Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Bioimaging مسجلة لرصد المواد النانوية للتشخيص والعلاج

Published: December 9, 2010 doi: 10.3791/2459
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 2, 2
1Department of Radiology, University of Nebraska Medical Center, 2Department of Pharmacology and Experimental Neuroscience, University of Nebraska Medical Center

Summary

الأساليب المستخدمة لتقييم Bioimaging biodistribution خلية من جزيئات قابلة للتطبيق لرصد العلاجية والتشخيصية للمركبات nanoformulated. الأساليب المذكورة هنا هي حساسة ومحددة عندما المقررة coregistration النسيجية. المنهجيات توفير مسارا متعدية من القوارض إلى تطبيقات الإنسان.

Abstract

يمكن أن يتم من خلال تنقلها Nanomedications الدم الضامة - الوحيدات في نظام شبكي (RES ؛ الطحال والكبد الغدد الليمفاوية ،) ووضع حد للأجهزة. وتشمل هذه الرئة ، RES ، والدماغ والمنطوق خلال نوع فيروس نقص المناعة البشرية واحدة (HIV - 1) العدوى. دخول البلاعم في الأنسجة غير الملحوظة في مجالات تكرار HIV - 1 والمواقع النشطة من الالتهابات. من أجل تقييم إمكانات والضامة ، nanocarriers superparamagnetic أكسيد الحديد و / أو الجزيئات المحملة المخدرات المغلفة مع السطحي حقنت في الفئران حقنا HIV - 1 بالتهاب الدماغ. هذا وقد تم إجراء تقييم كمي والجسيمات biodistribution المخدرات. والتحقق من صحة نتائج التصوير بالرنين المغناطيسي فحص (MRI) من قبل coregistration النسيجية وتعزيز معالجة الصور. وجرى تقييم نهاية الجهاز المرض الذي تمثله الأنسجة الدماغية تعديلها من قبل التصوير بالرنين المغناطيسي. مظاهرة للهجرة قوية من nanoformulations إلى مناطق الدماغ الاتصال يوفر "دليل على مفهوم" لاستخدام تقنيات متقدمة لمراقبة الهجرة bioimaging البلاعم. الأهم ، وانحرافات في الأنسجة في الدماغ ترتبط bioimaging المعلمات جعل المرافق العامة للدراسات التصوير بالرنين المغناطيسي في التوزيع الخلية في مرض ممكنا. نحن يفترض أن استخدام مثل هذه الأساليب يمكن أن تقدم مؤشر في الوقت الحقيقي من عبء المرض والفعالية العلاجية المحتملة مع متعدية إلى البشر.

Protocol

1. مقدمة

سيتم تسليم انتقائية العقاقير العلاجية والجزيئات (الببتيدات والبروتينات والأحماض النووية) لمواقع الأنسجة الخلوية والمرض والعدوى الميكروبية النشطة الجارية تحسين الاستجابات الدوائية أثناء المرض 1-3. موقع واحد الخلوية بشكل خاص هو بلعم في آن معا كثيري التنقل والدخول والمناعة هو الهدف الرئيسي ليتسق فيروس نقص المناعة البشرية (الإيدز) 4 والأهم من ذلك يكمن وراء بلعم التهاب تشارك أيضا مجموعة واسعة من الاضطرابات التي تشمل التهابات التنكسية ، والأمراض المعدية والأمراض السرطانية ، والتنقل في الخلية إلى تطور المرض يكمن وراء مواقع إصابات الأنسجة 5-9. الأهم من ذلك ، وقد اكتسب استخدام الضامة عن طريق الدم والمخدرات ، جزيء ، وناقلات إشارة الاهتمام مؤخرا لقدرته متعدية. ومع ذلك ، عقبة هامة في طريق تحقيق إمكانات علاجية هو حاجز الدم في الدماغ (BBB) ​​من بين العوائق الأخرى التي الأنسجة غير منفذ للطائفة من الجزيئات والبروتينات. هذه الحواجز ، رغم ذلك ، لا تسمح بمرور الخلية. كل ذلك معا ومن المتوقع أنه في المسار الطبيعي للمرض الضامة الطرفية التي يمكن أن تحمل تجاوز الحواجز وضعت المخدرات ، وعلامات ، والببتيدات إلى مواقع للعدوى أو التهاب. ومع ذلك ، تبقى فقط هذه التكنولوجيات في مجال التنمية. ومن خلال أعمالنا التي يمكن تطويرها الخلية بوساطة تسليم التطبيقات التشخيصية والعلاجية ومثل هذه التطبيقات المعتمدة من قبل النماذج المختبرية والحيوان من الأمراض التي تصيب الإنسان 10-12.

