Wir bedanken uns herzlich für die Unterstützung Bierry F. in der Videoproduktion und-bearbeitung.

Alle Verfahren, die tierischen Probanden wurden von der Universitätsklinik Institutional Animal Care Ausschuss genehmigt worden. 1. Innenbandriss Bakterieninokulation <ol><li> Vor der Injektion betäuben Kaninchen durch intramuskuläre Injektion von Ketamin (30 mg / kg Körpergewicht) mit Xylazin (4 mg / kg) innerhalb Rückenstrecker Muskel gemischt. Stellen Sie sicher, Tiere sind völlig betäubt, indem sie zu paw Prise nicht ansprechen. Dieses Protokoll sorgt für ausreichende Anästhesie für die intraartikuläre Injektion des Kniegelenks. Legen Sie die Tiere unter Sauerstoffmaske während der Narkose. </li><li> Shave Tiere Knie. Bereiten Sie das Knie für aseptische Injektion von 3 abwechselnd Tücher Povidonjod Gestrüpp und Alkohol durch die Anwendung von PVP-Jod Lösung. </li><li> Manuelle Identifizierung der Patellarsehne als elastische Struktur an der vorderen Seite des Knies mit einer sterilen Nadel Kappe wie gezeigt, oder einer sterilen Sonde. </li><li&gt; Mit visuellen Kontrolle und durch die Verwendung eines anterioren Zugang, legen Sie eine 25 G Nadel perkutan im rechten Knie von jedem der 12 Kaninchen durch die Patellasehne. </li><li> Injizieren jedes Knie mit 1 ml einer Bakteriensuspension von Staphylococcus aureus (Stamm Neumann) in einer Konzentration von 10 6 UFC / ml. Injektionsvorrichtung ohne Widerstand bestätigt die intraartikuläre Stelle der Spitze der Nadel. </li><li> Nach der Injektion Verfahren, halten das Tier unter konvektiven Quelle, um den Wärmeverlust zu vermeiden und zu überwachen Atemfrequenz durch Beobachtung Bewegung der Brust. Einmal wach, halten Tiere in Käfigen mit freiem Zugang zu Futter und Wasser. </li><li> Verwalten Schmerzen durch Verabreichung eine intramuskuläre Injektion von 0,1 mg / kg alle 8 h Buprenorphin. </li><li> Klinisch beobachten Kaninchen jeden Tag, Überwachung verbrauchten Mengen an Nahrung und Wasser, Gewichtsverlust, Temperatur, und das allgemeine Verhalten. </li><li> Um das Bild der akuten Phase der Infektion führen Sie das erste MR-Bildgebung Sitzung sobaldwie ein Tier erheblichen Gewichtsverlust (10%), in der Regel in diesem Fall nach ca. 2 Tagen. </li><li> Ist eine intravenöse Medikamentengabe vor MRT-Untersuchung erforderlich ist, könnte ein auricular venösen Zugang installiert ist (vgl. unten). </li></ol> 2. MRT-Untersuchung Bei der Abbildung von lebenden Tieren ist eine sorgfältige Installation Tier ein wesentliches Merkmal von Tieren Komfort und optimale Anästhesie zu gewährleisten. Dies wird für die besten Bildergebnisse zu ermöglichen und gewährleisten eine reproduktive Bildaufnahme für Längsschnittstudien. Aufgrund der Größe des Tieres, ist die Verwendung eines klinischen große MR-Einheit (1,5 T oder T 3) am besten geeignet. 8-Kanal-klinischen Kniespule verwendet wird, wie es richtige Auflösung und Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis für Kaninchen Knie Exploration bietet. <ol><li> Vor der Installation auf dem Imaging-System installieren, ein peripherer venöser Zugang über eine Ohrvene. Dieser Zugriff wird dazu dienen, das Kontrastmittel zu injizieren. <ol><li> Rasur und desinfizieren Sie das Ohr. </li><li&gt; Führen Lokalanästhesie durch subkutane Injektion von Lidocain. </li><li> Legen Sie eine 25 G Katheter innerhalb des lateralen Ohrvene. </li><li> Bewerten Sie die Durchlässigkeit durch Injektion von 1 ml steriler physiologischer Serum. </li><li> Pflegen Sie den Katheter mit Klebstoff Klopfen. </li></ol></li><li> Anesthetize Tiere durch intramuskuläre Injektion von Ketamin (30 mg / kg Körpergewicht) mit Xylazin (4 mg / kg) gemischt. Tiere sind völlig betäubt, wenn sie zu paw Prise nicht ansprechen. Legen Sie eine Gesichtsmaske auf das Kaninchen, die ihm Sauerstoff mit einer Flussrate von 200 ml / min. </li><li> Einmal vollständig betäubt, nehmen Tiere auf die MR-Bildgebung Einheit. Platz Tieren, so dass die Knie in der Mitte des MR-Spule angeordnet. Legen Sie die Tiere die Beine in völliger Ausdehnung, so dass die lange Achse der Tibia parallel zur MR-Bildgebung Einheit Tabelle ist. Mit Klettverschlüssen oder Sandsäcken, um eine optimale Beinstellung zu halten. </li><li> Cardio-Überwachung der Atmung der Tiere wird nicht als erforderlichAnästhesie-Protokoll ermöglicht tiefe Narkose auf die spontane Atmung, aber Tiere sind abgedeckt, um Narkose-induzierten Wärmeverlust zu vermeiden. </li><li> MR-Protokoll ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die durchschnittliche Zeit für die gesamte Übernahme einschließlich der optimalen Installation ist ca. 20 min. </li><li> Führen MR-Bildgebung in verschiedenen Ebenen. Dennoch ist die Querebene der Knie (orthogonal zur Tibia) die Referenzebene wie anatomische Reproduzierbarkeit Bild für das sequentielle Längsrichtung Prüfungen gewährleisten und eine optimale Korrelation mit histologischen Schnitten. </li><li> Nach Beendigung der nativen Sequenzen injizieren UPSIO Kontrastmittels im Vorhof venösen Zugang. Langsam Verwaltung der Eisenoxidteilchen in einer Einzeldosis von 150 mmol Fe / kg. Spülen des Katheters durch Injektion von 1 ml steriler physiologischer Kochsalzlösung. </li><li> Wiederholen Sie die erweiterte GRE gewichtete Sequenz 24 Stunden nach der Injektion. Diese Verzögerung ermöglicht die Teilchen durch phagozytiert werdendie Makrophagen. </li><li> Für Längsschnittstudien Auswertung Drogen Wirkung (Antibiotika, Steroide, anti-Makrophagen-Antikörper, etc.), Wiederholen sequentiellen MR-Untersuchungen unter Verwendung der oben beschriebenen Protokoll. </li></ol> 3. Bildanalyse <ol><li> Für Längs-Evaluierung durchzuführen Messungen an der gleichen anatomischen Ebene und definieren eine leicht identifizierbare Wahrzeichen. So ist zum Beispiel durch Erfassung der axialen Ebene, wo der größte Durchmesser der Patella beobachtet wird eine zuverlässige Möglichkeit, reproduzierbare Messung (1) zu erhalten. </li><li> Führen Bildanalyse mit einem DICOM-basierte Software (wie Osirix) oder eine Bildverarbeitungssoftware (ImageJ). </li><li> Mit ImageJ Software, führen Sie die Segmentierung der Gelenkflüssigkeit Bereich, der Signalverlust zeigt auf USPIO-enhanced GRE T2-gewichteten Bild mit der &quot;irregulären Bereich&quot; Malwerkzeug. Sobald der Synovialis mit dunklen Signal wird skizziert, auf &quot;Analysieren&quot; klicken, um den Bereich / erhaltenAnzahl der Pixel (Abbildung 2). </li></ol>

