Bioimaging רשום של ננו לניטור האבחון והטיפול

Bioengineering
 

Summary

שיטות bioimaging להערכת biodistribution התא של חלקיקים המתאימים ניטור טיפולית אבחון של תרכובות nanoformulated. השיטות שתוארו לעיל הם רגיש וספציפי כאשר העריכו ידי coregistration היסטולוגית. מתודולוגיות לספק מסלול translational מ מכרסם ליישומים האדם.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Nanomedications יכול להתבצע על ידי מובל בדם מונוציטים מקרופאגים לתוך מערכת reticuloendothelial (מיל ';, טחול, כבד, בלוטות הלימפה) ולשם איברים. האחרונים כוללים את הריאות, RES, והמוח הם פעיל במהלך סוג וירוס הכשל החיסוני האנושי אחד (HIV-1) זיהום. כניסה macrophage לרקמות בולטת בתחומים של שכפול HIV-1 פעיל באתרי דלקת. על מנת להעריך את הפוטנציאל של מקרופאגים כמו nanocarriers, תחמוצת ברזל פאראמגנטי ו / או חלקיקים עמוסי סמים מצופים פעילי שטח הוזרקו parenterally לתוך HIV-1 בעכברים אנצפליטים. הדבר נעשה כדי להעריך כמותית החלקיקים biodistribution סמים. דימות תהודה מגנטית (MRI) תוצאות הבדיקה היו אומת על ידי coregistration היסטולוגית ועיבוד תמונה משופרת. איבר סוף המחלה מאופיין היסטולוגיה המוח שינו הוערכו על ידי בדיקת MRI. ההפגנה של הגירה החזקה של nanoformulations לתחומים של דלקת המוח מוקד מספק "הוכחה של מושג" עבור שימוש בטכניקות מתקדמות bioimaging לפקח על הגירה macrophage. חשוב לציין, סטיות histopathological במוח לתאם עם bioimaging פרמטרים מה שהופך את השירות הכללי של ה-MRI במחקרים של חלוקת התא מחלה אפשרית. אנו מניחים כי בשיטות כאלה יכולים לספק מדד בזמן אמת של נטל המחלה ואת היעילות הטיפולית עם פוטנציאל translational לבני אדם.

Protocol

1. הקדמה

משלוח סלקטיבית של תרופות מקרומולקולות טיפולית (פפטידים, חלבונים וחומצות גרעין) לאתרים סלולריים רקמה של מחלה פעילה חיידקים וזיהומים מתמשכים ישפרו התגובות התרופות במהלך המחלה 1-3. אחד האתרים הסלולר בפרט הוא מקרופאג שהוא גם נייד מאוד החיסונית מרתק הוא המטרה העיקרית עקבית וירוס הכשל החיסוני האנושי (HIV). 4 חשוב לציין, דלקת macrophage עוסקת גם ביסוד מגוון רחב של הפרעות שכוללות ניווניות, דלקתיות, זיהומיות מחלות סרטניות, וניידות של התא התקדמות אתרים ביסוד המחלה של פציעות רקמה 5-9. חשוב לציין, השימוש מקרופאגים בדם מובל כמו סמים, מקרומולקולה, ונושאות אות צברה תשומת לב האחרונות עבור פוטנציאל translational שלה. עם זאת, מכשול משמעותי במימוש הפוטנציאל הטיפולי הוא המוח דם מחסום (BBB) ​​בין מחסומי רקמות אחרות, כי הם בלתי חדירים למגוון של מקרומולקולות וחלבונים. אלה, המחסומים, בכל זאת, מתירים מעבר לתא. בסך הכל זה צפוי כי במהלך הטבעי של המחלה מקרופאגים היקפי מחסומים לעקוף יכול לשאת תרופות שגובשה, סמנים, ופפטידים לאתרים של זיהום או דלקת. עם זאת, טכנולוגיות כגון להישאר רק בפיתוח. זוהי דרך יצירות שלנו כי התא בתיווך המסירה ניתן לפתח יישומים אבחוניים וטיפוליים וכן יישומים כגון נתמכים על ידי מודלים מעבדה חיה של מחלות אנושיות 10-12.

