Introduction
Миссия Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID) Интегрированный научно-исследовательский центр в Форт-Детрике в Фредерик MD (IRF-Фредерик) заключается в проведении новых исследований в области инфекционных болезней, чтобы понять процессы клинической картины заболевания, которые коррелируют с тяжестью микробно-индуцированной болезнь. IRF-Фредерик имеет уникальную возможность выполнения медицинской визуализации в животных моделях высокого следствие патогенных микроорганизмов в ABSL-4 лаборатории 1. Эти методы обработки изображений, доступных для исследователей включают в себя: компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонной компьютерной томографии (ОФЭКТ), УЗИ, рентген, и рентгеноскопии. Исследователи используют имеющиеся возможности визуализации для мониторинга прогрессирования заболевания и оценки эффективности вмешательств, таких как медикаментозное лечение и вакцинацию, в продольных исследованиях.
Эти методы визуализации на IRF-Фредерик были специальнопредназначенная для поддержания основных компонентов оборудования за пределами высокой защитной оболочки 2,3 и доступ для технического обслуживания и ремонта. Эта конструкция отделяет набор изображений в "горячем" (содержащий патогена) и "холодных сторон." Для достижения этого разделения, специально разработанные трубы были построены для расширения высокого сдерживания пространства в отверстия каждого метода визуализации (Рисунок 1). В дополнение к обеспечению биологической защиты, эти трубки защищают оборудование от изображения газов и химических веществ, используемых для обеззараживания лаборатории высокого сдерживания. Визуализации ученые и технологи работают сканеры от "холодной стороне", а сравнительная медицина (CM) рукоятка персонала и контролировать животных на "горячей стороне". Поскольку сотрудники КМ должны работать в тесном контакте с учеными визуализации для координации этих экспериментов, такое разделение может привести к вызовам связи.
После оценки вариантов, сотрудники CM были внеоснащен Bluetooth частей уха, которые передают коротковолновые ультрафиолетовые высокочастотные радиоволны для телефонов, используемых для вызова персонала формирования изображения за пределами защитной оболочки. Благодаря конструкции объекта, точки беспроводного доступа должны были быть установлены в каждой из комнат, чтобы преодолеть помехи сигнала, вызванное слоями цемента и стали между "горячей" и "холодной стороны". Таким образом, связь между сотрудниками КМ носить шумные костюмы с положительным давлением и сотрудников за пределами изображения высокого сдерживания теперь надежно. Камеры также были установлены на горячей стороне номеров изображений для визуализации персонала, чтобы увидеть активность на «горячей стороне». С камерами, сотрудники изображения могут направлять CM техников с позиционированием животных или любых последних изменений протокола формирования изображения.
Все работы в ABSL-4 костюма лаборатории IRF-Фредерика требует от сотрудников , чтобы носить положительного давления , заключающую костюмы 4. Носить эти костюмы снижает подвижность, а тяжелый позднох перчатки, прикрепленные к костюму плюс до трех дополнительных слоев перчаток компрометирует ловкостью. Результатом является то, что процедура займет больше времени, чтобы закончить и задачи, которые требуют мелкая моторика гораздо сложнее. По мере увеличения уровня биологической безопасности, обработка животных и манипуляций становятся все более сложным и занимает много времени, особенно с мелкими животными. Процедуры в качестве лаборатории ABSL-4 может занять до 2-3 раза больше, чем ABSL-2 лаборатории.
Цель данной статьи состоит в том, чтобы наглядно продемонстрировать проблемы, связанные с моделями формирования изображения животных в среде ABSL-4 с использованием процедуры свинки в качестве примера КТ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Этот протокол придерживается следующих принципов ухода за животными. Животных содержали в учреждении аккредитована Ассоциацией по оценке и аккредитации лабораторных животных Care International. Все экспериментальные процедуры были одобрены Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний, отдел клинических исследований, уходу и использованию животных комитета и были в соответствии с положениями Закона о животных благосостояния, политики службы общественного здравоохранения, а также Руководство по уходу и использованию Лабораторные животные рекомендации.