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	<li>Madri, J., Kissane, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammation+and+healing.">Inflammation and healing.</a> Anderson's Pathology. , 67-110 (1990).</li><li>Sephel, G., Woodward, S., Rubin, R., Strayer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repair,+regeneration,+and+fibrosis.">Repair, regeneration, and fibrosis.</a> Rubin's Pathology. , 71-98 (2008).</li><li>Verdrengh, M., Tarkowski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+macrophages+in+Staphylococcus+aureus-induced+arthritis+and+sepsis.">Role of macrophages in Staphylococcus aureus-induced arthritis and sepsis.</a> Arthritis Rheum. 43 (10), 2276-2282 (2000).</li><li>Heale, J., Speert, D., Burke, B., Lewis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macrophages+in+bacterial+infection.">Macrophages in bacterial infection.</a> The Macrophage. , 210-252 (2008).</li><li>Bierry, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macrophage+activity+in+infected+areas+of+an+experimental+vertebral+osteomyelitis+model:+USPIO-enhanced+MR+imaging--feasibility+study.">Macrophage activity in infected areas of an experimental vertebral osteomyelitis model: USPIO-enhanced MR imaging--feasibility study.</a> Radiology. 248 (1), 114-123 (2008).</li><li>Bierry, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+of+macrophages+in+infectious+knee+synovitis.">MRI of macrophages in infectious knee synovitis.</a> AJR Am. J. Roentgenol. 194 (6), W521-W526 (2010).</li><li>Lutz, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+synovial+macrophages+in+an+experimental+rabbit+model+of+antigen-induced+arthritis:+ultrasmall+superparamagnetic+iron+oxide-enhanced+MR+imaging.">Detection of synovial macrophages in an experimental rabbit model of antigen-induced arthritis: ultrasmall superparamagnetic iron oxide-enhanced MR imaging.</a> Radiology. 233 (1), 149-1457 (2004).</li><li>Weissleder, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasmall+superparamagnetic+iron+oxide:+an+intravenous+contrast+agent+for+assessing+lymph+nodes+with+MR+imaging.">Ultrasmall superparamagnetic iron oxide: an intravenous contrast agent for assessing lymph nodes with MR imaging.</a> Radiology. 175 (2), 494-498 (1990).</li><li>Lefevre, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Septic+arthritis:+monitoring+with+USPIO-enhanced+macrophage+MR+imaging.">Septic arthritis: monitoring with USPIO-enhanced macrophage MR imaging.</a> Radiology. 258 (3), 722-728 (2011).</li><li>Sigovan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid-clearance+iron+nanoparticles+for+inflammation+imaging+of+atherosclerotic+plaque:+initial+experience+in+animal+model.">Rapid-clearance iron nanoparticles for inflammation imaging of atherosclerotic plaque: initial experience in animal model.</a> Radiology. 252 (2), 401-409 (2009).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Während unspezifische Gadolinium-basierte Kontrastmittel Informationen über das Volumen und die Durchblutung der extrazellulären Raum zu bieten, ermöglicht Makrophagen Bildgebung durch USPIO-enhanced MR eine genaue anatomische Lokalisation und eine qualitative Beurteilung der Makrophageninfiltration in infizierten synovium ohne die Notwendigkeit der Gewebeentnahme 9. Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit kann USPIO demonstrieren sogar subtile Zellinfiltrat in den frühen Phasen der Infektion. Unter erfolgreiche Antibiotika-Therapie, die Erreger nach beseitigt werden, wird diese Infiltration als verringern, was zu einer Verringerung der USPIO Aufnahme innerhalb der Synovialmembran. Da der Bereich der dunklen Signal an die tissular Eisengehalt korreliert ist, kann synovialen Signal nach USPIO Verabreichung als Biomarker eine quantitative Darstellung der zellulären Infiltration, die Längsachse 10 ausgewertet werden können berücksichtigt werden. Darüber hinaus und im Gegensatz zu anderen bildgebenden Verfahren wie optschen Bildgebung oder Isotopen Bildgebung, zellulären MR-Bildgebung hat die Fähigkeit, hochauflösende anatomische Bilder, die präzise Lokalisierung von Zellen im Zusammenhang ändert erlauben zu generieren. Macrophage Bildgebung ermöglicht die Abschätzung der Zelle Vorhandenseins und der Verteilung im Gewebe von Interesse sind, ohne die Notwendigkeit von Gewebeproben. Es vermeidet deshalb zwei wesentliche Nachteile wiederholt Gewebeentnahme in biologischen in vivo Studien, die Invasivität und Modifikation von nativem Gewebe normalen Biologie sind oft erforderlich. Darüber hinaus könnte sequentielle Gewebeentnahme nicht möglich sein bei Kleintieren, die nicht vertragen wiederholt stressig Verfahren entgegensteht Längs-Auswertung. Im