzji naczyń guza jako wysoki lub niski 12,13,14.
Dodatkowo, sygnał OAI w jednym punkcie po wstrzyknięciu może być używany jako empiryczna ocena perfuzji, znana jako niedynamiczny Contrast Enhanced OAI (CE OAI)15. Obraz CE OA pokazujący jasny guz lub ranę jest prosty i bardzo widoczny, a mimo to często służy jedynie do jakościowej oceny wysokiej i niskiej przekręcenia przesyłek. Ogólnie rzecz biorąc, dynamiczna zmiana sygnałów OAI po TTP nie jest analizowana w celu empirycznej oceny perfuzji naczyniowej w guzach. Jednak, jak pokazano poniżej, wskaźniki wnikania w ranach są niezwykle szybkie, dlatego trudno zmierzyćtranzyt NK, TTP, nachylenie i IAUC. Dlatego wykorzystaliśmy liniowy lub wykładniczy nachylenie fazy wypłukania jako empiryczną miarę perfuzji naczyniowej w ranach9.
Większość środków OAI absorbuje w zakresie długości fal bliskiej podczerwieni (NIR), które mogą przenikać głębiej do tkanek 16,17. Jednak absorpcja wody przy długościach fal powyżej 900 nm ogranicza użyteczny zakres długości fal in vivo OAI do 700–900 nm dla większości zastosowań2. Zieleń indocyjanina (ICG) jest prototypowym środkiem DCE OAI, ponieważ zapewnia silne wchłanianie NIR na 780–800 nm, emituje umiarkowanie silny sygnał OAI oraz ma korzystną biokompatybilność z zatwierdzeniem FDA do zastosowań klinicznych. Te cechy umożliwiają kontrast wewnątrznaczyniowy oraz interpretowalne krzywe PK.
Opracowaliśmy wspólny protokół OS-DCE OAI do oceny tlenowania i perfuzji naczyniowej w przedklinicznych modelach guzów i ran litych 8,9. Część tego protokołu dotycząca OS może ocenić tlenowanie w wielu obrazowaniach, które mogą objąć cały guz i objętość ran w modelach myszy. Część naszego protokołu dotycząca DCE umożliwia obrazowanie pojedynczego cięcia guza lub rany przy użyciu wielu długości fal laserowych (poprawiając dokładność wykrywania środka kontrastowego) lub obrazowania nawet 5 przekrojów jedną długością fali laserowej (poprawiając pokrycie przestrzenne). Stosowaliśmy OS-DCE OAI do monitorowania zmian w natlenieniu i perfuzji naczyniowej po leczeniu modelu nowotworu radioterapią lub kombretastatyną A4, czynnikiem zakłócającym naczynia 4,8. Korzystaliśmy także z OS-DCE OAI do monitorowania gojenia się ran9. DCE OAI daje OAI możliwość monitorowania postępu poprzez perfuzję naczyniową, co można stosować w leczeniu różnych chorób.