1. Подготовьте компьютерный томограф (на «холодной стороне»)
- Выдержать Трубу X-Ray
- Убедитесь в том, что ни один сотрудник не находится в комнате сканирования и предмет таблица пуста.
- Выполните процедуру трубки кондиционирования в соответствии с техническими требованиями изготовителя сканера.
- Выполните воздушную калибровку
- Убедитесь, что никакие объекты не находятся в области сканирования. Выполните процедуру калибровки воздуха в соответствии с техническими требованиями изготовителя сканера. На многих платформах, эта калибровка авто- или полуавтоматическая.
- Осуществлять контроль качества сканирования (на «горячей стороне»)
- Выполните процедуры ввода ABSL-4 костюм лабораторные (подробно описан в ссылке 5) с добавлением дополнительного шага. Если процедуры включают воздействия радиоактивных материалов, обрежьте дозиметр к скрабы под защитный костюм. Включите в дозиметра каждые 2 месяца для расчета радиационного облучения.
- Поместите голову и тело фантома CT, который сделан из воздуха, воды и тефлона, в соответствующем держателе на столе сканирования.
- Осуществлять контроль качества сканирования (на «холодной стороне»)
- С холодной стороны, заранее фантом в центре отверстие 6 , .
- Приобретают сканирование с использованием параметров (КК) лабораторного контроля качества стандартизированы для епзЮр сканер находится в пределах спецификаций производителя.
- Выполните QC компьютеризированный анализ изображений для расчета среднего значения и стандартного отклонения интенсивности сигнала в пределах областей, представляющих интерес с центром над каждым типом материала (воздух, вода или тефлона) в соответствии с протоколом производителя.
- Уведомить сотрудников CM, что сканер КТ готов к использованию.
- Проверьте информацию о животных (идентификационный номер, вес, дата рождения) с сотрудниками CM.
- Регистрация Тема информации в базу данных пациентов.
- На консоли КТ сканера (на "холодной стороне"), доступ к информационной системе радиологии сканера (RIS). Убедитесь, что RIS заполняется деталями расписания сканирования.
- Выберите текущую тему и демографической ситуации, такие как идентификационный номер, возраст, дату рождения и дату экзамена; затем, тип экзамена должен автоматически заполнять.
- Вручную введите предмет вес.
- Выберите правильный су▪ Таблица ориентации в КТ козловых (например, с головой, ногами вперед, лежа, лежа на спине).
2. Подготовка рабочих зон в костюме лаборатории ABSL-4
- Подготовить биозащитой Класса II (BSC) или нисходящим потоком таблицу в процедурной комнате животных. Включите BSC (или нисходящим потоком таблицы) по меньшей мере 10 мин перед использованием.
- Чистота и дезинфекции внутренних поверхностей BSC или верхней поверхности стола нисходящего потока с использованием утвержденной дезинфицирующее средство, такие как 5% двойного четвертичного аммония (N-алкил- диметил бензил хлорида аммония, N-алкил диметил этилового бензилхлорида аммоний) дезинфицирующий раствор. Спрей внутренних поверхностей BSC или верхней поверхности стола и нисходящего потока вытирать поверхности насухо после 10 мин времени контакта. Спрей и протрите поверхности с 70% -ным этанолом для удаления остатков дезинфицирующего средства.
- Место оборудование и материалы, необходимые в BSC или нисходящих потоков таблицы, включая анестезию индукции коробки и животных обработки перчаток. ол>
- Подготовьте Bed Сканер КТ.
- Настройка устройства для животных удержания на кровати КТ.
- Настройка жизненно важные признаки мониторинга для выявления частоты сердечных сокращений и насыщения кислородом. Если сканирование сеанс больше, чем 10 мин, температура монитора.
- Подготовьте наркозный аппарат.
- Проверьте громкость изофлуран в испарителем и добавить больше изофлуран, если это необходимо.
- Выполните проверку на герметичность путем давления анестезирующего дыхательный контур с кислородом, проверяя сбежавшего газа, и визуально осматривает наркозный аппарат на герметичность 1.