Gegensatz dazu, in vivo Follow-up-Bildgebung von Makrophagen-Gehalt in einem Gewebe unter Verwendung von sequentiellen USPIO-verstärkten MR-Scanning leicht an Kleintieren werden für die Längs-Überwachung der Antibiotika-Therapie von Infektionskrankheiten eingesetzt, von entzündungshemmenden Therapie in Modellen von NONINinfektiöser Arthritis, oder der Behandlung in allen beteiligten Makrophagen-Erkrankungen. Sobald das Modell von Interesse gewählt (Arthritis, septische Synovitis, etc.) Wird Kontrastmittelgabe leicht durch langsame intravaskuläre Injektion durchgeführt und ist im allgemeinen nicht technisch anspruchsvoll. Eine wesentliche Einschränkung der MR Bildgebung unter Verwendung von zellulären USPIO Kontrastmittel ist die Notwendigkeit für eine wiederholte Abtastung 24 Stunden Injektion Diese Verzögerung ermöglicht die spezifische Phagozytose durch Makrophagen 5-7. Deshalb, um zu vergleichbaren bildgebenden Daten haben, ist eine präzise Tier Installation innerhalb des MR-Einheit Pflichtfelder. In unserer Erfahrung, beobachteten wir, dass tierische Installation in Bauchlage im MR-Spule mit Unterschenkel komplette Verlängerung durch Pflasterzügelung erlaubt reproduzierbare und vergleichbare Bilder erhalten assoziiert. Wir präsentierten in diesem Bericht, wie man leicht in vivo Makrophagen mit USPIO beschriften, unter Ausnutzung ihrer natürlichenPhagozytenaktivität. Selbst wenn zusätzlich ein vorgelagertes ex vivo Verfahren erforderlich sein (Kontrastmittel Eindringen in nicht-natürlichen Phagozyten zu ermöglichen), kann Zellmarkierung mit hochempfindlicher MR-Kontrastmittels, wie Eisenoxid-Teilchen zu anderen Zelltypen, wie Lymphozyten verwendet werden, polymorphkernigen Leukozyten oder Mastzellen. Cellular MR-Bildgebung kann daher ein sehr interessantes Werkzeug zur nichtinvasiven Untersuchung des sequentiellen Rekrutierung von allen Zelltypen in infektionsbedingte Entzündung beteiligt zu sein, und die Auswirkungen der allgemeinen sowie Zell-gerichtete Therapien zu bewerten.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) gilt als das bildgebende Verfahren der Wahl für die Demonstration von infektiösen Synovitis aufgrund seiner hohen räumlichen Auflösung und Weichgewebe Gegensatz sein. Signal Veränderungen im MRT bei Arthritis niedrig T1 und T2 hohen Signal spiegelt die verstärkte Präsenz von extrazellulären Wassergehalt und eine deutliche Verbesserung nach Gadolinium-basierte Kontrastmittel Verabreichung beobachtet, im Einklang mit den Ergebnissen der histologisch erhöhte Durchblutung infolge Vasodilatation und Angiogenese 1. Dennoch ist MRI oft nicht Auflösung der Infektion während einer antibiotischen Therapie zeigen als persistente Verbesserung in den Gelenken von Patienten mit klinisch und biologisch geheilt septische Arthritis durch Persistenz vergrößerten extrazellulären Raum (Granulationsgewebe, fibrotische Narbe) 2 beobachtet werden. Neben extrazellulären Veränderungen, Entzündungszellen einschließlich einer intensiven Rekrutierung von Makrophagen massiv in die infiltrierenSynovia betroffen. Makrophagen spielen eine wichtige Rolle sowohl in der akuten und chronischen Phase einer bakteriellen Infektion 3. Sie induzieren die entzündliche Reaktion erforderlich ist, um pathogene Mikroorganismen zu beseitigen, und koordinieren Entzündung Auflösung, wie Makrophagen-induzierte Entzündung besteht, solange nekrotische Gewebe nicht entfernt werden, Verhindern Reparatur bis 4 beginnen. So kann die Reduktion von Makrophageninfiltration in infizierten Synovia nach effizienten Therapie ein zuverlässiger Indikator für die Auflösung der Infektion sein. Cellular Imaging ist in der Lage, spezifische zelluläre Infiltration im pathologischen Gewebe zu demonstrieren. Spezifische Makrophagen MR-Bildgebung durch gezielte Kontrastmittel wurde vielfach untersucht und hat gezeigt, seine Fähigkeit zu gemeinsamen Entzündung oder Infektion 5-7 demonstrieren. Nach intravenöser Injektion sind solche gezielte Kontrastmittel wie USPIO (ultrakleine superparamagnetische Eisenoxide) Partikel von Phagozyten wie Makrophagen aufgenommen undaufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften zu induzieren Signaländerungen in Geweben präsentiert Makrophageninfiltration 8. Die Längs-Follow-up von denen MR-Signals ändert Therapie ermöglicht eine nicht-invasive in vivo Evaluierung Makrophageninfiltration, und eine Reduktion der USPIO beladenen Makrophagen-ähnlichen Signal Änderungen würden Therapieerfolg zu demonstrieren. Der Zweck dieses Berichts ist es bis heute, wie Makrophagen MR-Bildgebung durchführen, um nicht-invasiv überwacht septische Arthritis durch den Nachweis der Reduktion von Makrophageninfiltration innerhalb der Synovia.