2. Nanomaterial ההכנות

ההכנה של ננו עבור משלוח תרופות ומחקרים biodistribution הוא הנושא של כתב היד מקביל בעניין זה (במקביל כתב היד הפניה). כל הנהלים לייצור nanoparticle גבישי מתבצעות ברדס זרימה למינרית. משטחים כל לחטא לפני השימוש באלכוהול 70%. זה כולל משטח עבודה, החיצוני של כפפות וכל נשפך. כל מכוסים פתרון של אלכוהול 70% לשכפל מיד עם מגבונים. כפפות מבוטלים לאחר השימוש ולא שחוקים בעת הזנת כל אזור מעבדה אחרות. , Excipient סמים, מים סטריליים עם / המכילות חומרים כימיים כלשהם / כל לייצור עמוסי סמים חלקיקים מובאים רק לאזורים לעבוד בעת הצורך עבור פרוצדורות. Pipettes עטוף סטרילי משמשים רק ומושלכים לאחר השימוש לתוך מיכל פסולת Biohazard. המכשיר מוכן רטוב הוא ולחטא עם אלכוהול לפני ואחרי השימוש. אזור עבודה היא לנקות מיד לפני ואחרי עם אלכוהול 70%. פתרון Nanoparticle נבדק עבור pyrogen בהתאם להנחיות ה-FDA על מנת להעריך את העדרו של רעלן פנימי חיידקים החלקיקים פתרונות תרופה המשמשת עבור בעלי חיים. בקצרה,

  1. Nanoformulations המועמד לשימוש ב-vivo משוכפלים על ידי החלפת הליבה סמים או טיפה עם חלקיקים בגודל זהה או פיסת הסתובבו של תחמוצת ברזל פאראמגנטי (SPIO) לפני ציפוי עם פעילי שטח המתאים.
  2. זה ואחריו אמצעי תשלום גודל, צורה, cytotoxicity כדי לקבוע אם מערכת מודל SPIO יש את אותן התכונות כמו התרופה מועמד nanoformulated.
  3. לבסוף, טוען מבחני תא מבוצעות על ידי הדגירה עם nanoformultation מועמד מודל SPIO על מנת לקבוע את relaxivity בתוך התאים באמצעות רוחות מורכב של תאים שכותרתו תלוי בג'ל אגר. פאנטום מוכנים בשלושה עותקים ומוכנים בכל סדרה של ריכוזים על מנת לכמת את relaxivity בשל ספיגת SPIO בתאים. זה מספק מדד רגישות קובע אם nanoformulations עלול להשפיע על מצב חמצון, ומכאן את הנראות של SPIO ב דימות תהודה מגנטית (MRI) סריקות.