2. التحضيرات المواد متناهية الصغر

التحضير للمواد متناهية الصغر لتسليم المخدرات والدراسات biodistribution هو موضوع مخطوطة مواز في هذه المسألة (المرجع مخطوطة الموازية). تنفذ جميع الإجراءات اللازمة لتصنيع جسيمات متناهية الصغر من البلورية في تدفق الصفحي هود. يتم تطهير جميع الأسطح قبل استخدام مع الكحول 70 ٪. وهذا يشمل سطح العمل ، والجزء الخارجي من القفازات وتسرب أي. كلها مغطاة مع الحل من تكرار الكحول 70 ٪ على الفور مع مناديل. قفازات يتم التخلص منها بعد الاستعمال ، ولا يلبس عند دخول أي منطقة أخرى المختبر. يتم إحضارها سواغ فقط ، والمخدرات ، والمياه المعقمة مع / تحتوي على أي / كل الكواشف لتصنيع جزيئات محملة بالمخدرات في مناطق العمل عند الحاجة لإجراءات. وتستخدم ماصات معقمة ملفوفة فقط ، وتجاهل بعد الاستخدام في حاوية نفايات بيولوجية. هو تطهير جهاز الرطب على استعداد مع الكحول قبل وبعد الاستخدام. يتم تنظيف منطقة العمل فورا قبل وبعد مع الكحول 70 ٪. يتم اختبار nanoparticle الحل لالمحمة وفقا للمبادئ التوجيهية للادارة الاغذية والعقاقير لتقييم حالة عدم وجود الذيفان الداخلي الجرثومي في حلول الجسيمات دواء يستخدم للحيوانات. لفترة وجيزة ،

  1. يتم نسخ nanoformulations مرشح للاستخدام في الجسم الحي ، من خلال استبدال نواة المخدرات أو قطرات مع الجسيمات an الحجم مطابقة أو قطعة من أكسيد الحديد المضروب superparamagnetic (سبيو) قبل طلاء مع بالسطح المناسبة.
  2. ويعقب ذلك من خلال تدابير من التهمة ، الحجم ، الشكل ، والسمسة تحديد ما إذا كان النظام النموذجي سبيو بالخصائص نفس المرشح nanoformulated المخدرات.
  3. أخيرا ، يتم تنفيذ المقايسات تحميل خلية الحضانة مع نموذج nanoformultation سبيو مرشح من أجل تحديد relaxivity داخل الخلايا باستخدام الأشباح يتألف من خلايا المسمى علقت في هلام آغار. مستعدون الأشباح في ثلاث نسخ ، ونحن مستعدون في سلسلة من تركيزات من أجل قياس relaxivity بسبب امتصاص سبيو في الخلايا. وهذا يوفر فهرس للحساسية ويحدد ما إذا كان nanoformulations قد تؤثر على حالة الأكسدة ، وبالتالي وضوح في سبيو بفحص الرنين المغناطيسي (MRI) التصوير.