- Если обнаружена утечка, определить источник, исправить эту проблему, и выполнить проверку на герметичность последующей корректировки, чтобы проверить, были должным образом выполнены.
- Взвесьте одноразовые канистру продувкой, который захватывает отходы анестезирующего газа. Если канистра ≥50 г в течение от первоначального веса канистры, заменить канистру 7.
- Передача Cage Корпус морской свинки от одного из Грызун Холдинг Номера прилегающих к визуализации Люкс в II BSC класса.
- Проверьте животных ID.
- Снимите клетку карты и держать с животным.
- Откройте крышку в клетку и надеть защитные животных кожаные перчатки над Иск перчатки с положительным давлением. Осторожно возьмите морскую свинку, поместить животное в анестезии индукции поле, и накрыть коробку с крышкой.
- Снимите коробку анестезию индукции, содержащий животное из BSC класса II и поместить его на транспортную тележку.
- Используя тележку, возьмите животное в комнату КТ сканера.
- В комнате КТ сканера, немедленно подключить поглощающую канистру и наркозный аппарат к индукционной коробке. Включите газ кислорода в индукционной коробке и установить испаритель для Delivэр 4% изофлуран для начальной индукции анестезии 8.
- Монитор животных во время вводного наркоза для адекватной глубины анестезии (например, не реагирует на внешние раздражители, мышечного тонуса, стабильной дыхательной и частоты сердечных сокращений ) 8.
- Выключите анестезию индукции поле, когда морская свинка полностью под наркозом.
4. Устройте Тема на визуализации кровать в Сканер КТ (на «горячей стороне»)
- Удалите наркотизированных Guinea Pig из Induction Box и разместить на визуализации кровать.
- Поместите свинку на удерживающем подушке в положении лежа.
- Применение глазной мази в обоих глазах, чтобы защитить эпителий роговицы от высыхания.
- Администрирование Maintenance изофлуран наркозом.
- Поместите носовой конус на морских свинках и повернуть на газ , чтобы доставить 1 л / мин кислорода в носовом обтекателе 8.
- Установите испаритель для доставки 2-3%изофлуран к свинки через носовой конус.
- После того, как объект достиг желаемой плоскости анестезии (никакое движение, ~ 60 вдохов в минуту), уменьшить настройку поставить 1,0-1,5% от изофлуран для поддержания анестезии испарителем.
- Монитор жизненно важных функций, включая температуру тела, частоту сердечных сокращений и частоты дыхания. Если частота дыхания начинает ускоряться или замедляться, увеличивать или уменьшать процент изофлюрана соответственно 9.
- Обеспечить дополнительный источник тепла для поддержания температуры тела морской свинки между 37 и 39 ° С, при необходимости, в зависимости от ожидаемой продолжительности сбора данных и глубины анестезии поддерживали 8,9.
- Закрепить пластиковую крышку над верхней частью удерживающей подушки.
- Advance кровать изображений в защитной трубе.
5. Настройка изображения Поле зрения
- Активация лазерной системы (персонал изображения) на «холодной стороне» SC CTAnner помещение для размещения свинку для КТ. Используйте таблицу "в" и кнопки "за", чтобы покрыть анатомию интерес под лучей лазера.
- Для того, чтобы установить в поле зрения, используйте кнопку лазера для того чтобы установить начальную точку над анатомией интерес.
- Контактное лицо CM на "горячей стороне", чтобы поместить свинцовый щит между собой и сканером КТ.
6. Получение изображений
- Приобретать обследования сканирование для размещения срезов для КТ-исследования изображений в соответствии с протоколом производителя.
- Назначают размещения срезов для КТ исследования изображений на снимках обследования.
- Координация с "горячей стороне" персонала, если инъекции контраст должен быть использован.
- Приобретать исследование сканирование в соответствии с протоколом производителя.
- Реконструировать КТ изображения на консоли сканера в соответствии с протоколом производителя.
- Отправка изображений в архивации изображений и системы связи. Выполнение дальнейшего качественного и кваntitative анализ из этой системы архивирования в соответствии с протоколом производителя.
Восстановление 7. После сканирования
- Передача свинку с постели сканера на чистую microisolator клетку с пищей и лечит.