3. שיטות ונהלים: הכנת בעלי חיים

  1. זריקות / צנתרים. בהתאם הזמן של עניין, הזריקות עשויה לדרוש השימוש קטטר להזריק את החיה בתוך ה-MRI. צנתרים מוכנים באמצעות מחט לא מגנטי הרחבה צינורות בקוטר מינימלי כדי למזער את שטח מת בקו ההזרקה. קטטר צריך להיות prefilled עם פתרון או המכיל את nanomaterial להיות מוזרק או מלוחים, בהתאם לשטח המת, נפח מקובל הכולל של הזריקה. אם אפשר, הזריקה עלולה להיות מלווה בהתרגשות מלוחים פיזיולוגיים. אם פעמים חריפה אינם מרחיקת לכת, סריקה מראש ניתן לבצע, ואת הזריקה ניתן לעשות זאת מחוץ המגנט בזמן קבוע מראש לפני מעקב סריקות אמצעים biodistribution. מוחדרים צנתרים בדרך כלל לתוך הווריד זנב עבור IV זריקות.
  2. הרדמה וניטור. לפני הסריקה, החיה ממוקם לחדר כדי לגרום הרדמה. תא זה prefilled עם 1.5% isoflurane ב 70% nתחמוצת itrous וחמצן 30% על מנת להאיץ את התחלתה של הרדמה ב החיה לצמצם את משך הזמן הנדרש על מנת להבטיח כי בעל החיים לא יתעורר עם הסרת מבית הבליעה. לאחר החיה בהרדמה מלאה, החיה היא להסיר את החדר והניח לתוך מחזיק stereotactic מצויד כדי לפקח על קצב הנשימה ואת הטמפרטורה של בעל החיים תוך כדי אספקת isoflurane במהלך הגדרת וסריקה.
  3. בעלי חיים ושיקולים התאמה: הקמה כוללת חומר סיכה העין כדי להגן מפני כיבים בקרנית. החיה היא עטופה קלות עם גזה ואת גזה הוא מודבק במקום כדי להקטין את איבוד החום במהלך סריקה כדי לספק לחץ חיובי נגד לפקח על הנשימה. בעלי חיים מצוידים ברים שן מתכוונן, המאפשר יישור אנכיים ואופקיים של הראש. הדבר חשוב במיוחד עבור תחום ה-MRI גבוהה, כמו זווית הראש לכיוון הזנב, מקורי יגרום קשיים נוספים עם inhomogeneity השדה המגנטי עקב רגישות מגנטי. Inhomogeneity השדה המגנטי הוא מזיקות לאיכות גבוהה T 2 * MRI וכן 1 H ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית (1 H MRS) תהודה מגנטי דיפוזיה דימות מותח (DTI). בנוסף מיצוב נכונה של זווית הראש לכיוון הזנב, מקורי, סיבובים של הראש יש להימנע עד כדי כך אינו ריאלי. המאפשר סיבוב של בעל חיים בתוך המגנט תספק פיצוי סיבובים קלים, אשר עלולה להתרחש מחיה לחיה. זה יכול להיות ממוזער עוד יותר על ידי מיקום זהיר של הראש ותשומת לב זוות לפני הכנסת בעל חיים לתוך מערכת ה-MRI.
  4. כיול shimming: לאחר החיה הוא בעל סליל ואת השטח ממוקם כראוי על הראש, העמדה הראשונית של בעל החיים נקבעת על ידי readout חד ממדית בזמן אמת לכיוון הזנב, מקורי. אות היא מוגבלת לאזור סביב הסליל משטח המשמש הקבלה, להגביל את הצורך בפרשנות של צורות גל ציין. לאחר עמדתו הראשונית נקבע, תמונה 3-מטוס Localizer נלקח כדי לקבוע את המיקום המדויק של החיה בתוך הסורק כדי לאפשר תנועה למיקום המדויק הנדרש עבור הסריקה (ים) של עניין. זה ואחריו הסתגלות של הומוגניות של השדה המגנטי, או "shimming" מגנט. הדבר נעשה על ידי מיפוי חלוקת שדה החישוב של תיקון המרחבי נקבע במדויק על בסיס התגובות נמדדת סדרה של אלקטרומגנטים או "סלילים פחית" בתוך המערכת נועדה להתאים את ההומוגניות השדה. Shimming מושגת באמצעות רצף רב שיפוע הד תוכנת המיפוי פותחה על ידי ד"ר התרינגטון 13. אזורים של הומוגניות מתאימים לאזור נבדק על ידי כל שיטת הדמיה בודדים. לאחר shimming תושלם, אנו יכולים לרכוש את הסריקה (ים) של עניין מן החיה.