3. الأساليب والإجراءات : إعداد الحيوان

  1. حقن / القسطرات. اعتمادا على الوقت والاهتمام ، قد تتطلب استخدام حقن قسطرة لحقن الحيوان في التصوير بالرنين المغناطيسي. وتعد القسطرة باستخدام إبرة غير المغناطيسية وتمديد أنابيب بقطر الحد الأدنى للحد من مساحة ميتة في خط الحقن. وينبغي المعبأة مسبقا القسطرة مع الحل إما تحتوي على المواد متناهية الصغر ليتم حقنه أو المالحة ، اعتمادا على المساحة الميتة وإجمالي حجم مقبول من الحقن. إذا كان ذلك ممكنا ، قد يكون اتباع طريق الحقن مع تدفق المالحة الفسيولوجية. إذا مرات الحادة ليست من الأهمية القصوى ، يمكن إجراء فحص ما قبل ، ويمكن أن يتم حقن خارج المغناطيس في وقت محدد سلفا قبل متابعة التفحص لاتخاذ تدابير biodistribution. عادة يتم إدراج القسطرة في الوريد لحقن الذيل الرابع.
  2. التخدير والرصد. قبل الفحص ، يتم وضع الحيوانات في غرفة للحث على التخدير. غير المعبأة مسبقا مع هذه القاعة isoflurane 1.5 ٪ في 70 ٪ نitrous أكسيد الأوكسجين و 30 ٪ لسرعة بدء التخدير في الحيوان ، وتقليل الوقت اللازم لضمان أن الحيوان لا يستيقظ عند إزالته من الغرفة. بمجرد أن يتم تخدير الحيوانات تماما ، تتم إزالة الحيوان من الغرفة وضعت في حامل المجسم مجهزة لرصد معدل التنفس ودرجة حرارة الحيوان مع الاستمرار في توفير ما يصل isoflurane خلال تعيين والمسح الضوئي.
  3. شمعدانات الحيوان واعتبارات التكيف : ويشمل انشاء تشحيم العين للحماية ضد القرح القرنية. يتم التفاف طفيفة الحيوان بشاش ومسجلة في الشاش في مكان لتقليل فقدان الحرارة خلال المسح وتوفير الضغط الايجابي على مراقبة التنفس. مجهزة بقضبان أصحاب الحيوانات الأسنان للتعديل ، والسماح لالمحاذاة العمودية والأفقية من الرأس. وهذا أمر مهم خاصة بالنسبة للمجال التصوير بالرنين المغناطيسي عالية ، والتزوي من رأسه في اتجاه الذيلية - منقاري سوف يسبب صعوبات إضافية مع المجال المغناطيسي التجانس بسبب حساسية المغناطيسي. التجانس الحقل المغناطيسي ضارة تي عالية الجودة 2 * التصوير بالرنين المغنطيسي ، فضلا عن 1 H التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي (1 H MRS) والرنين المغناطيسي والتصوير نشر الموترة (زارة التجارة والصناعة). بالإضافة إلى تحديد المواقع المناسبة من زاوية رأسه في اتجاه الذيلية ، منقاري ، ينبغي تجنب دوران الرأس إلى درجة أن من المجدي. وسوف يسمح للتناوب لصاحب الحيوان في المغناطيس تقديم تعويضات للتناوب التعديلات ، التي قد تحدث من الحيوان الى الحيوان. قد يكون هذا الحد الأدنى مزيدا من الحذر من وضع الرأس والانتباه إلى التزوي قبل إدخال الحيوان في نظام التصوير بالرنين المغناطيسي.
  4. المعايرة والملئ : مرة واحدة في الحيوان حامل ويتم وضعها بشكل صحيح لفائف على سطح الرأس ، ويتم تحديد الموقف المبدئي للحيوان قبل قراءة ذات بعد واحد في الوقت الحقيقي في الاتجاه الذيلية - منقاري. وتقتصر الإشارة إلى المنطقة المحيطة لفائف السطحية المستخدمة للاستقبال ، مما يحد من الحاجة إلى تفسير الأشكال موجة ملاحظتها. مرة واحدة يتم تحديد الموقف المبدئي ، يتم أخذ صورة localizer 3 الطائرة لتحديد موقف دقيق للحيوان في الماسح الضوئي ، والسماح للحركة إلى الموقع الدقيق اللازم لفحص (ق) من الفائدة. ويعقب ذلك من خلال تعديل تجانس المجال المغناطيسي أو "الملئ" المغناطيس. يتم ذلك عن طريق رسم خريطة توزيع الحقل وحساب التصحيح المكاني تحدد بدقة استنادا إلى الردود قياس سلسلة من كهربائية أو "لفائف الرقاقة" داخل منظومة تهدف إلى ضبط التجانس الميدان. ويتم إنجاز الملئ باستخدام تسلسل صدى متعدد التدرج وبرامج رسم الخرائط التي وضعها الدكتور هيذرنجتون 13. تتم مطابقة مناطق التجانس في المنطقة التي بحثها كل أسلوب التصوير الفردية. بمجرد اكتمال الملئ ، يمكننا الحصول على المسح الضوئي (ق) من الاهتمام من الحيوان.

