Name: BioImaging registradas de Nanomateriais para Monitoramento de Diagnóstico e Terapêutica (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-09T17:00:00.000+00:00
Duration: 17 min 16 s
Description: Aprenda métodos de bioimagem para avaliar a biodistribuição de nanopartículas em modelos de roedores. Esta técnica permite monitorar a eficácia terapêutica e transladar resultados para aplicações humanas em doenças neurodegenerativas.

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<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>

Não há conflitos de interesse declarados.

O registro preciso da histologia com resultados in-vivo de imagens é um passo crítico no desenvolvimento de biomarcadores de imagem para detecção e estadiamento da doença neuronal. Algumas métricas de imagem são susceptíveis de ser correlacionado com alterações morfológicas bruta incluindo mudanças nas propriedades magnéticas de relaxamento do tecido utilizado para detectar a presença de doença na substância branca e câncer. Outros métodos mais sutis, como a DTI, são susceptíveis de detectar precocemente alterações celulares que podem não ser detectável como alterações histológicas causadas pela doença não aparecem até mais tarde, os estágios da doença. Ainda outros marcadores, como marcadores espectroscópicas, podem ser indicadores de alterações precoces e reversíveis, que precede até mesmo as mais sutis alterações celulares. Biodistribuição pode ser determinada de forma não invasiva usando uma variedade de métodos. O principal métodos não-invasivos são a tomografia por emissão de pósitrons (PET), emissão de fóton único tomografia computadorizada (SPECT), imagem óptica, e RM. Medicina nuclear baseada imagem (PET e SPECT) têm sido utilizados ao longo dos anos para biodistribuição muitos, mas estes métodos são limitados pela meia-vida de radiotraçadores utilizados para a rotulagem dos compostos ou os nanomateriais, especialmente para os traçadores PET. Imageamento óptico pode ser utilizado para pequenos roedores, mas não pode ser traduzido para uso humano, exceto para as regiões de fácil acesso, tais como tumores superficiais, devido à absorção de luz e espalhamento de luz. Além disso, é difícil quantificar os sinais ópticos por essas mesmas razões. MRI usa tags persistentes como SPIO que podem ser rastreados no corpo durante um período de semanas. Isto, também, deve ser usado com cautela, como o rótulo pode ser transferido para diferentes células ou ser reabsorvido pelo corpo. Especificidade de detecção de SPIO na ressonância magnética podem ser fornecidos por uma variedade de métodos. Métodos de detecção, que fornecem sinais positivos como negativos, são usados ​​para melhorar a especificidade da ressonância magnética para detectar a presença de SPIO no tecido. O método de subtração utilizado neste trabalho tem sido usado por outros, bem 28. Outras abordagens incluem a detecção de ressonância 29-31, fase de imagem sensível que produz um padrão particular perto vazios SPIO 32, e zero imagem tempo de eco que usa ponderação T1 para produzir uma intensidade de sinal positivo na região de SPIO 33. O avanço desses métodos para melhorar a quantificação de etiqueta, sensibilidade e especificidade é uma área de pesquisa ativa atualmente.

<table><tbody><tr><td>Isóflurano</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oxigênio medicinal</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vaporizador de isóflurano</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Máscara de anestesia a gás para roedores</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Suporte estereotáxico para cabeça compatível com RM</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Seringa</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo cateter de polietileno</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agulha não magnética</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lubrificante ocular</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gaze</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fita adesiva</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Meio de perfusão</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Composto OCT para inclusão de tecidos</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema de RM</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Câmera digital</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Criostato para corte de tecidos</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

bioimaging registradas de nanomateriais para monitoramento de diagnóstico e terapêutica