4. Data Acquisition

  1. ברזולוציה גבוהה T 2 * MRI משוקלל. Biodistribution של חלקיקים SPIO ובו ניתן לקבוע על ידי איתור אזורים של אובדן האות ברזולוציה גבוהה 3D T 2 * MRI משוקלל. האזור של המוח נקבע מן סריקות Localizer ורשם על סריקות Localizer או סריקות נוספות לפי הצורך. AT 2 * סריקת MRI משוקלל עם רזולוציה של 150 מיקרון איזוטרופיים היא רכשה אז. צבע ברזולוציה גבוהה 3D נזכר הד סריקת MRI של הראש העכבר נרכש באמצעות כלוב 25 מ"מ נפח סליל עם פרמטרים רכישת זמן הד = 5 ms, זמן החזרה = 50 מילישניות, הד 30%, זווית להעיף = 35 מעלות, ממוצע = 2, שדה הראיה = 20 x 20 x 20 מ"מ עם רזולוציה של 128 x 128 x 128 (voxel גודל = 150 x 150 x 150 מיקרומטר 3), זמן הרכישה הכולל = 30 דקות.
  2. דימות מותח דיפוזי (DTI): טנזור תמונות דיפוזיה הם מדדים כמותיים של הכיוון ואת העוצמה של דיפוזיה של מים בתוך התאים של הרקמה. כתוצאה מכך, את השלב של האות הוא רגיש מאוד בתנועה, כמו סריקות הם רגישים או "משוקלל" עבור תנועה מים מיקרוסקופיות. כתוצאה מכך, רכישות ירייה אחת הם הרצויה כדי למנוע משמרות שלב בין רכישות מגרימת מריחות האות; ו gating הנשימה הדרוש כדי למנוע תנועה ברוטו במהלך הרכישה האות. לכן, נשימה סגורה ספין הד משוקלל דיפוזיה הד מישוריים הדמיה (EPI) רצף MR הוא מועסק. שוב, shimming באזור סריקות הוא מאוד חשוב, כמו מחוץ תהודה תופעות במהלך האבולוציה של האות גורמת misregistration תדירות האות, ולפיכך עמדה, במישור של התמונה. EPI פרמטרים הרכישה כללה 14 פרוסות, רוחב פס 200 KHz, 96 x 96 רכישת מטוס אפס מלא עד 256 x 256, וכן פרוסה בעובי 0.5 מ"מ. קידוד דיפוזיה משמש היתה תוכנית מאוזנת, קוטביות rotationally-משתנה לסירוגין icosahedral (12 directions) 14,15. התוכנית קידוד נועד להפחית רקע דיפוזיה הדרגתי הזיווגים 16. שקלול דיפוזיה b-s גורם = 800 מ"מ -2, δ = 4 ms, Δ = 15 מילישניות, Gdmax = 40 G / ס"מ, 200 μs זמן לעלות, 7 ממוצעים לרכישת b = 0, 3 ממוצעים עבור כל קידוד = 800 b כיוון, זמן הרכישה הכולל של 20-40 דקות, תלוי בקצב הנשימה.
  3. לוקליזציה 1 H ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית (1 H MRS): 1 H גברת ניתן להשיג אזורים במוח שנקבעו על תמונות שנרכשו במהלך הפגישה הדמיה אותו. במקומות אנטומיים נמצאים על תמונות לרשום את האזור של עניין לרכישת ספקטרום. לאחר באזור מזוהה, shimming מבוצע על האזור תואם את היקף הרכישה, בדק באמצעות ספקטרום מים מקומי. ואז, כוחו של פולסים דיכוי מים מותאמים, תדר המים נמדדת על מנת להבטיח על תהודה האות מים, קשת מבחן קצר נרכש לספק בקרת איכות. אם ספקטרה הם באיכות מספקת, הגדרות המערכת, כולל חשמל (RF) בתדר רדיו והגדרות שים, נבדקות. לבסוף, אם האיכות עדיין לא מספיק, Localizer שנייה 3-מטוס מנוהלת על מנת להבטיח כי בעל החיים לא עברה מן סריקות הראשונית. מניסיוננו, זה מספק רמה גבוהה מאוד של שחזור ודיוק עבור רכישות ספקטרוסקופיות. לבסוף, הספקטרום נרכשים בבלוקים קצר עם איפוס של תדר המערכת בין רכישות כדי למנוע תופעות של נדידת השדה המגנטי ולהבטיח שחזור והאיכות של הסריקות הסופי. בתום הרכישה, הדופק יחיד מים ספקטרום בשעה להשיג מגבר קדם מראש משמש התייחסות כמותית משרעת האות.
  4. היסטולוגיה ו Blockface הדמיה: לאחר הפגישה סריקת ה-MRI האחרון בסדרה של ניסויים זמן, העכבר perfused, המוח יוסר מוטבע לתוך גוש של אוקטובר, המתחם אשר כבר חשוך באמצעות טיפת דיו בהודו. הבלוק ממוקם לתוך cryostat עבור חיתוך וניתוח היסטולוגית. תמונות Blockface נרכשים באמצעות מצלמה דיגיטלית (Canon EOS 300D Digital Rebel עם EFS 60mm f/2.8 Canon Ultrasonic USM עדשת מאקרו) רכוב על החלק הקדמי של cryostat עם הר מותאם אישית מופעלת על ידי מתג מרוחק. תמונות דיגיטלי נרכשים כל 50 מיקרומטר באמצעות נפח המוח כולו. פרוסות ממוספרות כדי לאפשר רישום בתוך הכרך לאחר עיבוד צביעה היסטולוגית ו. פרוסות blockface הפרט היו מיושרים לשחזר את נפח 3D באמצעות לחסום מתאר להסביר להתעצבן בעמדה של ראש cryostat. נפח המוח אז מפולח באופן אוטומטי באמצעות אלגוריתם באזור מבוסס זרע גדל נתח חבילת התוכנה (AnalyzeDirect, Lexena, KS).