<table><tbody><tr><td>Name of Reagent/Material</td><td>Company</td><td>Catalog Number</td><td>Comments</td></tr><tr><td>P904</td><td>Guerbet</td><td></td><td>Dose: 150 &amp;mu;mol Fe/kg</td></tr><tr><td>Ketamine (500 mg/ml ketamine)</td><td>Virbac</td><td></td><td>Dose: 30 mg/kg</td></tr><tr><td>Rompun (20 mg/ml Xylazine)</td><td>Axience</td><td></td><td>Dose: 4 mg/kg</td></tr><tr><td>Buprenorphine</td><td>Vetoquinol</td><td></td><td>Dose: 0.1 mg/kg/8 hr</td></tr><tr><td>BD 22 G, 1 inch</td><td>BD Biosciences</td><td>381423</td><td></td></tr><tr><td>BD 25 G, 5/8 inch</td><td>BD Biosciences</td><td>305122</td><td></td></tr></tbody></table>

in vivo macrophage imaging using mr targeted contrast agent for longitudinal evaluation of septic arthritis

Makrophagen sind Schlüssel-Zellen in der Initiierung, die Entwicklung und die Regulierung der Entzündungsreaktion auf bakterielle Infektion. Makrophagen sind intensiv und zunehmend in septischen Gelenke von den frühen Phasen der Infektion rekrutiert und die Infiltration soll einmal zurückbilden effiziente Beseitigung der Erreger erreicht wird. Die Fähigkeit, in vivo Makrophagenaktivität in einer infizierten gemeinsamen identifizieren können daher zwei Hauptanwendungen: Früherkennung der akuten Synovitis und Überwachung der Therapie. In vivo-invasive Erfassung von Makrophagen können mit Magnet-Resonanz-Bildgebung mit Eisen-Nanopartikeln wie ultrakleine superparamagnetische Eisenoxid (USPIO) durchgeführt werden. Nach intravaskulären oder intraartikuläre Verabreichung USPIO speziell von aktivierten Makrophagen und aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften phagozytiert, induzieren Signaländerungen in Geweben präsentiert Makrophageninfiltration. Ein quantitative Auswertung des infiltrieren möglich, da der Bereich mit einem Signalverlust (Anzahl dunkler Bildpunkte) auf Gradientenecho MR-Bildern beobachtet Teilchen nach Injektion mit der Menge an Eisen in dem Gewebe korreliert und daher gibt die Anzahl der USPIO-beladenen Zellen. Wir stellen Ihnen hier ein Protokoll zu Makrophagen Bildgebung mit USPIO-enhanced MR-Bildgebung in einem Tiermodell der septische Arthritis, so führen Sie einen Anfangs-und Längs-invasive in vivo Evaluierung von Makrophagen Infiltration und eine Bewertung der Therapie Aktion.