4. الحصول على البيانات

  1. ارتفاع القرار T 2 * التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة. ويمكن تحديد Biodistribution سبيو النانوية التي تحتوي على طريق الكشف عن مناطق مرتفعة في فقدان إشارة T 3D القرار 2 * التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة. يتم تحديد منطقة في الدماغ من يمسح localizer وينص على مسح أو مسح localizer إضافية حسب الحاجة. AT 2 ثم استحوذت * التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة مع القرار 150 ميكرون الخواص. ويتذكر أحد عالية التدرج 3D القرار يكتسب صدى التصوير بالرنين المغناطيسي مسح الرأس باستخدام الماوس قفص العصافير 25 مم حجم الملف مع معلمات اكتساب الوقت صدى = 5 مللي ثانية ، والوقت التكرار = 50 مللي ، صدى 30 ٪ ، وزاوية الوجه = 35 درجة ، والمعدلات = 2 ، مجال الرؤية = 20 X 20 X 20 مم مع قرار من 128 × 128 × 128 (فوكسل حجم = 150 × 150 × 150 ميكرون 3) ، وإجمالي وقت اقتناء = 30 دقيقة.
  2. نشر العضلة الشادة التصوير (DTI) : صور الموترة إنتشار هي تدابير كمية من اتجاه وحجم انتشار المياه داخل خلايا الأنسجة. نتيجة لذلك ، في مرحلة من الإشارة هو عرضة للغاية للحركة ، كما يمسح على وعي أو "مرجح" لحركة الماء المجهرية. ونتيجة لذلك ، المطلوب اقتناء رصاصة واحدة لمنع تحولات المرحلة بين الاستحواذ من التسبب في تلويث إشارة ، ومطلوب تبوب الجهاز التنفسي لمنع الحركة الإجمالي خلال اقتناء إشارة. ولذلك ، فإن الجهاز التنفسي بوابات تدور صدى نشر المرجح صدى مستو التصوير (EPI) ويعمل السيد التسلسل. مرة أخرى ، الملئ منطقة بمسح مهم جدا ، وبعيدا عن التأثيرات الرنين خلال تطور إشارة misregistration الأسباب من وتيرة الإشارات ، وبالتالي الموقف ، في الطائرة من الصورة. وشملت EPI المعلمات اقتناء شرائح 14 ، و 200 كيلوهرتز عرض النطاق الترددي ، 96 × 96 في اقتناء طائرة مليئة صفر إلى 256 × 256 ، وسماكة 0.5 مم شريحة. وكان الترميز نشر استخدام متوازن ، ونظام الاستقطاب بالتناوب ، ثابتة وبالتناوب متعدد السطوح (12 direcستعقد) 14،15. تم تصميم نظام ترميز للحد من انتشار الخلفية التدرج وصلات 16. ب الترجيح نشر عامل = 800 ق مم -2 ، δ = 4 مللي ، Δ = 15 مللي ، Gdmax = 40 جم / سم ، و 200 ميكرو ثانية الارتفاع مرة ، 7 المعدلات لاقتناء ب = 0 ، 3 المعدلات لكل ترميز = 800 ب الاتجاه ، وذلك لاكتساب الوقت مجموعه 20-40 دقيقة ، اعتمادا على معدل التنفس.
  3. ويمكن الحصول على 1 H MRS من مناطق الدماغ المقررة على الصور التي اكتسبوها خلال الدورة التصوير نفسه : 1 H المترجمة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي (1 H MRS). تم العثور على الصور التشريحية المواقع لفرض منطقة اهتمام للحصول على الأطياف. حالما يتم التعرف على المنطقة ، ويتم تنفيذها على الملئ المنطقة مطابقة حجم حيازة واستخدام الطيف فحص المياه مترجمة. ثم ، هي الأمثل لقوة نبضات قمع المياه ، ويقاس تردد المياه لضمان على صدى إشارة المياه ، وحصلت على الطيف الترددي لتقديم اختبار قصير لمراقبة الجودة. إذا الأطياف هي من نوعية كافية ، ويتم فحص إعدادات النظام ، بما في ذلك الطاقة (RF) الترددات اللاسلكية وإعدادات الرقاقة. أخيرا ، إذا كانت جودة الصورة لا تزال غير كافية ، يتم تشغيل الثانية 3 - localizer الطائرة للتأكد من أن الحيوانات لم يتحرك من التفحص الأولي. في تجربتنا ، وهذا يوفر درجة عالية جدا من الدقة واستنساخ لاقتناء الطيفية. أخيرا ، وحصلت على الأطياف في كتل قصيرة مع إعادة وتيرة عمليات الاستحواذ بين النظام للقضاء على آثار من الانجراف والمجال المغناطيسي لضمان تكرارية ونوعية المسح النهائي. في نهاية عملية الاستحواذ ، ويستخدم الماء نبض واحد في الطيف كسب المضخم مسبقا كمرجع إشارة السعة الكمي.
  4. الأنسجة وBlockface التصوير : بعد الدورة المسح بالرنين المغناطيسي النهائية في سلسلة من التجارب المرة ، هو perfused الماوس ، يتم إزالة المخ والمضمنة في كتلة من أكتوبر ، المجمع الذي تم أظلمت باستخدام قطرة من الحبر الهند. وضعت كتلة ناظم البرد في لتشريح والتحليل النسيجي. يتم الحصول على الصور Blockface باستخدام كاميرا رقمية (كانون EOS 300D الرقمية المتمردين مع EFS 60mm F/2.8 كانون بالموجات فوق الصوتية للماكرو عدسة USM) منصة لجبهة ناظم البرد مع جبل العرف والناجمة عن التحول البعيد. يتم الحصول على الصور الرقمية في كل 50 ميكرومتر من خلال حجم الدماغ كله. يتم ترقيم الشرائح للسماح للتسجيل ضمن وحدة التخزين بعد تجهيز النسجية والتلوين. وكانت محاذاة شرائح blockface الفردية لإعادة بناء وحدة التخزين باستخدام 3D كتلة الخطوط العريضة لحساب غضب في موقف رئيس ناظم البرد. حجم الدماغ هو مجزأة ثم تلقائيا باستخدام خوارزمية البذور المنطقة استنادا نموا في حزمة برامج تحليل (AnalyzeDirect ، Lexena ، KS).