<table><tbody><tr><td>Wskazówka 20 G</td><td>Exel INT</td><td>26417</td><td>Igła hipodermiczna; 20G x 1", używane do przygotowywania roztworów heparyny</td></tr><tr><td>Komórki 4T1</td><td>ATCC</td><td>CRL-2539</td><td>Linia komórkowa raka piersi z potrójnym ujemnym wynikiem</td></tr><tr><td>Anti-Anti (100x)</td><td>Gibco</td><td>15240-062</td><td>Koktajl antybiotyków</td></tr><tr><td>Cios biopsji</td><td>Integra &nbsp;</td><td>33-36</td><td>6 mm jednorazowy cios do biopsji &nbsp;</td></tr><tr><td>Woda jakości do hodowli komórkowych</td><td>Corning</td><td>25-055-CV</td><td>500 mL; przetestowany na USP sterile sater pod kątem specyfikacji inakcji &nbsp;</td></tr><tr><td>Roztwór matrycy kolagenowej</td><td>Corning</td><td>354262</td><td>Matryca kolagenowa do fomacji i zastrzyków nowotworowych</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Laboratorium Deacona</td><td>2701</td><td>Środek odkażający ogólnego przeznaczenia</td></tr><tr><td>Lubrykant do oczu&nbsp;</td><td>Optixcare&nbsp;</td><td>50-218-8442</td><td>20 g/0,70 uncji; wyłącznie do użytku zwierzęcego&nbsp;</td></tr><tr><td>Gaza&nbsp;</td><td>Fisherbrand</td><td>22-415-468</td><td>Bawełniana gazia; 3" x 3" (7,6 x 7,6 cm); 12-warstwowy</td></tr><tr><td>Rękawice</td><td>VWR</td><td>76457-130</td><td>Rękawice do badania nitrylowego</td></tr><tr><td>Heparyna</td><td>Meitheal</td><td>NDC71288-402-10</td><td>10 000 jednostek USP na 10 mL, 1000 jednostek USP na mL; 10 ml fiolki wielodawkowej</td></tr><tr><td>Indocyanina zielona</td><td>TCI</td><td>I0535</td><td>Optoakustyczny Środek Kontrastowy</td></tr><tr><td>Izofluran</td><td>Izospire</td><td>17033-091-25</td><td>Niepalny, niewybuchowy środek wdychawczy stosowany u koni i psów; 250 mL&nbsp;</td></tr><tr><td>Film laboratoryjny</td><td>Parafilm &nbsp;</td><td>PM-992</td><td>2" x 250'; Rdzeń o średnicy 1"</td></tr><tr><td>Nair body bream Preparat do usuwania włosów &nbsp;</td><td>Nair</td><td>LL4038</td><td>Krem depiliacyjny; Bogate masło kakaowe & witamina E</td></tr><tr><td>Needle&nbsp;</td><td>Terumo</td><td>NN2732R</td><td>27G x 1 1/4" (6,40 mm x 32 mm); R.W. Reg. Bevel&nbsp;</td></tr><tr><td>Optoakustyczna Maszyna Obrazowania</td><td>iTheraMedical&nbsp;</td><td>MSOT inVision 512</td><td>Skaner optoakustyczny</td></tr><tr><td>PBS, 1x</td><td>Corning &nbsp;</td><td>21-040-CV</td><td>500 mL; Sól fizjologiczna z buforem fosforanowym bez wapnia i magnezu &nbsp;</td></tr><tr><td>RPMI</td><td>Corning &nbsp;</td><td>10-040-CV</td><td>Podłoże hodowli komórkowych</td></tr><tr><td>Sól fizjologiczna</td><td>Hospira</td><td>NDC0409-4888-02</td><td>10 ml pojedynczej dawki; Zastrzyk chlorku sodu 0,9%, USP</td></tr><tr><td>Stoper</td><td>iTheraMedical&nbsp;</td><td>4135333</td><td>Używano do zapisywania minut i sekund &</td></tr><tr><td>Strzykawki</td><td>Kardynał Zdrowia</td><td>1188128012</td><td>1 mL strzykawki insulinowej; Tylko insulina U-100; 27G x 1/2" (0,35 x 12,7 mm)</td></tr><tr><td>Przezroczyste opatrunki ranowe</td><td>Tegaderm</td><td>1624W</td><td>przezroczysty styl ramki z dekoracją filmową; 2 3/8" x 2 3/4" (6 cm x 7 cm)</td></tr><tr><td>Pęseta</td><td>Termo Electron&nbsp;</td><td>7626</td><td>Używany do cofania skóry podczas wstrzykiwania komórek myszom</td></tr><tr><td>Żel ultradźwiękowy</td><td>EcoVue</td><td>283</td><td>32 g opakowania, bez glikolu prpylenowego, rozpuszczalny w wodzie, bez parabenów i barwników</td></tr><tr><td>Niebarwione szwy</td><td>Ethicon</td><td>VR493</td><td>cięcie 18"; P-3 3/8 13 mm; niebarwiony i pleciony, syntetyczny szw chłonny, bez USP</td></tr><tr><td>Podkład grzewczy</td><td>Repti Therm UTH</td><td>120VAC 60Hz 8W&nbsp;</td><td>Używana do ogrzewania zwierząt pod znieczuleniem; &nbsp;</td></tr><tr><td>Czy szyny</td><td>Grace Bio-Labs</td><td>476684</td><td>Przezroczysty silikon, 14 mm średnicy x 10 mm o grubości 0,5 mm z szwami i niebsp;</td></tr><tr><td>Klipsy na rany</td><td>Reflex 7</td><td>203-1000</td><td>System zamykania skóry refleks, 7 mm, nierdzewna stee</td></tr></tbody></table>

oceny tlenowania i perfuzji naczyniowej w przedklinicznych modelach nowotworów i gojenia ran z wykorzystaniem os-dce oai