Auf nativen Bilder präsentiert der Synovialis von infizierten Knie eine diffuse Schwellung der Zwischen-Signal, nicht unterscheidbar von umgebenden Weichgewebe, während Oberschenkelknochen und Kniescheibe so niedrig Signal Strukturen (Abbildung 1) angezeigt. Auf den USPIO-enhanced Bilder werden 24 Stunden nach der Kontrastmittelgabe, Gelenkflüssigkeit Bereich mit USPIO-beladenen Makrophagen zeigen Signalverlust (Abbildungen 1 und 2). Makrophageninfiltration innerhalb Synovialis nachgewiesen werden kann, unter Verwendung spezifischer Immunfärbung (Abbildung 3). Perls &#39;preußischen Bläue erkennen Eisenpartikel, die als blaue Punkte (Abbildung 4) erscheinen. <table border="1"><tbody><tr><td></td><td> GRE T2 gewichtet </td></tr><tr><td> Wiederholung (ms) </td><td> 450 </td></tr><tr><td> Echo der Zeit (ms) </td><td> 4 </td></tr&gt; <tr><td> Flipwinkel </td><td> 30 </td></tr><tr><td> Turbo-Faktor </td><td></td></tr><tr><td> Fettunterdrückung </td><td></td></tr><tr><td> Schichtdicke (mm) </td><td> 1.5 </td></tr><tr><td> Interval Lücke </td><td> 0 </td></tr><tr><td> Sehfeld (mm) </td><td> 70 </td></tr><tr><td> Matrix </td><td> 448 x 360 </td></tr><tr><td> Bandbreite </td><td> 80 </td></tr><tr><td> Signale erworben </td><td> 2 </td></tr><tr><td> Scanlänge </td><td> 3&#39;10 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Beispiel von Parametern GRE T2-gewichteten MRT-Sequenz auf einem 3T MR-Einheit. <img alt="Abbildung 1" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50296/50296fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50296/50296fig1.jpg" /> Abbildung 1. Axial GRE T2-gewichtete Bilder eines Kaninchens Knie bei der akutenPhase der Infektion, vor (A) und 24 Stunden nach (B) intravaskuläre Verabreichung des USPIO; Bilder werden auf der Ebene der Patella (p) und Oberschenkelknochen (F) erhalten. Auf der nativen Bild (A), ist die Gelenkinnenhaut verdickt (Pfeil) und stellt ein homogenes Zwischenprodukt Signal undeutlich aus den umliegenden Weichteile. Nach USPIO Verwaltung (B), wird der Synovialis nun als bandförmige Bereich massiv Dunkelsignal (Pfeilspitze) aufgrund des Vorhandenseins von USPIO-beladenen Makrophagen. (Nachdruck aus Lefévre S. et al. 9 mit Genehmigung). <img alt="Abbildung 2" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50296/50296fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50296/50296fig2.jpg" /> 2. Segmentierung und Bestimmung der synovialen Bereich, Signalverlust mit ImageJ dargestellt. <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;always&quot;&gt; <img alt="Abbildung 3" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/50296/50296fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50296/50296fig3.jpg" /> Abbildung 3. Photomicrograph spezifischer Makrophagen Immunfärbung zeigt die intensive Infiltration von Makrophagen innerhalb der infizierten Synovialis (Pfeil). (RAM 11 Immunfärbung ursprüngliche Vergrößerung 40X). <img alt="Fig. 4" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/50296/50296fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50296/50296fig4.jpg" /> Abbildung 4. Photomicrograph (Perls &#39;preußischen Bläue, ursprüngliche Vergrößerung 40X) zeigt mehrere blau-gefärbten Zellen correspondig den USPIO-beladenen Makrophagen (Pfeil). (Nachdruck aus Lefévre S. et al. 9 mit Genehmigung).

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In vivo Macrophage Imaging Using MR Targeted Contrast Agent for Longitudinal Evaluation of Septic Arthritis

Wir zeigen, wie Sie ausführen Makrophagen MR Bildgebung mit ultrakleine superparamagnetische Kontrastmittel (USPIO) in septische Arthritis, so dass eine erste und Längs-<em&gt; In vivo</em&gt; Non-invasive Beurteilung von Makrophagen Infiltration und eine Beurteilung der Wirksamkeit der Therapie.

In-vivo-Bildgebung mit MR Makrophagen gezielte Kontrastmittel für die Längs-Auswertung der septische Arthritis

Macrophages are key-cells in the initiation, the development and the regulation of the inflammatory response to bacterial infection. Macrophages are ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

In vivo Macrophage Imaging Using MR Targeted Contrast Agent for Longitudinal Evaluation of Septic Arthritis

9.3K Aufrufe.  University Hospital of Strasbourg. Wir zeigen, wie Sie ausführen Makrophagen MR Bildgebung mit ultrakleine superparamagnetische Kontrastmittel (USPIO) in septische Arthritis, so dass eine erste und Längs- In vivo Non-invasive Beurteilung von Makrophagen Infiltration und eine Beurteilung der Wirksamkeit der Therapie.

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Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Registrierte Bioimaging von Nanomaterialien für Diagnostische und Therapeutische Überwachung

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Forschung

Biotechnik

In Vivo Tracking of Human Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells in a Rat Knee Osteoarthritis Model with Fluorescent Lipophilic Membrane Dye

In order to support the clinical application of human adipose-derived mesenchymal stem cell (haMSC) therapy for knee osteoarthritis (KOA), we examined the efficacy of cell persistence and biodistribution of haMSCs in animal models. We demonstrated a method to label the cell membrane of haMSCs with lipophilic fluorescent dye. Subsequently, intra-articular injection of the labeled cells in rats with surgically induced KOA was monitored dynamically by an in vivo imaging system. We employed the lipophilic carbocyanines DiD (DilC18 (5)), a far-red fluorescent Dil (dialkylcarbocyanines) analog, which utilized a red laser to avoid excitation of the natural green autofluorescence from surrounding tissues. Furthermore, the red-shifted emission spectra of DiD allowed deep-tissue imaging in live animals and the labeling procedure caused no cytotoxic effects or functional damage to haMSCs. This approach has been shown to be an efficient tracking method for haMSCs in a rat KOA model. The application of this method could also be used to determine the optimal administration route and dosage of MSCs from other sources in pre-clinical studies.