5. ניתוח נתונים

  1. איתור SPIO באמצעות MRI: SPIO גורם לאובדן האות T 2 * MRI משוקלל; סמן, וככזה, את החלל אות ה-MRI הוא רגיש, אבל לא ספציפית עבור נוכחות SPIO ברקמות. הרגישות תלויה ברזולוציה מרחבית של סריקת ה-MRI לבין גודל החלקיק SPIO, עם חלקיק בודד בגודל מיקרון מזוהה עם רזולוציה של 100 מיקרון איזוטרופיים. בעבודות אלה, איזוטרופיים 150 מיקרון עם רזולוציה 200 חלקיקים בגודל ננומטרי SPIO משמשים. כדי לספק הן רגישות וספציפיות נוכחות של SPIO במוח, עכברים נסרקו לפני הזרקה של תאים SPIO שכותרתו לאפשר תמונות חיסור לשמש לצורך זיהוי חיובי של תאים במוח בשעה מאוחר יותר נקודות זמן. 3D סריקות MRI היו subimaged משתמש להגדיר את רמת מוגבל שיטה שפותחה במעבדה שלנו כפי שתואר לעיל 17. נפח המוח Subimaged היו אז coregistered, עוצמת האות מנורמל, ואמצעי אחסון מופחתים כדי לזהות אזורים בתוך נפח המוח עם אובדן אות (נוכחות של SPIO), אשר לא היה לאורך שולי לחסל אות חיובי כוזב מכל טעויות רישום subpixel.
  2. Coregistration של היסטולוגיה ו-MRI: Coregistration בין היסטולוגיה ו-MRI בוצעה באמצעות תמונה blockface כהפניה משותף. גישה זו מפחיתה את מורכבות הבעיה העיקרית של תיקון התכווצות סימטרית של פרוסות הרקמה במהלך הכנת מכתים לבעיה שני מימדי כמתואר בעבודות קודמות שלנו 18,19. כאן, MRI לגילוי היסטולוגיה של מקרופאגים SPIO המכיל במוח הראו קורלציה מרחבית מצוינת, עם אומדן צפוי נפח על ידי הפסד של אות MRI ו רגישות רבה יותר לתאי כמה שמפגינים היסטולוגיה 12. מדויק שיתוף לוקליזציה של שני האותות מספק אחד מידת הדיוק של coregistration ו השתאה של היסטולוגיה בחזרה את הצורות המקוריות של הפרוסות.
  3. אזור של (ROI) ניתוח ריבית של DTI: סריקות DTI מנותחים בדרך כלל על ידי בחירה של ROI אנטומי כדי determine את מאפייני הקניה הממוצע של הרקמה בתוך מסד אנטומי מסוים.
    ניתוח של דיפוזיה משוקלל נתונים מבוצעות באמצעות תוכניות מותאמות אישית נכתב IDL (Interactive Data Language, ITT פתרונות מידע חזותי, Boulder, CO) כפי שתואר לעיל 15,20. ניתוח לייצר מפות של diffusivities טנזור (λ 1, λ 2, λ 3), diffusivity הממוצע (ד 'באב), שם D: av = (λ 1 + λ λ 2 + 3) / 3 ו אנאיזוטרופיה השבר (FA), שם:
    משוואה 1
    רוחבי ⊥ = (λ λ 2 + 3) / 2) ו אורכית (λ λ ll = 1) הרכיבים של טנזור הדיפוזיה התקבלו כמתואר במקום אחר 21. לאחר מפות בנויים, ROIs נמשכים על כיסו 2 T-MRI משוקלל עם צבע מקודד λ 1 מפות כיווניות. דוגמאות של האזורים שנבחרו לניתוח במודל עכבר HIV מוצגים באיור 1.
  4. ניתוח ספקטרוסקופיות: quantitation של תרכובות מטבוליות לתרום הפסגות של המוח 1 H גברת נקבעת באמצעות אחת מגוון רחב של שיטות מדידה עקומה. מגוון של טכניקות הולם עקומת פותחו. במעבדה שלנו, אנחנו מעסיקים תחום זמן מתאים לשיטה (QUEST) 22 בחבילת 23 jMRUI עיבוד אות כי הוא צירוף ליניארי של ספקטרה המטבוליט הפרט לתרום ספקטרום הסופי. אנו משתמשים בסיס סדרה של 22 מטבוליטים הפרט הגורמים התורמים הפוטנציאליים. ספקטרה בסיס הם מדומה ובדק באמצעות ספקטרום של פתרונות של מטבוליטים בודדות. דוגמה מכך עקומת להתאים מקשת יחיד שמוצג באיור 2.

6. נציג תוצאות

דוגמאות DTI ו 1HMRS מוצגות דמויות 1 ו -2. דוגמאות נוספות של 1H MRS 27 תוצאות 24-26 ו DTI ניתן לראות בפרסומים קודמים שלנו. דוגמאות preinjection T 2 * MRI משוקלל עם כיסוי של המיקום של תאים שכותרתו בצהוב מוצג באיור 3. העכבר היה שכותרתו מונוציטים מקרופאגים נגזר מוזרק לווריד הזנב. כעבור חמישה ימים, T 2 * MRI משוקלל נרכשה ומעובד כפי שתואר לעיל. עכבר הוכן על ידי הזרקה של מקרופאגים HIV אדם נגוע אל המוח, אשר נתפסת שורה של מונוציטים מקרופאגים העכבר זוהה נגזר. דוגמאות נוספות הן של זיהוי של תאים שכותרתו coregistration עם היסטולוגיה ניתן לראות בפרסומים קודמים שלנו 10,12.

איור 1
באיור 1. תיאור של אזורים ניתח עבור מדדים DTI.

איור 2
איור 2. הולם Spectroscopic באמצעות QUEST של חבילת עיבוד אותות jMRUI.

איור 3
איור 3. איתור של תאים SPIO שכותרתו נודדות מן הדם ההיקפי לתוך אזור במוח עם דלקת קרום המוח מוקד. עמדות Cell (צהוב) נציג כיסוי פרוסות מתוך T 2 * רכישת MRI משוקלל כמפורט הטקסט.