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications pode ser transportado por pelo sangue de monócitos-macrófagos no sistema retículo-endotelial (RES; baço, fígado, linfonodos) e para acabar com os órgãos. Estes últimos incluem o pulmão, RES, e do cérebro e estão operacionais durante o vírus da imunodeficiência humana tipo um (HIV-1) infecção. Entrada de macrófagos nos tecidos é notável em áreas de replicação do HIV-1 ativa e locais de inflamação. A fim de avaliar o potencial de macrófagos como nanocarriers, óxido de ferro superparamagnético-e / ou drogas partículas carregadas foram revestidas com tensoativos parenteral injetado em camundongos HIV-1 encefalítico. Isto foi feito para uma avaliação quantitativa de partículas e biodistribuição de drogas. Ressonância magnética resultados (MRI) de teste foram validados pelo coregistration histológica e de processamento de imagem melhorada. Doença de órgãos como tipificado pela histologia alterada do cérebro foram avaliadas por ressonância magnética. A demonstração da migração robusto de nanoformulations em áreas de encefalite focal fornece &quot;prova de conceito&quot; para o uso de técnicas avançadas de bioimaging para monitorar a migração de macrófagos. Importante, aberrações histopatológico no cérebro se correlacionam com parâmetros bioimaging fazendo a utilidade geral da RM em estudos de distribuição das células na doença viável. Postulamos que o uso de tais métodos pode fornecer um índice em tempo real de carga da doença ea eficácia terapêutica com potencial de translação para os seres humanos.

Bioimaging métodos utilizados para avaliar biodistribuição das células de nanopartículas são aplicáveis ​​para monitorização terapêutica e de diagnóstico de compostos nanoformulated. Os métodos descritos neste documento são sensíveis e específicos, quando avaliada por coregistration histológica. As metodologias de fornecer um caminho de translação de roedores para aplicação em seres humanos.

BioImaging registradas de Nanomateriais para Monitoramento de Diagnóstico e Terapêutica

Nanomedicamentos podem ser transportados por monócitos-macrófagos sanguíneos para o sistema reticuloendotelial (SRE; baço, fígado, linfonodos) e para extremidades...