In Vivo Tracking of Human Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells in a Rat Knee Osteoarthritis Model with Fluorescent Lipophilic Membrane Dye

This protocol describes an efficient way to monitor the cell persistence and biodistribution of human adipose-derived mesenchymal stem cells (haMSCs) by far-red fluorescence labeling in a rat knee osteoarthritis (KOA) model via intra-articular (IA) injection.

In Vivo Tracking der menschlichen Fettgewebe mesenchymalen Stammzellen in einem Rattenmodell Knie Arthrose mit fluoreszierenden lipophile Membran Farbstoff

In order to support the clinical application of human adipose-derived mesenchymal stem cell (haMSC) therapy for knee osteoarthritis (KOA), we examined the ...

Entwicklungsbiologie

In vivo Imaging Method to Distinguish Acute and Chronic Inflammation

Inflammation is a fundamental aspect of many human diseases. In this video report, we demonstrate non-invasive bioluminescence imaging techniques that distinguish acute and chronic inflammation in mouse models. With tissue damage or pathogen invasion, neutrophils are the first line of defense, playing a major role in mediating the acute inflammatory response. As the inflammatory reaction progresses, circulating monocytes gradually migrate into the site of injury and differentiate into mature macrophages, which mediate chronic inflammation and promote tissue repair by removing tissue debris and producing anti-inflammatory cytokines. Intraperitoneal injection of luminol (5-amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione, sodium salt) enables detection of acute inflammation largely mediated by tissue-infiltrating neutrophils. Luminol specifically reacts with the superoxide generated within the phagosomes of neutrophils since bioluminescence results from a myeloperoxidase (MPO) mediated reaction. Lucigenin (bis-N-methylacridinium nitrate) also reacts with superoxide in order to generate bioluminescence. However, lucigenin bioluminescence is independent of MPO and it solely relies on phagocyte NADPH oxidase (Phox) in macrophages during chronic inflammation. Together, luminol and lucigenin allow non-invasive visualization and longitudinal assessment of different phagocyte populations across both acute and chronic inflammatory phases. Given the important role of inflammation in a variety of human diseases, we believe this non-invasive imaging method can help investigate the differential roles of neutrophils and macrophages in a variety of pathological conditions.

In vivo Imaging Method to Distinguish Acute and Chronic Inflammation

We describe a non-invasive imaging method for distinguishing inflammatory stages. Systemic delivery of luminol reveals areas of acute inflammation dependent upon MPO activity in neutrophils. In contrast, injection of lucigenin allows for visualization of chronic inflammation dependent upon Phox activity in macrophages.

In-vivo-Imaging-Methode zu unterscheiden, akuten und chronischen Entzündungen

Inflammation is a fundamental aspect of many human diseases. In this video report, we demonstrate non-invasive bioluminescence imaging techniques that ...

Immunologie und Infektion

In Vivo Optical Imaging of Brain Tumors and Arthritis Using Fluorescent SapC-DOPS Nanovesicles

We describe a multi-angle rotational optical imaging (MAROI) system for in vivo monitoring of physiopathological processes labeled with a fluorescent marker. Mouse models (brain tumor and arthritis) were used to evaluate the usefulness of this method. Saposin C (SapC)-dioleoylphosphatidylserine (DOPS) nanovesicles tagged with CellVue Maroon (CVM) fluorophore were administered intravenously. Animals were then placed in the rotational holder (MARS) of the in vivo imaging system. Images were acquired in 10&#176; steps over 380&#176;. A rectangular&#160;region of interest (ROI) was placed across the full image width at the model disease site. Within the ROI, and for every image, mean fluorescence intensity was computed after background subtraction. In the mouse models studied, the labeled nanovesicles were taken up in both the orthotopic and transgenic brain tumors, and in the arthritic sites (toes and ankles). Curve analysis of the multi angle image ROIs determined the angle with the highest signal. Thus, the optimal angle for imaging each disease site was characterized. The MAROI method applied to imaging of fluorescent compounds is a noninvasive, economical, and precise tool for in vivo quantitative analysis of the disease states in the described mouse models.

In Vivo Optical Imaging of Brain Tumors and Arthritis Using Fluorescent SapC-DOPS Nanovesicles

We describe a multi-angle rotational optical imaging (MAROI) system for in vivo quantitation of a fluorescent marker delivered by saposin C (SapC)-dioleoylphosphatidylserine (DOPS) nanovesicles. Employing mouse models of cancer and arthritis, we demonstrate how the MAROI signal curve analysis can be used for the precise mapping and biological characterization of disease processes.

In Vivo Optical Imaging von Hirntumoren und Arthritis mit fluoreszierenden SapC-DOPS Nanovesicles

We describe a multi-angle rotational optical imaging (MAROI) system for in vivo monitoring of physiopathological processes labeled with a fluorescent ...