- Используя тележку, транспортировать клетку с животным обратно в жилом районе.
- Монитор животное, пока полностью не оправилась от анестезии.
- После того, как полностью выздоровел, вернуть клетку к высокопроизводительным частиц воздуха (HEPA) -filtered вентилируемые стойки.
8. Дезинфекция залива сканера и оборудования
- Лечить область залива сканера (например, поверхности , которые находились в непосредственном контакте с животным, кровать сканера, комната сканера пол, дверные ручки) с 5% двойным четвертичного аммония раствором в течение времени контакта 10 мин.
- Полоскание поверхности с 70% -ным раствором этилового спирта после 10 мин воздействия двойной четвертичной раствора аммония.
- Протрите элементы, которые не могут быть распыляется непосредственнос двойным четвертичного аммония раствором (чувствительное электронное оборудование) с двойным четвертичного аммония-насыщенной ткани с последующим этанолом насыщенной тканью.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Строгое соблюдение всех процедур безопасности и стандартных оперативных процедур для обработки животных имеет важное значение для безопасной работы в лаборатории ABSL-4. Перенос зараженных животных в индукционной коробке из процедурной комнате животного к набору изображений минимизирует риск загрязнения общих коридоров. Следуя необходимы процедуры, никаких лабораторных инфекций или перекрестного загрязнения предметов животных зарегистрировано не было во время проведения ABSL-4 исследования на IRF-Фредерик.
ABSL-4 вирусные патогены могут вызвать легочные патологии , связанные с 10,11, и КТ является ценным инструментом для мониторинга прогрессирования заболевания на животных моделях инфекции. КТ изображения создаются с поглощением рентгеновского излучения в ткани, и эксперименты формирование изображений может выполняться относительно быстро, сводя к минимуму количество анестезии требуется. В КТ, тем больше Densiти объекта изображается, например, кости, тем ярче объект появляется (рисунок 2). Плотность тканей органов, как правило, промежуточной интенсивности (серый цвет), в то время как заполненные воздухом ткани, такие как здоровые легкие, выглядят черными. КТ приобретает несколько рентгенограмм более 360 ° вид на который реконструируется в 3-х мерном изображении тела. Для большей разграничении органов и инфекционных заболеваний, связанных с патологией, могут быть использованы для внутривенного введения контрастных агентов.
Рисунок 1:. Высокий дизайн сдерживание методов визуализации на IRF-Фредерика Эта конструкция отделяет набор изображений в «горячих» и «холодных» сторон. Специально разработанные трубы расширяют высокое удержания пространство "горячей стороне" в отверстия каждого сканера на "холодной стороне". Визуализации ученые и технологи работают сканеры от4;. Холодная сторона " , а сравнительная медицина (CM) рукоятка персонала и контролировать животных на" горячей стороне " Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 2: КТ изображение верхней части туловища свинки поглощения рентгеновских лучей больше в кости, поэтому кости (А) появится яркая в изображении, и воздух (B, легочной ткани) будет темнее его цвет, и мягкие ткани (C: сердце, D: печень). появится промежуточный продукт в отличие от (A) BSL-4 вирусные патогены вызывают легких , связанных с патологией, что делает CT ценным инструментом для мониторинга прогрессирования заболевания в животных моделях инфекции Пожалуйста , нажмите еее, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Предыдущие статьи в этой серии подчеркивают интенсивное обучение, внимание к деталям, техники безопасности, а также дополнительные технические средства контроля , необходимые для безопасной работы в максимальной локализации лаборатории 12,13. Выполнение работ безопасно является наивысшим приоритетом в этих лабораториях. Эта философия еще более важно при работе с живыми животными из - за дополнительных опасностей , таких как потенциал для инфицированных животных , чтобы причинить укусы или царапины или генерировать аэрозоли 7. Эти процедуры подчеркивают безопасной обработки и транспортировки животных из удерживающей комнаты в номерах с изображениями. Манипуляции животных и мониторинг во время анестезии демонстрируются, чтобы дать зрителю реалистичное изображение внимание к деталям и безопасности соображений, необходимых при работе в лаборатории ABSL-4.