Discussion

רישום מדויק של היסטולוגיה עם ב-vivo תוצאות הדמיה הוא שלב קריטי בפיתוח סמנים ביולוגיים לגילוי הדמיה ובימוי של מחלה עצבית. כמה מדדים הדמיה צפויים להיות מתואמים עם שינויים מורפולוגיים ברוטו כולל שינויים במאפייני הרפיה המגנטי של רקמת המשמש לאיתור נוכחות של מחלת סרטן חומר לבן. שיטות יותר עדינים אחרים, כמו DTI, עשויים לזהות שינויים הסלולר מוקדם כי לא ניתן להבחין בשינויים היסטולוגית נגרמת על ידי המחלה אינם מופיעים עד אחרי שלבי המחלה. סמנים אחרים ובכל זאת, כגון סמני ספקטרוסקופיות, עשוי להיות האינדיקטורים של שינויים מוקדם הפיך, אשר להקדים אפילו שינויים הסלולר העדינים.

Biodistribution ניתן לקבוע הלא פולשני באמצעות מגוון של שיטות. ראשוני פולשני שיטות טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET), פליטת פוטונים בודדים טומוגרפיה ממוחשבת (SPECT), דימות אופטי, ו-MRI. רפואה גרעינית מבוססת הדמיה (PET ו-SPECT) שימשו במהלך השנים עבור biodistribution רבים, אך שיטות אלו מוגבלים על ידי החיים מחצית radiotracers המשמש תיוג תרכובות או ננו, במיוחד עבור קליעים נותבים PET. הדמיה אופטית יכולה לשמש מכרסמים קטנים, אבל לא יכול להיות מתורגם לשימוש אנושי, למעט אזורים נגישים כגון גידולים משטח בשל ספיגת אור פיזור אור. בנוסף, קשה לכמת את אותות אופטיים עבור אלה מאותן סיבות. MRI משתמש התגיות מתמשך כגון SPIO כי ניתן לעקוב אחר בגוף על פני תקופה של שבועות. גם זה, יש להשתמש בזהירות, כמו התווית ניתן להעביר תאים שונים או להיות reabsorbed על ידי הגוף.

סגוליות איתור עבור SPIO ב-MRI יכול להיות מסופק על ידי מגוון רחב של שיטות. שיטות איתור, המספקים אותות חיוביים כמו גם שליליים, המשמשים לשיפור הספציפיות של ה-MRI לגילוי נוכחות של SPIO ברקמות. שיטת חיסור להשתמש בעבודה זו נעשה שימוש על ידי אחרים, כמו גם 28. גישות נוספות כוללות את זיהוי תהודה 29-31, בשלב הדמיה רגיש שמייצר דפוס מסוים ליד חללים SPIO 32, אפס זמן הד תמונה שמשתמשת שקלול T1 לייצר עוצמת אות חיובי באזור SPIO 33. קידומם של שיטות אלה לשיפור quantitation של התווית, רגישות וספציפיות היא תחום מחקר פעיל כיום.

Disclosures

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

Acknowledgments

העבודה נתמכה על ידי 1K25MH089851 מענקים, 1P01DA028555-01A1, 2R01 NS034239, 2R37 NS36126, P01 NS31492, P20RR 15635, P01MH64570 ו P01 NS43985 מן המכונים הלאומיים לבריאות. המחברים מודים לגב 'רובין טיילור עבור קריאה ביקורתית של כתב היד ותמיכה גרפי ספרותית יוצאת דופן. המחברים רוצה גם להודות ארין מקינטייר, מליסה מלון, ו לינדזי רייס לתמיכה הטכנית שלהם.

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.

Comments

1 Comment

  1. Thank you for this high quality work.
    Two questions related to this work please:
    I want to image rat kidney , using nano as contrast. What is the percentage ratio of the nano to the rat weight?
    second question: what is the best anatomical position of the rat to image it liver?
    Thanks

    Reply
    Posted by: Anonymous
    March 15, 2012 - 11:57 AM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Usage Statistics