Medizin

Combined In vivo Optical and &#181;CT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice

Multimodality imaging has emerged as a common technological approach used in both preclinical and clinical research. Advanced techniques that combine in vivo optical and &#956;CT imaging allow the visualization of biological phenomena in an anatomical context. These imaging modalities may be especially useful to study conditions that impact bone. In particular, orthopaedic implant infections are an important problem in clinical orthopaedic surgery. These infections are difficult to treat because bacterial biofilms form on the foreign surgically implanted materials, leading to persistent inflammation, osteomyelitis and eventual osteolysis of the bone surrounding the implant, which ultimately results in implant loosening and failure. Here, a mouse model of an infected orthopaedic prosthetic implant was used that involved the surgical placement of a Kirschner-wire implant into an intramedullary canal in the femur in such a way that the end of the implant extended into the knee joint. In this model, LysEGFP mice, a mouse strain that has EGFP-fluorescent neutrophils, were employed in conjunction with a bioluminescent Staphylococcus aureus strain, which naturally emits light. The bacteria were inoculated into the knee joints of the mice prior to closing the surgical site. In vivo bioluminescent and fluorescent imaging was used to quantify the bacterial burden and neutrophil inflammatory response, respectively. In addition, &#956;CT imaging was performed on the same mice so that the 3D location of the bioluminescent and fluorescent optical signals could be co-registered with the anatomical &#956;CT images. To quantify the changes in the bone over time, the outer bone volume of the distal femurs were measured at specific time points using a semi-automated contour based segmentation process. Taken together, the combination of in vivo bioluminescent/fluorescent imaging with &#956;CT imaging may be especially useful for the noninvasive monitoring of the infection, inflammatory response and anatomical changes in bone over time.

Combined In vivo Optical and  &#181;CT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice

Combined optical and &#956;CT imaging in a mouse model of orthopaedic implant infection, utilizing a bioluminescent engineered strain of Staphylococcus aureus, provided the capability to noninvasively and longitudinally monitor the dynamics of the bacterial infection, as well as the corresponding inflammatory response and anatomical changes in the bone.

Kombiniert<em&gt; In-vivo-</em&gt; Optische und μCT Imaging-Infektion, Entzündung und Knochenanatomie in einem Orthopädie Implantat-Infektion in Mäuse Monitor

Multimodality imaging has emerged as a common technological approach used in both preclinical and clinical research. Advanced techniques that combine in ...

Imaging Neutrophils and Monocytes in Mesenteric Veins by Intravital Microscopy on Anaesthetized Mice in Real Time

Efficient immune response is dependent on rapid mobilization of blood leukocytes to the site of infection or injury. Investigating leukocyte migration in vivo is crucial for understanding the molecular basis of leukocyte transendothelial migration and interaction with vascular endothelium. One powerful approach involves intravital microscopy on transgenic mice expressing fluorescent proteins in cells of interest.
Here we present a protocol for imaging monocytes and neutrophils in the CX3CR1gfp/wt mouse i.v. injected with orange dye-labeled neutrophils with an inverted confocal microscope. Time-lapse movies gathered from 30 min&#160;to several hours of imaging allow the analysis of leukocyte behavior in mesenteric veins under both steady state and inflammatory conditions. We also describe the steps to locally induce blood vessel inflammation with TLR2/TLR1 agonist Pam3SK4 and monitor the subsequent recruitment of neutrophils and monocytes.
The presented technique can also be used to monitor other populations of leukocytes and investigate molecules implicated in leukocyte recruitment or trafficking using other stimuli or transgenic mice.

We detail a protocol to monitor the behavior of neutrophils and monocytes in mesenteric veins under steady state and inflammatory conditions using intravital confocal microscopy on anaesthetized mice.

Abbilden Neutrophilen und Monozyten in Mesenterialvenen von Intravitalmikroskopie an narkotisierten Ratten in Echtzeit

Efficient immune response is dependent on rapid mobilization of blood leukocytes to the site of infection or injury. Investigating leukocyte migration in ...

Non-invasive In Vivo Fluorescence Optical Imaging of Inflammatory MMP Activity Using an Activatable Fluorescent Imaging Agent

This paper describes a non-invasive method for imaging matrix metalloproteinases (MMP)-activity by an activatable fluorescent probe, via in vivo fluorescence optical imaging (OI), in two different mouse models of inflammation: a rheumatoid arthritis (RA) and a contact hypersensitivity reaction (CHR) model. Light with a wavelength in the near infrared (NIR) window (650 - 950 nm) allows a deeper tissue penetration and minimal signal absorption compared to wavelengths below 650 nm. The major advantages using fluorescence OI is that it is cheap, fast and easy to implement in different animal models.
Activatable fluorescent probes are optically silent in their inactivated states, but become highly fluorescent when activated by a protease. Activated MMPs lead to tissue destruction and play an important role for disease progression in delayed-type hypersensitivity reactions (DTHRs) such as RA and CHR. Furthermore, MMPs are the key proteases for cartilage and bone degradation and are induced by macrophages, fibroblasts and chondrocytes in response to pro-inflammatory cytokines. Here we use a probe that is activated by the key MMPs like MMP-2, -3, -9 and -13 and describe an imaging protocol for near infrared fluorescence OI of MMP activity in RA and control mice 6 days after disease induction as well as in mice with acute (1x challenge) and chronic (5x challenge) CHR on the right ear compared to healthy ears.