Evaluations of Oxygenation and Vascular Perfusion in Pre-Clinical Models of Cancer and Wound Healing Using OS-DCE OAI

Obrazowanie optoakustyczne na tlen (OS OAI) oraz dynamiczne obrazowanie optoakustyczne z kontrastem wzbogaconym (DCE OAI) zapewniają uzupełniające, nieinwazyjne odczyty fizjologii tkanek. OS OAI wykorzystuje wielospektralne wykrywanie endogennej oksyhemoglobiny i deoksyhemoglobiny do generowania map nasycenia tlenem we krwi (%sO₂), podczas gdy DCE OAI śledzi farmakokinetykę in vivo absorbera bliskiego podczerwieni, aby ilościowo określić perfuzję i przepuszczalność naczyń. Celem tego protokołu jest przedstawienie jednolitego workflow OS-DCE OAI, który umożliwia jednoczesną ocenę natlenienia i perfuzji w dwóch szeroko stosowanych warunkach przedklinicznych: ortotopowych guzach raka piersi oraz pełnogrubych ranach skórnych.
W tym protokole zademonstrowaliśmy OAI na myszych modelach raka piersi lub rany rozciętej cięć. W przypadku OS OAI skany wielospektralne są wykonywane na częstotliwości 700–875 nm, aby umożliwić rozdzielanie spektralne i estymację %sO₂. W przypadku DCE OAI powtarzane akwizycje z rozdzielczością czasową ≤5 s wykonuje się przed i po dożylnym wstrzyknięciu bolusu indocyjaninowego zielenia (ICG), wykorzystując wielospektralne próbkowanie przy 700-875 nm lub próbkowanie pojedynczej długości fali przy 800 nm do wygenerowania krzywych amplitudy sygnału czasowo-OA. Szczegółowo opisano opracowanie modeli zwierzęcych, przygotowanie do obrazowania OA, akwizycje OAI i DCE OAI w OS oraz analizy mające na celu pomiar cech natlenienia i perfuzji naczyniowej, wraz z kluczowymi wskazówkami dotyczącymi rozwiązywania problemów dotyczących artefaktów ruchu, pochłaniaczy powierzchniowych i nieudanych zastrzyków.
Razem ten protokół OS-DCE OAI daje zintegrowany funkcjonalny portret hipoksji i transportu naczyniowego, który może wykrywać zmiany fizjologiczne w guzach i ranach wcześniej niż ogólne pomiary anatomiczne. OS-DCE OAI jest łatwo adaptowalny do innych modeli chorób.

Sygnał OAI może generować mapy nasycenia tlenem w guzach i ranach Po pozyskaniu i rekonstrukcji wielospektralnych zbiorów danych OAI można zdefiniować obszary zainteresowania (ROI) wewnątrz guzów lub łóżek ran, aby ilościowo określić natężenie sygnału na różnych długościach fal. Następnie stosuje się algorytmy rozmieszania spektralnego, aby oddzielić wkład oksyhemoglobiny (HbO2) i deoksyhemoglobiny (Hb) od złożonego sygnału optoakustycznego. To przetwarzanie umożliwia generowanie ilościow...

Przedstawiamy tutaj protokół do wykonywania Oxygen Sensitive – Dynamic Contrast Enhanced Optoacoustic Imaging (OS-DCE OAI) w celu oceny przedklinicznych modeli raka i gojenia się ran. OS OAI może obrazować oksysyhemoglobinę i oksyhemoglobinę, mapując natlenowanie tkanek. DCE-OAI może obrazować farmakokinetykę egzogenicznego środka kontrastowego, mapując tym samym perfuzję naczyniową.

Oceny tlenowania i perfuzji naczyniowej w przedklinicznych modelach nowotworów i gojenia ran z wykorzystaniem OS-DCE OAI

Oxygen-sensitive optoacoustic imaging (OS OAI) and dynamic contrast&#8211;enhanced optoacoustic imaging (DCE OAI) provide complementary, noninvasive ...