O objetivo geral deste procedimento é obter imagens da distribuição e avaliar a eficácia terapêutica de nanopartículas marcadas magneticamente ou formuladas com fármacos. Isso é realizado primeiramente pela fabricação das partículas, teste de suas propriedades biológicas quanto à captação celular em sistemas modelo laboratoriais, seguido pela injeção das formulações carregadas com células e avaliação de sua distribuição tecidual por meio de bioimagem. As regiões cerebrais afetadas foram visualizadas antes e após a injeção de macrófagos derivados de monócitos infectados com vírus.O segundo passo do procedimento é obter imagens de sub-regiões cerebrais contendo células carregadas, nanopartículas marcadas magneticamente ou nanopartículas terapêuticas. Isso é feito em diversos momentos após as injeções de células contendo nanopartículas marcadas magneticamente ou fármacos nanoformulados. O terceiro passo do procedimento é realizar a análise histológica final para avaliar a biodistribuição de nanopartículas e alterações celulares.A co-registração dos resultados de imagem é realizada com a histologia. O passo final do procedimento é quantificar e exibir a biodistribuição das nanopartículas, determinar anormalidades espectroscópicas e avaliar anormalidades do tensor de difusão em função do tempo após a injeção celular. Em última instância, podem ser obtidos resultados que mostram a biodistribuição e os efeitos sobre a química cerebral e a morfologia celular decorrentes do tratamento com nanomateriais terapêuticos e diagnósticos, por meio de ressonância magnética e espectroscopia, que são coregistradas com análises histológicas.Olá, sou o Dr. Michael Bosca, diretor do Programa de Bioimagem do Centro Médico da Universidade de Nebraska. Este trabalho faz parte de uma colaboração contínua entre meu laboratório e o laboratório do Dr. Howard Gendelman. A principal vantagem da imagem não invasiva em comparação com métodos comumente utilizados, como microscopia confocal e nanopartículas fluorescentes, é que todo o cérebro pode ser analisado em um único exame, e estudos longitudinais são possíveis no mesmo animal.Isso reduz a variabilidade biológica, exige menos animais e, em muitos casos, pode ser traduzido para uso humano. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais sobre nanopartículas recém-desenvolvidas, incluindo perfis de biodistribuição e farmacocinética e eficácia terapêutica. A combinação de procedimentos de imagem robustos combinados com co-registro histológico é única e necessária para realizar estudos de biodistribuição e eficácia medicamentosa ao longo do tempo em modelos animais complexos de doenças. Demonstrar estes procedimentos será feito pelos técnicos do meu laboratório, Lindsey e Melissa, e pela pesquisadora pós-doutoranda Dra. P. Ela é responsável pela aquisição de dados de imagem provenientes de animais no laboratório.Aaron e Mariano são responsáveis pelo processamento de imagens, incluindo a imagem de tensor de difusão e a co-registração histológica. Olá, meu nome é Dr. Howard Delman e sou chefe do Laboratório de Neurociência Emergente Carol Schwartz no Centro Médico da Universidade do Nebraska. Essa colaboração interdisciplinar com o Dr. Basca e seu laboratório tem amplas implicações para a terapia e o diagnóstico de uma variedade de doenças neurodegenerativas.A espectroscopia de ressonância magnética e as anormalidades na imagem de tensor de difusão são utilizadas para monitorar lesões neuronais e dos processos neurais durante a doença. Para o projeto atual, os métodos fornecem informações sobre a eficácia da biodistribuição de medicamentos nanoestruturados, como a distribuição do fármaco em todo o corpo e a eficácia terapêutica para o sistema nervoso. Uma variedade de técnicas de fabricação de partículas está sendo desenvolvida, o que poderia melhorar a detecção da distribuição celular durante a doença, incluindo alterações no revestimento, tamanho e carga das partículas.Essas continuarão sendo áreas ativas de investigação em nossos laboratórios. Primeiro, devem ser preparados nanomateriais para liberação de fármacos e biodistribuição, que é um tema de um manuscrito paralelo nesta edição. Primeiro, replique formulações nano candidatas para uso in vivo substituindo o núcleo do fármaco ou a gota por uma partícula de tamanho idêntico ou um fragmento moído de óxido de ferro superparamagnético antes do revestimento com o surfactante apropriado.Em seguida, meça o tamanho, a carga, a forma e a citotoxicidade para determinar se o sistema modelo de SPIO possui as mesmas propriedades que a formulação nano candidata do fármaco. Por fim, realize ensaios de carregamento celular por meio da incubação com a formulação nano modelo candidata de SPIO para determinar a atividade dentro das células; devem ser preparados, em triplicata, fantasmas compostos por células marcadas suspensas em géis de ágar, em uma série de concentrações, a fim de quantificar a atividade decorrente da captação de SPIO pelas células. Isso fornece um índice de sensibilidade e determina se as formulações nano podem afetar o estado de oxidação e, consequentemente, a visibilidade do SPIO em exames de imagem por ressonância magnética.Antes da varredura, coloque o animal em uma câmara de anestesia previamente preenchida com os gases anestésicos. Isso acelerará o início da anestesia