Non-invasive In Vivo Fluorescence Optical Imaging of Inflammatory MMP Activity Using an Activatable Fluorescent Imaging Agent

This paper explains the application of fluorescent imaging using an activatable optical imaging probe to visualize the in vivo activity of key matrix metalloproteinases in two different experimental models of inflammation.

Nicht-invasiv<em&gt; In vivo</em&gt; Fluoreszenzoptische Bildgebung der entzündlichen MMP-Aktivität unter Verwendung eines aktivierbaren Fluoreszenzbildgebers

This paper describes a non-invasive method for imaging matrix metalloproteinases (MMP)-activity by an activatable fluorescent probe, via in vivo ...

In Vitro Phagocytosis of Myelin Debris by Bone Marrow-Derived Macrophages

Bone marrow-derived macrophages (BMDMs) are mature leukocytes that serve a critical physiological role as professional phagocytes capable of clearing a variety of particles. Normally, BMDMs are restricted from the central nervous system (CNS), but following an injury, they can readily infiltrate. Once within the injured CNS tissue, BMDMs are the primary cell type responsible for the clearance of injury-derived cellular debris, including large quantities of lipid rich myelin debris. The neuropathological ramifications of BMDM infiltration and myelin debris phagocytosis within the CNS are complex and not well understood. The protocols described here, allow for the direct in vitro study of BMDMs in the context of CNS injury. We cover murine BMDM isolation and culture, myelin debris preparation, and assays to assess BMDM myelin debris phagocytosis. These techniques produce robust quantifiable results without the need for significant specialized equipment or materials, yet can be easily customized to meet the needs of researchers.

In Vitro Phagocytosis of Myelin Debris by Bone Marrow-Derived Macrophages

We present methods to assess the phagocytic capacity of primary murine bone marrow-derived macrophages using fluorescently labeled myelin debris and intracellular lipid droplet staining.

In-vitro- Phagozytose von Myelin Schutt durch Knochenmark stammenden Makrophagen

Bone marrow-derived macrophages (BMDMs) are mature leukocytes that serve a critical physiological role as professional phagocytes capable of clearing a ...

Neurowissenschaften

Fluorescence-mediated Tomography for the Detection and Quantification of Macrophage-related Murine Intestinal Inflammation

Murine models of disease are indispensable to scientific research. However, many diagnostic tools such as endoscopy or tomographic imaging are not routinely employed in animal models. Conventional experimental readouts often rely on post mortem and ex vivo analyses, which prevent intra-individual follow-up examinations and increase the number of study animals needed. Fluorescence-mediated tomography enables the non-invasive, repetitive, quantitative, three-dimensional assessment of fluorescent probes. It is highly sensitive and permits the use of molecular makers, which allows for the specific detection and characterization of distinct molecular targets. In particular, targeted probes represent an innovative tool for analyzing gene activation and protein expression in inflammation, autoimmune disease, infection, vascular disease, cell migration, tumorigenesis, etc. In this article, we provide step-by-step instructions on this sophisticated imaging technology for the in vivo detection and characterization of inflammation (i.e., F4/80-positive macrophage infiltration) in a widely used murine model of intestinal inflammation. This technique might also be used in other research areas, such as immune cell or stem cell tracking.

Target-specific probes represent an innovative tool for analyzing molecular mechanisms, such as protein expression in various types of disease (e.g., inflammation, infection, and tumorigenesis). In this study, we describe a quantitative three-dimensional tomographic assessment of intestinal macrophage infiltration in a murine model of colitis using F4/80-specific fluorescence-mediated tomography.

Fluoreszenz-vermittelten Tomographie für die Erkennung und Quantifizierung von murinen Makrophagen bedingte Darmentzündung

Murine models of disease are indispensable to scientific research. However, many diagnostic tools such as endoscopy or tomographic imaging are not ...

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The amount of the different tissues in the callus provides important information on the fracture healing progress. Available in vivo techniques to longitudinally monitor the callus tissue development in preclinical fracture-healing studies using small animals include digital radiography and &#181;CT imaging. However, both techniques are only able to distinguish between mineralized and non-mineralized tissue. Consequently, it is impossible to discriminate cartilage from fibrous tissue. In contrast, magnetic resonance imaging (MRI) visualizes anatomical structures based on their water content and might therefore be able to noninvasively identify soft tissue and cartilage in the fracture callus. Here, we report the use of an MRI-compatible external fixator for the mouse femur to allow MRI scans during bone regeneration in mice. The experiments demonstrated that the fixator and a custom-made mounting device allow repetitive MRI scans, thus enabling longitudinal analysis of fracture-callus tissue development.

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

The evaluation of tissue development in the fracture callus during endochondral bone healing is essential to monitor the healing process. Here, we report the use of a magnetic resonance imaging (MRI)-compatible external fixator for the mouse femur to allow MRI scans during bone regeneration in mice.

In Vivo Bewertung der Fraktur Kallus Entwicklung während der Knochenheilung bei Mäusen mit einem MRI-kompatiblen Osteosynthese Gerät für Maus Femur

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The ...

In-vivo-Bildgebung mit MR Makrophagen gezielte Kontrastmittel für die Längs-Auswertung der septische Arthritis

Zusammenfassung

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