Moje badania koncentrują się na systemach obrazowania optoakustycznego do pomiaru tlenowania i perfuzji ran oraz guzów. Obecne metody ograniczają się do jednoczesnego pomiaru perfuzji i tlenowania, ale nasz protokół umożliwia ocenę w czasie rzeczywistym i nieinwazyjną. Protokół ten ma zastosowanie zarówno w badaniach przedklinicznych, jak i klinicznych ran, guzów i chorób naczyń, choć ogranicza się do głębokości obrazowania do około 10 centymetrów.Na początek przygotuj 2,14-milimolowy roztwór zieleni indocyjaniny, czyli środka kontrastowego ICG, w wodzie sterylnej. Przefiltruj roztwór filtrem strzykawkowym o średnicy 0,3 mikrometra i napełnij sterylną strzykawkę laboratoryjną 100 mikrolitrami przefiltrowanego roztworu. Teraz napełnij zbiornik obrazujący wodą destylowaną i ustaw temperaturę na 36 stopni Celsjusza dla myszy o masie poniżej 25 gramów.Jeśli wykonujesz DCE-OAI, przepłukaj cewnik żyły ogonowa o masie 27 gauge solą heparyzowaną. Wkładaj cewnik do bocznej żyły ogonowej u znieczulonej myszy i zabezpiecz go, aby zapobiec jego wyjęciu z żyły ogonowej. Potwierdź, że nie ma żadnych pęcherzyków powietrza.Następnie przygotuj sterylną strzykawkę laboratoryjną o objętości nie większej niż 500 mikrolitrów, która może podłączyć się do cewnika. Napełnij strzykawkę 100 mikrolitrami 2,14-milimolowego ICG. Następnie nałóż cienką warstwę przezroczystego żelu ultradźwiękowego na guz lub ranę.Następnie nałóż żel ultrasonograficzny na kołyskę, aby uszczelić miejsce między kołyską a guzem lub raną. Umieść mysz w kołysce zgodnie z instrukcjami producenta. Umieść mysz w uchwytie z nosem mocno wewnątrz stożka nosa.Użyj kajdanek, aby unieruchomić ręce i nogi myszy. Użyj pętli zęba, aby ustabilizować głowę. Podczas wyobrażania myszy użyj kołyski z nosem szczura, aby podnieść głowę z dolnej części kołyski i zmniejszyć ryzyko przypadkowego utonięcia, jeśli woda przedostanie się do kołyski.Teraz umieść mysz i podstawkę w przyrządzie OAI zgodnie z instrukcjami producenta. Obserwuj kołyskę myszy pod kątem wycieków. Jeśli wykonujesz DCE-OAI, podłącz cewnik do strzykawki zawierającej środek kontrastowy.Wyrównaj mysz przed obrazowaniem, pozwalając na 10 minut na stabilizację fizjologii myszy w zbiorniku z ciepłą wodą. Aby ustawić mysz względem przetwornika OAI, przesuń mysz lub przetwornik OAI tak, aby guz lub rana znajdował się w zbiorze obrazów wielokrojowych. Optymalizuj prędkość dźwięku dla obrazu zestawionego podczas okresu równowagi.Utrzymuj stałą orientację i pozycję krojów dla wszystkich myszy i w każdym momencie, aby zapewnić rygorystyczne rezultaty. Wybierz parametry cięcia obrazu, aby uzyskać wiele przekrojów pokrywających cały guz lub obszar rany o grubości jednego milimetra. Następnie wybierz długości fal absorpcyjne dla OS-OAI na 700, 730, 760, 800, 850 i 875 nanometrach.Skonfiguruj uśrednianie sygnału tak, aby uzyskało 10 średnich na długość fali przed uzyskaniem kolejnej długości fali i przed przejściem do kolejnego fragmentu obrazowania. Następnie ustaw liczbę powtórzeń, aby całkowity czas przyswajania wynosił około dwóch minut. Wykonaj co najmniej trzy powtórzenia, aby zapewnić stabilność pomiaru.Teraz pobierz obrazy OS-OA używając wcześniej ustalonych parametrów. Ustaw parametry akwizycji DCE-OAI dla protokołu obrazowania pojedynczego przekroju z wieloma długościami fal. Umieść do pięciu obrazów obrazujących wyśrodkowane na guzie lub ranę o grubości jednego milimetra.Wybierz optymalną długość fali absorpcji dla środka kontrastowego, ustawiając długość fali na 800 nanometrów dla ICG w środowisku in vivo. Ustaw liczbę średnich i powtórzeń, aby utrzymać rozdzielczość czasową na poziomie pięciu sekund lub mniej, a całkowity czas przyswajania od 11,0 do 11,2 minuty, co daje powtarzalność obrazowania o częstotliwości 10 herców. Aby pozyskać obrazy DCE-OA, rozpocznij akwizycję i zbierz 12 zestawów obrazów.Następnie podaj 100 mikrolitrów środka kontrastowego przez cewnik, kontynuując pobieranie. Kontynuuj obrazowanie, aby uzyskać pozostałe 128 zestawów obrazów przez 10,2 minuty po wstrzyknięciu, aby uchwycić kinetykę wypłukiwania i wypłukiwania. Monitoruj proces obrazowania, aby upewnić się, że zdjęcia są wykonywane, oraz obserwuj tempo oddechu myszy, aby potwierdzić stabilną fizjologię podczas skanowania.Następnie zdejmij mysz i kołyskę z instrumentu. Wyjmij mysz z kołyski i pozwól jej dojść do siebie po znieczuleniu. Wróć mysz do rozgrzanej klatki i obserwuj do momentu, gdy będzie chodzić dalej.Na koniec przeanalizuj obrazy OA i oblicz parametry ilościowe, aby ocenić fizjologię guzów lub ran oraz dynamikę kontrastu. Ilościowe mapy oksyhemoglobiny, deoksyhemoglobiny, całkowitej hemoglobiny oraz nasycenia tlenem we krwi zostały wygenerowane z wielospektralnych zbiorów danych OAI przy użyciu rozdzielania spektralnego. DCE-OAI dostarczył empiryczne parametry farmakokinetyczne, w tym maksymalne wzmocnienie sygnału, czas do szczytu, nachylenie, powierzchnię pod krzywą, straty sygnału oraz wzmocnienie kontrastu po 10 minutach.Modelowanie farmakokinetyczne umożliwiło oszacowanie wskaźników wpływu i wypłukania, reprezentowanych za pomocą map NKtrans i Kep. Modele ran wykazały wolniejsze tempo wypłukiwania bezpośrednio po urazie, które wzrastały podczas gojenia, co wskazuje na zmiany w przelewaniu naczyń. Protokół ten umożliwia dynamiczne, nieinwazyjne pomiary natlenienia i perfuzji tkanek.Kluczowym wyzwaniem jest minimalizowanie ruchu i utrzymanie stałego ustawienia dla wiarygodnego pomiaru.