e minimizará o tempo necessário para garantir que o animal não acorde ao ser removido da câmara. Uma vez completamente anestesiado, remova o animal da câmara e coloque-o no suporte estereotáxico equipado para monitorar a frequência respiratória e a temperatura.Coloque a cabeça do animal no suporte de cabeça, fixe as barras auriculares e prenda o corpo com gaze. O suporte do animal deve ser equipado com uma barra dental ajustável, permitindo o alinhamento vertical e horizontal da cabeça; certifique-se de que a cabeça esteja adequadamente posicionada na direção craniocaudal e de que não haja rotação. Verifique se a bobina de superfície está corretamente posicionada sobre a cabeça, permitindo a rotação do suporte do animal.Quando no ímã, será fornecida compensação para pequenas rotações, que podem ocorrer de animal para animal. Uma vez que o animal esteja seguro no suporte, coloque o suporte no escâner de RM. Agora, mova o suporte com a bobina de superfície para o centro do escâner.Um ressonador ativamente desacoplado de 72 milímetros é usado para transmitir energia de RF a fim de gerar o sinal, enquanto a bobina de cabeça é utilizada para a recepção do sinal. Agora, determine a posição inicial utilizando uma leitura em tempo real unidimensional na direção crânio-caudal. O uso da recepção por bobina de superfície restringe o sinal à região ao redor da bobina de superfície, limitando a necessidade de interpretação das formas de onda observadas.Em seguida, adquira um localizador em três planos para determinar a posição precisa do animal no escâner. A seguir, é necessária a shimagem ou ajuste da homogeneidade do campo magnético. Para isso, utilizamos uma sequência multi-eco de gradiente e um software de mapeamento desenvolvido pelo Dr. Hobie Heatherington, que associa regiões de homogeneidade à região examinada por cada método de imagem individual.Uma vez concluída a shimagem, os exames de interesse podem ser adquiridos. A biodistribuição de nanopartículas contendo SPIO pode ser detectada como regiões de perda de sinal em ressonância magnética ponderada em três DT dois estrelas de alta resolução, primeiramente, antes de injetar o animal, determine a região do cérebro a ser examinada a partir dos exames LOCALIZADOR. Em seguida, prescreva uma sequência de eco de gradiente tridimensional de alta resolução, com resolução isotrópica de 150 mícrons.Adquira uma varredura de linha de base, em seguida injete o animal e adquira novamente a mesma sequência. Estudos paralelos para determinar a eficácia terapêutica de medicamentos nano podem ser realizados utilizando imagens de tensor de difusão e exames de espectroscopia de ressonância magnética de hidrogênio. Primeiro, adquira imagens S de reconhecimento e faça o shim da região a ser escaneada.Em seguida, adquira a IDT utilizando uma sequência de imagem por eco de spin com eco planar ponderado por difusão e sincronizada com a respiração em nossas aquisições. A codificação de difusão utilizada foi um esquema ISO catedral equilibrado, rotacionalmente invariante e com polaridade alternada em 12 direções, sendo o esquema de codificação projetado para reduzir acoplamentos de gradiente de difusão de fundo. O tempo total de aquisição foi de 20 a 40 minutos, dependendo da taxa respiratória.Em seguida, adquira o Sr. Espectroscopia. Localize a região de interesse nas imagens previamente adquiridas, realize o shim na região selecionada e, então, otimize a potência dos pulsos de supressão de água. Meça a frequência da água para garantir o sinal de água em ressonância e adquira um espectro-teste curto para controle de qualidade, caso os espectros apresentem qualidade insuficiente.Verifique as configurações do sistema, incluindo frequência de rádio, potência e ajustes de shim. Por fim, adquira os espectros em blocos curtos com reinicialização da frequência do sistema entre as aquisições para eliminar os efeitos da deriva do campo magnético. Ao final da aquisição.Utilize um espectro de água com pulso único como ganho pré-definido do pré-amplificador como referência quantitativa da amplitude do sinal. Após a última varredura de ressonância magnética da série, realize a perfusão do camundongo, remova o cérebro e o incorpore em um bloco de composto OCT, escurecido previamente com uma gota de tinta nanquim. Em seguida, coloque este bloco em um criostato para corte e análise histológica.Adquira imagens da face do bloco utilizando uma câmera digital montada na parte frontal do criostato. As imagens devem ser capturadas a cada 50 micrômetros ao longo de todo o volume cerebral, permitindo o registro dentro do volume. Após o processamento histológico e coloração, alinhe as fatias individuais da face do bloco para reconstruir o volume tridimensional.Usando os contornos do bloco para compensar a instabilidade na posição da cabeça do criostato, em seguida, segmente automaticamente o volume cerebral utilizando um algoritmo de crescimento de região baseado em semente no pacote de software Analyze. O óxido de ferro superparamagnético provoca perda de sinal em ressonância magnética ponderada em T2*, e, portanto, o vazio de sinal na RM é um marcador sensível, mas não específico, para sua presença. Para fornecer tanto sensibilidade quanto especificidade para a presença de SPIO no cérebro.Imagens de subtração devem ser criadas a partir dos exames de