Мы опишем протокол для выполнения неинвазивной медицинской визуализации в лаборатории ABSL-4 с использованием КТ свинкиВ качестве примера. Несколько шагов имеют решающее значение для успешной визуализации в лаборатории BSL-4. Первый важный шаг включает в себя проверку , что контрольные карты безопасности завершены , чтобы гарантировать , что все системы безопасности работают должным образом перед входом в лабораторию 5. Сотрудники должны соблюдать надлежащие процедуры входа и выхода, чтобы гарантировать, что они безопасно работать в лаборатории BSL-4. Второй важный шаг, чтобы убедиться, что сотрудники либо не присутствует в комнате сканирования или они находятся за портативным свинцовым экраном во время кондиционирования рентгеновской трубки и любых последующих сканирований. Важно определить, что КТ сканер готов и работает должным образом, прежде чем обезболивающее и подготовки животных для работы с изображениями. Следующим важным шагом является проведение контроля качества сканирования с соответствующим фантома и уведомлять техников животных, когда томограф находится в рабочем состоянии и готов к использованию. Четкое и эффективное общение также имеет важное значение для выполнения протоколов обработки изображений, как сотрудники обработки животных физически Separованные от технологов, работающих с изображениями сканеров на "холодной стороне".
Медицинская визуализация в лаборатории BSL-4 является сложной процедурой, как и все процедуры обработки животное должно быть сделано во время ношения положительного скафандр и несколько пар перчаток, в том числе тяжелых костюм перчатки. Основные процедуры обработки животных модифицированы, чтобы соответствовать соображений безопасности лаборатории BSL-4. Обращение с бодрствующих животных сведена к минимуму и изменены, чтобы уменьшить вероятность укусов или царапин. Например, кожаные рабочие перчатки носят для защиты костюм перчатки, когда поднимаете будите морских свинок и других крупных грызунов. Мыши обрабатываются только с пинцетом и должны быть под наркозом, прежде чем scruffing их для внутрибрюшинных инъекций. Инъекционные методики, возможно, должны быть модифицированы, чтобы обеспечить более высокую степень безопасности. Щипцы и / или удерживающие устройства, которые используются для выполнения инъекций у грызунов, а не использование удерживающих рук в одиночку. Сложность и время, необходимое для перфорированияОРМ изображений зависит от нескольких факторов, в том числе модальности выбранного и вида используемых. Ограничения к выполнению КТ включают трудности при введении контрастных агентов для некоторых видов лабораторных животных. Морских свинок, в частности, не имеют легкодоступные вены для введения контрастного вещества внутривенно. Трудности с этой администрацией усугубляется сложностью мелкой моторики манипуляции во время ношения средства индивидуальной защиты. Кроме того, выбор времени инъекции агента контраст должен быть согласован с персоналом на "холодной стороне", которые работают сканер.
Уникальный дизайн объекта визуализации создает проблемы, которые требуют модификации методов визуализации. Одна из проблем была трудность с общением из-за физического разделения технологов визуализации, которые управляют сканирующего оборудования и животных техников обработку груза и контроль за животными. Bluetooth телефоны с гарнитурами носить вкостюм используются для связи с технологами визуализации для координации и выполнения сканирования. Если этот метод связи выходит из строя, рукописное сообщение на белые доски могут быть отображены с помощью лабораторных окон. Конструкция каждого метода визуализации включает в себя специальную трубку, которая проходит высокого удержания объекта в отверстие каждого сканера. После того, как каждый субъект формирования изображения расположена на кровати изображения, предметы являются большее расстояние от и менее заметными для техников, которые следят за их под наркозом. Более длинные анестезии цепи, кабели контрольные и инфузионные линии необходимы в этой конструкции.