evaluations-oxygenation-vascular-perfusion-pre-clinical-models-cancer

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opracowano dwumodalny system obrazowania do bezkontaktowej oceny utlenowania tkanek skóry oraz funkcji naczyniowej.

Obrazowanie dwutrybowe utlenowania tkanki skórnej i funkcji naczyniowej

Prezentujemy metodę rozproszonej spektroskopii optycznej (DOS), która dostarcza ilościowych biomarkerów optycznych reakcji skóry na promieniowanie. Opisujemy projekt oprzyrządowania DOS, algorytmy ekstrakcji parametrów optycznych i procedury postępowania ze zwierzętami wymagane do uzyskania reprezentatywnych danych z przedklinicznego mysiego modelu rumienia wywołanego promieniowaniem.

Dyfuzyjna spektroskopia optyczna do ilościowej oceny ostrej toksyczności skórnej wywołanej promieniowaniem jonizującym przy użyciu modelu mysiego

Prezentowany tutaj jest protokół do nieinwazyjnego monitorowania hemodynamiki mózgu pacjentów neurokrytycznych w czasie rzeczywistym i przy łóżku pacjenta przy użyciu optyki dyfuzyjnej. W szczególności proponowany protokół wykorzystuje hybrydowe rozproszone systemy optyczne do wykrywania i wyświetlania w czasie rzeczywistym informacji na temat natlenienia mózgu, przepływu krwi w mózgu i metabolizmu mózgowego.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej

Ocena funkcji mikronaczyniowej za pomocą obrazowania rezonansu magnetycznego serca wrażliwego na natlenienie w połączeniu z manewrami oddychania wazoaktywnego jest wyjątkowa pod względem zdolności do oceny szybkich dynamicznych zmian w utlenowaniu mięśnia sercowego in vivo, a zatem może służyć jako krytycznie ważna technika diagnostyczna dla funkcji naczyń wieńcowych.