ressonância magnética tridimensionais pré e pós-injeção para o nosso estudo. Os exames foram subimagiados utilizando um método de conjunto de níveis restrito desenvolvido em nosso laboratório. Os volumes cerebrais subimagiados foram então coregistrados, normalizados pela intensidade do sinal e subtraídos para detectar regiões no cérebro com perda de sinal, excluindo as bordas para eliminar sinais positivos artificiais decorrentes de eventuais erros de registro subpixel.Em seguida, a co-registração entre histologia e ressonância magnética é realizada utilizando a imagem da face do bloco como referência comum. A colocalização precisa desses dois sinais fornece uma medida da exatidão da co-registração e da distorção da histologia de volta às formas originais das fatias. As varreduras de DTI podem ser analisadas selecionando-se inicialmente uma região anatômica de interesse para determinar as propriedades médias de difusão do tecido em uma subestrutura anatômica específica.Em nossos estudos, as análises dos dados ponderados por difusão são então realizadas usando programas personalizados escritos na linguagem interativa de dados fornecida pelo Dr. Cada Hassan. As análises geram mapas da difusividade do tensor, difusividade média e anisotropia fracional. As componentes transversal e longitudinal do tensor de difusão também podem ser obtidas uma vez que os mapas sejam construídos.Desenhe regiões de interesse na ressonância magnética ponderada em T2 sobreposta com mapas de codificação de cor da direcionalidade. Exemplos das regiões escolhidas em nossos experimentos para análise no modelo de camundongo com HIV são exibidos aqui. Os dados de cada região de interesse são baixados como um arquivo de texto para serem inseridos em um banco de dados posteriormente.Um exemplo de ajuste de curva MRS a partir de um único espectro é mostrado aqui em nosso laboratório. Utilizamos um método de ajuste no domínio do tempo chamado Quest, no pacote de processamento de sinais J-M-R-U-I.O Quest ajusta espectros utilizando uma combinação linear de espectros individuais de metabólitos para realizar a minimização dos quadrados mínimos entre o espectro estimulado e o espectro real. Utilizamos um conjunto de base composto por 22 metabólitos individuais como fatores potencialmente contribuintes. Os espectros de base são simulados e validados usando espectros de soluções de metabólitos individuais.Exemplos da distribuição biológica de macrófagos marcados com SPIO utilizando esses métodos são mostrados aqui com uma sobreposição da localização das células marcadas detectadas por RNM em vermelho, da localização das células marcadas usando histologia coregistrada em azul e da sobreposição em amarelo. O camundongo recebeu macrófagos derivados de monócitos marcados injetados na veia caudal. Cinco dias depois, foi adquirida e processada uma RNM ponderada em T2* conforme descrito.O camundongo foi preparado pela injeção de macrófagos humanos infectados com HIV no cérebro, o que é visto como uma linha de macrófagos derivados de monócitos do camundongo detectados. Mais exemplos tanto da detecção de células marcadas quanto do co-registro com histologia podem ser vistos em nossas publicações anteriores. O fabricante das partículas e a avaliação de suas propriedades biológicas quanto à captação celular em sistemas modelo laboratoriais são necessários e precisam ser realizados sob procedimentos estéreis para uso nestas investigações com animais.As injeções das formulações carregadas com células devem ser realizadas sem comprometer o acesso venoso, pois isso afetará o cérebro e outras regiões teciduais visualizadas, integrando a biologia celular com técnicas de bioimagem, e o forte cenário de colaboração cruzada mostrou-se essencial para o sucesso do projeto geral. Uma vez dominados, os procedimentos podem ser concluídos em duas horas, dependendo da disponibilidade de pessoal treinado para posicionar e calibrar os sistemas durante a realização do procedimento. É importante lembrar-se de manter a esterilidade para que os camundongos imunocomprometidos frágeis permaneçam viáveis durante o período dos estudos seriados, alguns dos quais podem durar meses.Esses métodos abriram caminho para a forma como os pesquisadores podem explorar a relação entre alterações celulares visualizadas por meio de histologia e as anormalidades morfológicas, fisiológicas e bioquímicas detectadas. O uso de métodos de neuroimagem no co-registro de histologia cerebral é desafiador e tem sido realizado por apenas alguns grupos. Após assistir a este vídeo.Você deve compreender como são realizados experimentos de imagem cerebral e como são coregistrados com histologia em um modelo roedor de doença. Isso pode ser usado para medir a biodistribuição de partículas de óxido de ferro superparamagnéticas. Alternativamente, a ressonância magnética e a espectroscopia por RM localizada podem ser usadas para acompanhar a neurodegeneração observada durante os processos da doença.Os efeitos terapêuticos para atenuar danos cerebrais podem então ser avaliados sequencialmente. A imagem pode ser usada em conjunto com a histologia para validar os achados experimentais. No geral, esses métodos fornecerão um conjunto dinâmico e preciso de medidas para nanopartículas, biodistribuição e eficácia terapêutica.

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