МАФ-Фредерик имеет возможность выполнения биомедицинской визуализации в различных лабораторных животных, от мыши приматах. КТ могут быть использованы для мониторинга прогрессирования заболевания в различных животных моделях инфекционных заболеваний. Оценка эффективности потенциальных терапевтических вмешательств, в том числе вакцин, а также выявление биомаркеров diseaкак таковые процессы будущих применений этой техники.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Micro-Chem Plus | National Chemical Laboratories | 255 | |
| CT scanner | Philips Healthcare | ||
| CT phantom | Philips Healthcare | ||
| Isovue-300 (CT contrast reagent) | Bracco Diagnostics | NDC 0270-1315-30 | |
| Ventilated rack | Lab Products | ||
| Micro-isolator cage | Lab Products | ||
| Biosafety cabinet | Nuaire | ||
| Anesthesia machine | SurgiVet | WWV9000 | |
| Anesthesia induction box | VetEquip | ||
| Anesthesia mask | Henry Schein | ||
| Isoflurane | Henry Schein | ||
| Waste gas scavenging canister | Fisher | F/AIR | |
| Holding cushion | |||
| Ophthalmic ointment | |||
| Vital signs monitor | Bionet | BM3Vet | |
| Mobile phone | Spectralink | 8440 | |
| Blue Tooth ear piece | |||
| Wireless access points | |||
| Sperian positive-pressure suit | Honeywell Safety Products | BSL 4-2 | |
| Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers) | Fisher | 19-019-601 | |
| Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA) | Fisher | 2MYU1 | |
| Scrubs | Cintas | 60975/60976 | |
| Socks | Cintas | 944 | |
| Duct tape | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| Towels | Cintas | 2720 | |
| Zip lube | Amazon | B000GKBEJA |
References
- Jahrling, P. B., et al. The NIAID Integrated Research Facility at Frederick, Maryland: a unique international resource to facilitate medical countermeasure development for BSL-4 pathogens. Pathog Dis. , (2014).
- de Kok-Mercado, F., Kutlak, F. M., Jahrling, P. B. The NIAID Integrated Research Facility at Fort Detrick. Appl Biosafety. 16, 58-66 (2011).
- Keith, L., et al. Preclinical imaging in BSL-3 and BSL-4 envrionments: imaging pathophysiology of highly pathogenic infectious diseases. Moyer, B. R., Cheruvu, N. P. S., Hu, T. , Springer-Verlag. New York, NY. (2014).
- Chosewood, L. C., Wilson, D. E. Biosafety in microbiological and biomedical laboratories. , 5th, U.S. Dept. of Health and Human Services. Washington, D.C. . Accessed Sept. 4, 2014 (2009) http://www.cdc.gov/biosafety/publications/bmbl5/. (2009).
- Janosko, K., et al. Safety precautions and operating procedures in an (A)BSL-4 laboratory: 1. Laboratory suite entry and exit procedures. J Vis Exp. , (2016).
- Diagnostic Radiology Committee Task Force on CT Scanner Phantoms. Phantoms for evaluation and quality assurance of CT scanners. , American Association of Physicists in Medicine. Chicago, IL. (1977).
- Collins, B. ACUP 712.01 Waste anesthetic gas scavenging systems. Institutional Animal Care and Use Committee. , Cornell University. Ithaca, NY. Available from: http://www.research.cornell.edu/care/documents/ACUPs/ACUP712.pdf (2013).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53, E55-E69 (2012).
- Office of the Press Secretary. Executive order 13546. Optimizing the security of Biological Select Agents and Toxins in the United States. The White House. , Washington, DC. Available from: http://www.whitehouse.gov/the-press-office/executive-order-optimizing-security-biological-select-agents-and-toxins-united-stat (2010).
- Escaffre, O., Borisevich, V., Rockx, B. Pathogenesis of Hendra and Nipah virus infection in humans. J Infect Dev Ctries. 7, 308-311 (2013).
- Sueblinvong, V., et al. Critical care for multiple organ failure secondary to Ebola virus disease in the United States. Crit Care Med. , (2015).
- Mazur, S., et al. Safety precautions and operating procedures in an (A)BSL-4 laboratory: 2. General practices. J Vis Exp. , (2016).
- Bohannon, J. K., et al. Safety precautions and operating procedures in an (A)BSL-4 laboratory: 3. Aerobiology. J Vis Exp. , (2016).