Wrażliwy na natlenienie rezonans magnetyczny serca z manewrami oddychania naczyniowego do nieinwazyjnej oceny dysfunkcji mikronaczyń wieńcowych

Ten protokół przedstawia fizjologicznie istotny model guza na chipie do przeprowadzenia wysokoprzepustowych podstawowych i translacyjnych badań nad rakiem u ludzi, postępu w badaniach przesiewowych leków, modelowania chorób i spersonalizowanych podejść medycznych z opisem procedur ładowania, konserwacji i oceny.

Ustanowienie fizjologicznego unaczynionego modelu mikroguza człowieka do badań nad rakiem

Opisujemy protokół do nieinwazyjnego i ciągłego pomiaru bezwzględnego wskaźnika przepływu krwi w mikronaczyniach krwionośnych i nasycenia krwi tlenem za pomocą multimodalnego urządzenia opartego na optyce dyfuzyjnej bliskiej podczerwieni. Następnie oceniamy tempo metabolizmu zużycia tlenu i reaktywnego przekrwienia za pomocą testu okluzji naczyniowej.

Nieinwazyjne monitorowanie utlenowania mikrokrążenia i reaktywnego przekrwienia przy użyciu hybrydowej, rozproszonej spektroskopii optycznej w bliskiej podczerwieni do intensywnej terapii

Tłumaczenie wyników mikroskopii przyżyciowej jest utrudnione ze względu na jego płytką głębokość penetracji w tkanki. W tym miejscu opisujemy mysi model komory z oknem grzbietowym, który umożliwia jednoczesną rejestrację mikroskopii przyżyciowej i klinicznie stosowanych metod obrazowania (np. CT, MRI) w celu bezpośredniej korelacji przestrzennej, potencjalnie usprawniając kliniczne tłumaczenie wyników mikroskopii przyżyciowej.

Mysi model guza w komorze grzbietowego fałdu skórnego do połączonej mikroskopii przyżyciowej i obrazowania metodą rezonansu magnetycznego w translacyjnych badaniach nad rakiem

Tutaj opisujemy nieinwazyjne podejście wykorzystujące spektroskopię bliskiej podczerwieni do oceny reaktywnego przekrwienia kończyny dolnej. Protokół ten zapewnia standaryzowaną ocenę reakcji naczyniowej i mikronaczyniowej, która może być wykorzystana do określenia obecności dysfunkcji naczyniowej, a także skuteczności interwencji terapeutycznych.

Spektroskopia bliskiej podczerwieni podczas przekrwienia reaktywnego w celu oceny funkcji naczyniowej kończyn dolnych

Ilościowe mapy tlenowe 3D mysich guzów zostały zobrazowane nieinwazyjnie za pomocą pulsacyjnego rezonansu paramagnetycznego. Ultrasonografia B-mode i Power Doppler zostały wykorzystane do anatomii i struktury naczyniowej. Obrazy z obu modalności nałożono na siebie, umożliwiając wieloparametryczną analizę guza.

Ocena niedotlenienia guza: obrazowanie tlenu in vivo 3D za pomocą elektronowego rezonansu paramagnetycznego

Celem tych badań jest odtworzenie, a następnie dostęp do anatomii ludzkiego układu żylnego serca za pomocą rekonstrukcji 3D wygenerowanych na podstawie tomografii komputerowej z kontrastem.

Rekonstrukcje anatomiczne układu żylnego serca człowieka z wykorzystaniem kontrastowej tomografii komputerowej próbek z utrwaloną perfuzją

Poznaj metodę OS-DCE OAI do nieinwazyjnej oceny tlenowania i perfuzji tkanek w modelach nowotworów i ran u myszy. Technika umożliwia wczesne wykrywanie zmian fizjologicznych przed widocznymi zmianami anatomicznymi.

Oceny tlenowania i perfuzji naczyniowej w przedklinicznych modelach nowotworów i gojenia ran z wykorzystaniem OS-DCE OAI

Przeglądaj więcej filmów