5. بيانات التحاليل

  1. سبيو باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الكشف : سبيو يسبب فقدان الإشارة في تي 2 * المرجح التصوير بالرنين المغناطيسي ، وعلامة على هذا النحو ، الفراغ إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي هو الحساسة ، ولكن ليس لحضور محددة سبيو في الأنسجة. حساسية يعتمد على القرار المكانية من التصوير بالرنين المغناطيسي وحجم الجسيمات سبيو ، مع الجسيمات ميكرون واحد الحجم مع الكشف عن 100 ميكرون القرار الخواص. في هذه الأعمال ، وتستخدم 150 ميكرون القرار الخواص مع جزيئات النانومتر 200 سبيو الحجم. لتقديم كل من حساسية وخصوصية وجود سبيو في الدماغ ، وتفحص الفئران قبل حقن الخلايا المسمى سبيو للسماح ليتم استخدامها لتحديد الصور الطرح الايجابي من الخلايا في الدماغ في نقاط وقت لاحق. وsubimaged 3D تصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام مجموعة مقيدة مستوى الأسلوب وضعت في مختبر لدينا كما هو موضح سابقا 17. وكانت أحجام الدماغ Subimaged ثم coregistered ، وكثافة إشارة تطبيع ، وحجم طرح للكشف عن مناطق في حجم المخ مع فقدان إشارة (وجود سبيو) ، الذي لم يكن على طول حواف للقضاء على إشارة إيجابية كاذبة من أي أخطاء تسجيل subpixel.
  2. تم انجازه Coregistration بين الأنسجة والرنين المغناطيسي باستخدام صورة blockface كمرجع مشترك : Coregistration من الأنسجة والتصوير بالرنين المغناطيسي. هذا النهج يقلل من تعقيد المشكلة الرئيسية لتصحيح انكماش غير متناظرة من شرائح الأنسجة أثناء إعداد وتلطيخ لمشكلة ثنائية الأبعاد كما هو موضح في أعمالنا السابقة 18،19. هنا ، لقد أظهرت التصوير بالرنين المغناطيسي والأنسجة الضامة كشف سبيو في الدماغ تحتوي على الارتباط المكاني ممتازة ، مع المبالغة في تقدير حجم المتوقع من الخسارة في إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي وحساسية أكبر للخلايا الأنسجة القليلة التي أظهرتها 12. دقيقة شارك في توطين هذه إشارتين يوفر مقياس واحد للدقة coregistration وتزييفها من الأنسجة إلى الأشكال الأصلية للشرائح.
  3. ويتم تحليل عادة بفحص زارة التجارة والصناعة عن طريق الانتقاء من ROI التشريحية لdeterm : منطقة من التحليلات (ROI) من الفائدة زارة التجارة والصناعةالمعهد الوطني للإحصاء نشر خصائص متوسط ​​الأنسجة في طيدة تشريحية معينة.
    يتم إجراء التحاليل للبيانات نشرها المرجح استخدام برامج مخصصة المكتوبة في IDL التفاعلي (لغة البيانات ، وحلول ITT المعلومات البصرية ، بولدر ، كولورادو) كما هو موضح سابقا 15،20. تحليلات إنتاج خرائط للdiffusivities الموترة (λ 1 ، 2 λ ، λ 3) ، ومتوسط ​​الانتشارية (D AV) حيث : AV D = (1 + λ λ λ 2 + 3) / 3 وتباين كسور (FA) ، حيث :
    المعادلة 1
    المستعرضة (λ ⊥ = (2 + λ λ 3) / 2) والطولية (λ = λ ليرة لبنانية 1) تم الحصول على مكونات الموترة نشرها على النحو المبين في مكان آخر 21. مرة واحدة هي التي شيدت على الخرائط ، ويتم رسمها على رويس مضافين T 2 التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة مع لون ترميز الخرائط الاتجاهية λ 1. يتم عرض أمثلة من المناطق المختارة للتحليل في نموذج الفأر فيروس نقص المناعة البشرية في الشكل 1.
  4. التحليل الطيفي : يتم تحديد الكميات من المركبات الأيضية المساهمة في قمم H الدماغ MRS 1 باستخدام واحدة من مجموعة متنوعة من أساليب تركيب المنحنى. وقد وضعت مجموعة متنوعة من تقنيات تركيب المنحنى. في المختبر لدينا ، ونحن توظيف الأسلوب المناسب للنطاق الوقت (QUEST) 22 في 23 jMRUI إشارة حزمة المعالجة التي هي مزيج من الأطياف الخطية المستقلب الفردية المساهمة في الطيف النهائي. نستخدم أساس مجموعة من 22 فرد كما الأيضات العوامل المساهمة المحتملة. الأطياف هي أساس محاكاة ودققت به أطياف حلول الأيضات الفردية. ويرد مثال على منحنى نتيجة تناسب من طائفة واحدة في الشكل 2.

6. ممثل النتائج

وترد أمثلة من وزارة التجارة والصناعة في 1HMRS الأرقام 1 و 2. ويمكن رؤية أمثلة إضافية من MRS النتائج 1H 27 24-26 وزارة التجارة والصناعة في منشوراتنا السابقة. أمثلة تي 2 سابق للحقن هو مبين * التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة مع تراكب من مكان الخلايا المسمى باللون الأصفر في الشكل 3. وكان الفأر المسمى حيدات الضامة المستمدة حقنها في الوريد الذيل. بعد خمسة أيام ، تي 2 وكانت الشركة * التصوير بالرنين المغناطيسي ومعالجتها مرجح كما هو موضح أعلاه. وقد أعد الماوس عن طريق الحقن من فيروس نقص المناعة البشرية الضامة المصابة في الدماغ ، الذي ينظر اليه على انه خط حيدات الماوس الكشف الضامة مشتقة. ويمكن رؤية أمثلة أخرى على حد سواء اكتشاف الخلايا وصفت وcoregistration مع الأنسجة في منشوراتنا السابقة 10،12.

الشكل 1
الشكل 1. تصوير المناطق تحليلها لمقاييس زارة التجارة والصناعة.

الشكل 2
الشكل 2. الطيفي باستخدام QUEST المناسب في تجهيز جناح jMRUI الإشارة.

الشكل 3
الشكل 3. الكشف عن خلايا سبيو المسمى المهاجرة من الدم المحيطي في منطقة الدماغ مع التهاب الدماغ التنسيق. مواقف الخلية ممثل تراكب (أصفر) شرائح من اقتناء تي 2 * التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة على النحو المفصل في النص.

Discussion

التسجيل الدقيق لنتائج التصوير مع الأنسجة داخل الجسم الحي هو خطوة حاسمة في تطوير المؤشرات الحيوية للكشف عن التصوير ، وتحديد مراحل المرض العصبي. بعض القياسات التصوير من المحتمل أن تكون مرتبطة مع التغيرات المورفولوجية الإجمالي بما في ذلك التغيرات في خصائص الاسترخاء المغناطيسي للأنسجة المستخدمة للكشف عن وجود مرض السرطان والمادة البيضاء. طرق أخرى أكثر دقة ، مثل زارة التجارة والصناعة ، من المرجح أن كشف التغيرات الخلوية المبكرة التي قد لا تكون قابلة للكشف عن التغيرات النسيجية التي يسببها هذا المرض لا تظهر إلا في وقت لاحق من مراحل المرض. علامات أخرى قد زال ، مثل علامات الطيفية ، يمكن للتغيرات مؤشرات مبكرة وقابلة للانتكاس ، والتي تسبق حتى الألطف التعديلات الخلوية.

ويمكن تحديد Biodistribution غير جراحية باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق. الأولية غير الغازية الأساليب التخطيط الطبقي لانبعاثات الالكترونات الايجابية (PET) ، واحدة الفوتون التصوير المقطعي (SPECT) ، والتصوير الضوئي ، والتصوير بالرنين المغناطيسي. وقد استخدمت في الطب النووي والتصوير مقرها (PET وSPECT) على مر السنين لbiodistribution كثيرة ، ولكن تقتصر هذه الأساليب من حياة نصف radiotracers المستخدمة لوصفها أو المركبات النانوية ، وخاصة لاستشفاف PET. ويمكن استخدام التصوير الضوئي للقوارض صغيرة ولكن لا يمكن ترجمته إلى استخدام البشري باستثناء مناطق يسهل الوصول إليها ، مثل الأورام السطحية بسبب امتصاص الضوء وتشتت الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه من الصعب قياس الاشارات الضوئية لهذه الأسباب نفسها. التصوير بالرنين المغناطيسي يستخدم العلامات الثابتة مثل سبيو التي يمكن تتبعها في الجسم خلال فترة أسابيع. هذا ، أيضا ، لا بد من استخدامها بحذر ، كما يمكن نقل التسمية إلى خلايا مختلفة أو أن يكون استيعابها من قبل الهيئة.

ويمكن توفير نوعية الكشف عن سبيو في التصوير بالرنين المغناطيسي من قبل مجموعة متنوعة من الطرق. وتستخدم طرق الكشف ، والتي توفر اشارات ايجابية وكذلك سلبية ، لتحسين النوعية من التصوير بالرنين المغناطيسي للكشف عن وجود سبيو في الأنسجة. وقد استخدم أسلوب الطرح المستخدمة في هذا العمل من قبل الآخرين ، وكذلك 28. وتشمل المناهج الأخرى قبالة الكشف بالرنين 29-31 ، مرحلة التصوير الحساسة التي تنتج نمطا سيما بالقرب من فراغات سبيو 32 ، وصورة الصفر الوقت الذي يستخدم الصدى الترجيح T1 لإنتاج كثافة إشارة إيجابية في منطقة سبيو 33. النهوض من هذه الطرق لتحسين الكميات التسمية ، وحساسية وخصوصية هي منطقة نشطة للبحث اليوم.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

وأيد العمل من المنح 1K25MH089851 ، 1P01DA028555 - 01A1 ، NS034239 2R01 ، 2R37 NS36126 ، P01 NS31492 ، P20RR 15635 ، P01MH64570 وNS43985 P01 من المعاهد الوطنية للصحة. الكتاب أشكر السيدة روبن تايلور لقراءة نقدية للمخطوطة وغير المسددة دعم رسم والأدبية. فإن الكتاب بالشكر أيضا إلى ايرين ماكنتاير ، ميلون ميليسا ، ورايس ليندسي لدعمها التقني.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Isoflurane
Medical Oxygen
Isoflurane vaporizer
Rodent gas anesthesia mask
MRI compatible Stereotactic head holder
Syringe
Polyethylene catheter tubing
Non-magnetic needle
Eye lubricant
Gauze
Tape
Perfusion media
OCT compound for embedding tissue
MRI system
Digital Camera
Tissue Sectioning Cryostat

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

الأمراض المعدية ، العدد 46 ، تصوير الأعصاب ، والماوس ، التصوير بالرنين المغناطيسي ، المغناطيسي الطيفي بالرنين
Bioimaging مسجلة لرصد المواد النانوية للتشخيص والعلاج
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Boska, M., Liu, Y., Uberti, M.,… More

Boska, M., Liu, Y., Uberti, M., Sajja, B. R., Balkundi, S., McMillan, J., Gendelman, H. E. Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring . J. Vis. Exp. (46), e2459, doi:10.3791/2459 (2010).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter