עבודה זו נתמכה על ידי המענקים הבאים (DaSilva AF): המכון לאומי לבריאות - מכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ - K23 NS062946, המוח של דנה הקרן וחיסוני-Imaging פרס, וקרן מחקר למחקר גרנט פרס המיגרנה. המחברים מודים טכנולוגים PET המרכז לרפואה גרעינית (ג&#39;יל מ &#39;Rothley, אדוארד ג&#39;מק&#39; קנה, אנדרו ר Weeden, פול Kison, וקייטלין הנדריקס) ואנשים של ה-MRI מעבדה פונקציונלית (סקוט אלקטריים וקית&#39; ניוהאם). ד&quot;ר אלכסנדר DaSilva, החוקר הראשי, היה לו גישה מלאה לכל הנתונים במחקר, ולוקח אחריות על שלמות הנתונים והדיוק של ניתוח נתונים. המחברים מצהירים שום ניגודי עניינים הקשורים למחקר זה.

המחקר צריך להיות מאושר על ידי דירקטוריון סקירה המוסדית המקומי, ועל ידי ועדת מחקר תרופות רדיואקטיבי. נושא המחקר נותן כתב הסכמה מדעת להשתתפות במחקר. הפרוטוקול מחולק לשלושה שלבים כרונולוגיים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מושב ה-MRI </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפגש PET בשלב ictal (כאב הראש) של מיגרנה </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפגש PET בשלב interictal (לא כאב ראש) של מיגרנה </li></ol> המטופל הוא אחראי למילוי יומן כאבי ראש, ומאשר עם קבוצת מחקר ההתרחשות של התקף מיגרנה ביום פגישת הדמיה. שניהם, interictal וictal, צריכה להיות מתוזמנת סריקות PET במהלך שלבים נפרדים האמצע מאוחר זקיקים של המטופל (5 10 ימים לאחר היום הראשון של דימום וסת), אשר במקרה זה היה במעקב ומחושבים מראש על ידי רופא נשים עם מומחיות בתחום (שנים). 1. MRI מושב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מראשקילוף לניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הכנת הנושא עבור הסריקה, יש צורך לעקוב אחר הוראות בטיחות נאותות עקב השדה המגנטי של סורק MR. כל אנשי המחקר חייבים להיות לפני שנכנסתי לחדר הליך MR ללא מתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק עותק של טופס הסכמה מדעת, שנחתם בעבר על ידי מתנדב המחקר במהלך סינון ראשוני, לטכנולוג MR. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת נושא עבור הסריקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביום של ה-MRI, לשאול את נושא המחקר כדי למלא טופס הקרנת בטיחות ה-MRI. טופס זה נדרש עבור כל MRI שנערך באוניברסיטת מישיגן - המעבדה fMRI. השאלון מחזק כי הנושא הוא גם נטולת מתכת ואין לו מצב רפואי הדורש שיקול דעת מעמיקה ומיוחדת (למשל, שברים זרים מתכתיים, מכשיר מכאני / חשמלי מושתל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרגיע כי המשתתף מבין את MR הליך, סיכונים ויתרונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Delivאה השלים טופס הקרנה לטכנולוג MR שיהיה סיוע בהליך. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש סריקת MRI אנטומיים T1-משוקלל בשלב interictal עבור המטופל על סורק 3 טסלה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפרמטרי הרצף הבאים לרכישת ה-MRI: <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> א הצירי מפונק שיפוע נזכר רכישת 3D (SPGR) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב רוחב פס = 15.63 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זמן ג חזרה [TR] = 9.2 msec </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זמן ד אקו [TE] = 1.9 msec </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> msec 500 הכנת התאוששות א היפוך </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זווית פליפ פ = 15 ° </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ג 25/26 FOV </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ח מספר העירורים [NEX] = 1 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 144 פרוסות רציפות I. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עובי פרוס 1.0 מ&quot;מ J. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ק 256 x 256 מטריצה </li></ul></li></ol></li></ol> 2. Ictal PET מושב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנות לקראת הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני שאישרתי את הסריקה בבית החולים האוניברסיטאי, פנה בנושא כדי לוודא שבphASE של המחזור היא תהיה ביום הסריקה. מומלץ לבצע סריקת PET בשלב האמצע מאוחר זקיקים (5-10 ימים הבאים תחילת דימום וסת). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגיש בקשה לבית החולים כדי לייצר carfentanil [11 C], radiotracer קצר חיים עם זיקה סלקטיבית לקולטניים μ-אופיואידים, באמצעות מאיץ חלקיקים באזור הסריקה. נותב חייב להיות מיוצר 2 שעות לפני הבדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביום סריקת PET ictal הפוטנציאלית, פנה שעות 2 הנושא לפני מינויו כדי לאשר את קיומו של התקף מיגרנה ספונטני. אם התקף מיגרנה קיים, לאמת את אבחנת המיגרנה בעקבות הסיווג הבינלאומי להפרעות כאב ראש. לאחר אבחון, מבטיח כי המשתתף הוא מסוגל לקבל בשלום לבית החולים כדי לעבור את הסריקה. לספק תחבורה אם הנושא הוא לא נהיגה נוחה או אם לא נהג מיועד הוא זמין. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת סוbject לסריקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר משתתף מגיע לבית החולים, ללוות אותה לחבילת PET לולידציה חוזרת של אבחון המבוססת על הסיווג הבינלאומי להפרעות כאב ראש. לפני הסריקה, לבצע בדיקת סמים בשתן כדי לוודא שהנושא לא עשה הצריכה כל חומר שעלולה ליצור אינטראקציה עם carfentanil נותב [11 C], ואחרי בדיקת הריון בשתן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאשרים מחדש כי המשתתף מבין את הליך PET, סיכונים ויתרונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק עותק של טופס הסכמה מדעת, שנחתם בעבר על ידי מתנדב המחקר במהלך הסינון הראשוני, לטכנולוג הרפואה הגרעינית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות הדרכתו של טכנולוג הרפואה הגרעינית, לעזור בנושא להתיישב לתוך הסורק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> האם הנושא יעבור סריקת PET 90 1 דקות באמצעות משאבי אנוש סימנס + סורק במצב 3D (יש תמונות משוחזרות ברוחב מלא במחצית המרבית (רזולוציה FWHM) של ~ מ&quot;מ 5.5 מ&quot;מ במטוס ו5.0 axially). </li> &lt;li&gt; לכל מנת carfentanil [11 C] (555 MBq ≤ 0.03 מיקרוגרם / קילוגרם), לנהל חמישים אחוזים כמו בולוס עם שאר חדור ברציפות במהלך הסריקה כדי להשיג רמות נותב מצב יציב כ 35 דקות לאחר מתן נותב . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפגש PET Interictal. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 2.2-2.6 בשלב שאינו כאב ראש. </li></ol></li></ol> 3. PET נתונים שיקום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשחזר תמונות חיות מחמד באמצעות אלגוריתמים אינטראקטיביים לתוך מטריצת פיקסל 128 x 128 בשדה קוטר 28.8 סנטימטר ראייה (FOV). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש 21 מסגרות תמונה ושיתוף מרשם אחד לשני כדי לתקן את תנועה במהלך הסריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג שידור 6 דקות (מקור 68Ge) סריקה לפני סריקת PET לצורך תיקון הנחתה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להמיר את נתוני תמונה הדינמיים עבור כל סריקה על בסיס voxel-by-voxel לשני סטים של תמונות פרמטרית (10-40 דקות): <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באמצעי תחבורה נותב (K1 רטיo) לנהלי coregistration ונורמליזציה; ו - </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במידה הקשורות להקולט, BP ND, פרופורציונלית לBmax (ריכוז רצפטור) לחלק ידי Kd (זיקת קולטן). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעריך אמצעים אלה באמצעות הניתוח הגרפי לוגן מבוסס אזור התייחסות עם הקליפה העורפית של אזור ההתייחסות 12. </li></ol> 4. PET ניתוח נתונים הערה: מבחינה אנטומית לתקן תמונות לתוך חלל תבנית באמצעות תוכנה סטטיסטי מיפוי פרמטרית (SPM8) בעקבות הרצף להלן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיתוף לרשום את סריקת MR וסריקות K1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנרמל את סריקת MR למוח תבנית מונטריאול נוירולוגית המכון (משרד תשתיות) באמצעות DARTEL. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להחיל את מטריצת עיוות שנוצרה לתמונות חיות מחמד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שיתוף רישום ודיוק נורמליזציה על ידי השוואת תמונות MR וPET הפכו לתבנית אטלס משרד התשתיות הלאומית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח אזור של העניין (ROI). </li&gt; </ol> לבחון את הפעילות של כמה אזורים בין שתי המדינות העוסקים בעיבוד של כאב, ובכלל זה: <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> א Anterior / המדיאלי / cingulate האחורי </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב Insula </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ג ההיפוקמפוס </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ד האמיגדלה </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראש ה caudate / גוף </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> האקומבנס פ הגרעין </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ג putamen </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> H. רוחב / pallidus גלובוס המדיאלי </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרעיני I. תלמוס (קדמי הגחון, לרוחב / המדיאלי אחורי הגחון, אחורי לרוחב, קו האמצע, לרוחב גב / המדיאלי) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חומר אפור ג&#39;Periaqueductal (PAG) </li></ul><ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר MarsBaR (בחלל סטנדרטי לכל אחד מהאזורים אלה, למעט PAG ליצור את ההחזר על ההשקעה PAG על ידי הנחת כדור 3 מ&quot;מ בקואורדינטות: ימין: 4, -28, -6; ושמאל:. -2, -28 , -6. מיקום PAG זה הראה בעבר שיש שינויי diffusional וקישוריות בחולי מיגרנה, בהשוואה לנבדקים בריאים 13,14. הערה: מחקרי מבחן חוזר עם [11 C] Carfentanil להראות שחזור של צעדי BP ND של גם פחות מ -10%, עם רוב האזורים בקליפת המוח להיות 3 - 5% 15. המקדמים הגדולים ביותר של וריאציה (CoV = Std.Dev. / ממוצע) הם נצפו בדרך כלל באזורים עם מחייב הנמוך ביותר, עם זאת, גם באזורים בקליפת המוח עם הנמוך ביותר מחייב BP ND CoV של היו ~ 0.5. לפיכך, שינויים באחוז ההחזר על ההשקעה μOR BP ND בין הסריקות נחשבים כמשמעותיים כאשר מעל 10% בלבד. </li></ol> 5. 3D-Neuronavigation <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתכונן לחווית 3D-IIN <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ארגן את הנתונים שסופקו בפורמט נתונים נפחית NIfTI כערימה של תמונות עם רמות צפיפות וההפעלה המוגדרות כ16 קצת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש להרכיב משקפיים LCD תריס פעילים כדי לאפשר זמן אפקט 3D סטריאוסקופית רציף. המשקפיים התריס פועלים באמצעות החסימה של עין אחת בעוד שהתמונה לעיניים האחרות מוצגת על מסך. התהליך לאחר מכן חוזר לעיניים האחרות. shutteri זההשפעת ng מתרחשת ב110 הרץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בג&#39;ויסטיק לאינטראקציות עם הסימולציה לאחר שהורה על השימוש בו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תלבושת המשקפיים התריס וג&#39;ויסטיק עם סמנים רעיוני כדי לאפשר מעקב 6DOF מדויק של העצמים במרחב באמצעות מערכת לכידת תנועת Vicon. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג Aubject הפעלת נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בקבצי XML תצורה להגדיר מיפויי צבע של רמות צפיפות וההפעלה, שנטענו בעת היישום מתחיל ומשותף עם כל אחד ממחשבים באשכול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש תאי נפח 3 ממדים מNIfTIdata סיפק נקבע בדרך של פונקציות הטעינה הפנימיות של וריד הצוואר ו&quot; Niftilib &quot;ספריית תוכנות קוד פתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שתף וכתוצאה מכך תאי נפח עם כל מחשב באשכול כדי לשפר את המהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפרש תאי נפחית ידי Shader OpenGL (GLSL) שמקיים מצעדי ray ומוצגות של voxels עם צבעים ושקפים שהוגדרו על ידי השינויקבצי תצורת XML מיפוי הצבע שיתפו בעבר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג את המיקום באמצעות מערכת Vicon ולהשתמש בזה כדי לעדכן את נקודות מבט מצוירות של נתוני נפח בכל מסך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא אינטראקציות ולהשתמש בם כדי להתאים באופן דינמי ולחתוך מטוסים באמצעות נתונים כדי לנווט במרחב הווירטואלי. </li></ol> 6. 3D-Immersive &amp; האינטראקטיבי Neuronavigation (3D-IIN) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתוני הפעלת נושא החנות בפורמט נתונים NIfTI, סוג נתוני נפח שמתפרש באמצעות ספריית Niftilib. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג אינטראקציות ומיקום באמצעות מערכת מעקב Vicon, התקן ג&#39;ויסטיק, וקלט המחוות. השתמש במידע זה כדי להבטיח את התמונה המוצגות מייצגת את נקודת המבט הנכונה, המאפשרת חקר של ערכת הנתונים בזמן אמת, ומאפשר שליטה דינמית לתקופה של עד 3 מטוסי חיתוך שרירותיים באמצעות תנועות מוכרות וערכות שליטה (איור 1). </li></ol>

<ol>
	<li>Stewart, W. F., Shechter, A., Rasmussen, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Migraine+prevalence.+A+review+of+population-based+studies.">Migraine prevalence. A review of population-based studies.</a> Neurology. 44, (1994).</li><li>Lipton, R. B., Silberstein, S. D., Stewart, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+update+on+the+epidemiology+of+migraine.">An update on the epidemiology of migraine.</a> Headache. 34, 319-328 (1994).</li><li>Lipton, R. B., Bigal, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Migraine:+epidemiology,+impact,+and+risk+factors+for+progression.">Migraine: epidemiology, impact, and risk factors for progression.</a> Headache. , (2005).</li><li>Hu, X. H., Markson, L. E., Lipton, R. B., Stewart, W. F., Berger, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Burden+of+migraine+in+the+United+States:+disability+and+economic+costs.+Arch+Intern+Med.">Burden of migraine in the United States: disability and economic costs. Arch Intern Med.</a> Arch Intern Med. 159, 813-818 (1999).</li><li>Lipton, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutaneous+allodynia+in+the+migraine+population.">Cutaneous allodynia in the migraine population.</a> Ann Neurol. 63, 148-158 (2008).</li><li>Fields, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+how+opioids+contribute+to+reward+and+analgesia.">Understanding how opioids contribute to reward and analgesia.</a> Reg Anesth Pain Med. 32, 242-246 (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opioid+Therapy+for+Migraine.">Opioid Therapy for Migraine.</a> Headache: The Journal of Head and Face Pain. 47, 1371-1372 (2007).</li><li>Menon, 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=The+human+mu-opioid+receptor+gene+polymorphism+(A118G)+is+associated+with+head+pain+severity+in+a+clinical+cohort+of+female+migraine+with+aura+patients.">The human mu-opioid receptor gene polymorphism (A118G) is associated with head pain severity in a clinical cohort of female migraine with aura patients.</a> The journal of headache and pain. 13, 513-519 (2012).</li><li>Drinovac, V., Bach-Rojecky, L., Matak, I., Lackovic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Involvement+of+mu-opioid+receptors+in+antinociceptive+action+of+botulinum+toxin+type+A.">Involvement of mu-opioid receptors in antinociceptive action of botulinum toxin type A.</a> Neuropharmacology. 70, 331-337 (2013).</li><li>Lipton, R. B., Bigal, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opioid+therapy+and+headache:+a+cause+and+a+cure.">Opioid therapy and headache: a cause and a cure.</a> Neurology. 62, 1662-1663 (2004).</li><li>Harris, R. E., 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=Decreased+central+mu-opioid+receptor+availability+in+fibromyalgia.">Decreased central mu-opioid receptor availability in fibromyalgia.</a> J Neurosci. 27, 10000-10006 (2007).</li><li>Logan, J., 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=Distribution+volume+ratios+without+blood+sampling+from+graphical+analysis+of+PET+data.">Distribution volume ratios without blood sampling from graphical analysis of PET data.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 16, 834-840 (1996).</li><li>Mainero, C., Boshyan, J., Hadjikhani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+functional+magnetic+resonance+imaging+resting-state+connectivity+in+periaqueductal+gray+networks+in+migraine.">Altered functional magnetic resonance imaging resting-state connectivity in periaqueductal gray networks in migraine.</a> Ann Neurol. 70, 838-845 (2011).</li><li>DaSilva, A. F., 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=Interictal+alterations+of+the+trigeminal+somatosensory+pathway+and+periaqueductal+gray+matter+in+migraine.">Interictal alterations of the trigeminal somatosensory pathway and periaqueductal gray matter in migraine.</a> Neuroreport. 18, 301-305 (2007).</li><li>Hirvonen, J., 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=Measurement+of+central+mu-opioid+receptor+binding+in+vivo+with+PET+and+[11C]carfentanil:+a+test-retest+study+in+healthy+subjects.">Measurement of central mu-opioid receptor binding in vivo with PET and [11C]carfentanil: a test-retest study in healthy subjects.</a> European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 36, 275-286 (2009).</li><li>Cao, Y., Aurora, S. K., Nagesh, V., Patel, S. C., Welch, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI-BOLD+of+brainstem+structures+during+visually+triggered+migraine.">Functional MRI-BOLD of brainstem structures during visually triggered migraine.</a> Neurology. 59, 72-78 (2002).</li><li>Afridi, S. K., 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=A+PET+study+exploring+the+laterality+of+brainstem+activation+in+migraine+using+glyceryl+trinitrate.">A PET study exploring the laterality of brainstem activation in migraine using glyceryl trinitrate.</a> Brain. 128, 932-939 (2005).</li><li>Moulton, E. A., 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=Painful+heat+reveals+hyperexcitability+of+the+temporal+pole+in+interictal+and+ictal+migraine+States.">Painful heat reveals hyperexcitability of the temporal pole in interictal and ictal migraine States.</a> Cereb Cortex. 21, 435-448 (2011).</li><li>Burstein, 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=Thalamic+sensitization+transforms+localized+pain+into+widespread+allodynia.">Thalamic sensitization transforms localized pain into widespread allodynia.</a> Ann Neurol. 68, 81-91 (2010).</li><li>Denuelle, 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=A+PET+study+of+photophobia+during+spontaneous+migraine+attacks.">A PET study of photophobia during spontaneous migraine attacks.</a> Neurology. 76, 213-218 (2011).</li><li>Denuelle, M., Fabre, N., Payoux, P., Chollet, F., Geraud, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothalamic+activation+in+spontaneous+migraine+attacks.">Hypothalamic activation in spontaneous migraine attacks.</a> Headache. 47, 1418-1426 (2007).</li><li>Weiller, C., 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=Brain+stem+activation+in+spontaneous+human+migraine+attacks.">Brain stem activation in spontaneous human migraine attacks.</a> Nat Med. 1, 658-660 (1995).</li><li>Williamson, D. J., 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=Role+of+opioid+receptors+in+neurogenic+dural+vasodilation+and+sensitization+of+trigeminal+neurones+in+anaesthetized+rats.">Role of opioid receptors in neurogenic dural vasodilation and sensitization of trigeminal neurones in anaesthetized rats.</a> Br J Pharmacol. 133, 807-814 (2001).</li><li>Zubieta, J. K., 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=Regional+mu+opioid+receptor+regulation+of+sensory+and+affective+dimensions+of+pain.">Regional mu opioid receptor regulation of sensory and affective dimensions of pain.</a> Science. 293, 311-315 (2001).</li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

במקרה דוח זה, נתוני הדמייה מיגרנה בפועל שנחקרו בפעם הראשונה, במציאות באופן מלא immersive 3D וירטואלי, אשר הדגימה ירידה בזמינות קולטן μ-אופיואידים (μOR BP ND). ירידות בμOR BP ND רומזות שיש תפוסה גבוהה יותר ו / או אובדן של קולטני μ-אופיואידים במערכת העצבים המרכזית. ירידות חריפות בμOR BP ND באזורי כאב מטריקס במהלך סריקת ictal בהשוואה לסריקה interictal, צפויות להתרחש כתוצאה מהשחרור של חומרים דמויים אופיום אנדוגני אינטראקציה עם μORs כתגובה הרגולטורית לכאב המתמשך, מה שהופך פחות μORs נגיש לradiotracer. החידוש של מחקר הדמייה ictal מיגרנה טמון בגישת neuronavigation 3D החדשה לחקור נתונים המוח בפועל של חולה במציאות וירטואלית. טכנולוגית radiotracer PET שימשה למדידת שינויים בμORsזמינה עם carfentanil [11 C]. כאשר נבדקו במהלך אירוע כאב הראש, את מוחם של מיגרנות הם בדרך כלל סריקה הבאה הדק התקפה (למשל., Trinitrate glyceryl, photostimulation) 16,17, או על פי הדרישה הטכנית של ספציפי עורר גירוי (למשל., כאב, מברשת, אור , וריח) 18-20. כל מחקרים אלה מאששים את הידיעה שההפרעה קשורה לרגשנות יתר בקליפת המוח וקורטיקליים בשלב כאב הראש. עם זאת, שפע כזה של גירויים בפרוטוקולים הדמייה מציג גורמים רבים שמערפלים את הבנתנו את השפעתו הבלעדית של התקף מיגרנה חריף על מערכת העצבים המרכזית שלנו. מהמחקרים תפקודיים הקודמים כמה ללא הנוכחות של גירוי חיצוני, יש אינדיקציה של זרימה מוחית אזורית מוגברת בתחומים כגון קליפת cingulate, ההיפותלמוס, וגזע המוח 21, שיכול להימשך גם לאחר טיפול אקוטי 22. עד כה, טכנולוגיות הדמייה מיושמות לא אפשרו לאפיון המולקולרי של תהליכי הנוירוטרנסמיטר / קולטן המעורב בהתקף המיגרנה, כגון מנגנון μ-אופיואידים אנדוגניים, אחד משאבים החשובים ביותר לשיכוך כאבים במוח. יתר על כן, השיטה שלנו אפשרה את התהליכים האלה כדי להיחקר באמצעות neuronavigation 3D בסביבה וירטואלית. מערכת ויסות כאב יורד היא רשת מורכבת המווסתת את עיבוד כאב במידה רבה באמצעות קולטני μ-אופיואידים בכל רחבי המוח, כולל בעמוד השדרה לאזורים הנ&quot;ל, בעמוד השדרה. אזורים אלה ידועים להיות מעורבים באנטי nociception, שיכוך כאבים שנגרם עקב מתח אנדוגני, ובפעולה של תרופות אופיואידים משמשים בדרך כלל לכאב כרוני וטיפול במיגרנה. למעשה, התרחבות נוירוגנית dural קשורים מיגרנה יכולה להיות מעוכבת על ידי מורפיום ולאחר מכן התהפכה על ידי נלוקסון אנטגוניסט אופיואידים, מצביעה על כך שההשפעות של מורפין על נוירוגניתדלקת מתווכת במיוחד באמצעות הפעלה של קולטני μ-אופיואידים 23. מעניין, את סדר הגודל של הפעלות האזוריות אופיואידים / μORs אנדוגני בבני האדם קשור ליכולתו של הפרט כדי לדכא אלמנטים חושיים ורגשיים של חווית כאב 24. במחקר שלנו, האזורים במוח שהראו ירידה בזמינותם קולטן μ-אופיואידים בשלב ictal אחראים לשני האלמנטים של ניסיון מיגרנה והאפנון שלה. הם ACC, התלמוס, גרעיני בסיס (לדוגמא., NAcc), ההיפוקמפוס, וPAG. בנוסף לרגישות בשל תנועה מביא trigeminal נורמלי, השערה אחת מוצקה לפתופיזיולוגיה מיגרנה היא תפקוד לקוי של מערכת הוויסות. במקרה זה, תחזיות מ / אל מבני גזע המוח, כגון PAG, שבם יש ביטוי גבוה של קולטנים אופיואידים, היינו לא יעילה לייצר האפקט אנטי nociceptive על ASCEnding עצב סנסורי. בנוסף, מבנים בקליפת המוח גבוהים יותר אחרים להשתתף במנגנון כאב ויסות לקוי זה במיגרנה. לימוד מנוחת מדינת interictal האחרון דיווח על שינויים בקישוריות של מיגרנות לעומת נבדקים בריאים בPAG ventrolateral ורוב (המשנה) מבנים בקליפת המוח במערכת ויסות הכאב ומתואם אלה עם התדירות של התקפי כאבי ראש 13. האזורים עם קישוריות שינויים שנמצאו במחקר זה הם זהים לאלה עם שינויים בμOR BP ND מצאו במחקר שלנו. אותו מיקום PAG דווח במקור כמקיף neuroplasticity microstructural במיגרנות 14, וכאן הייתה ירידה ניכרת בμOR BP ND במהלך ההתקפה. מחקרים נוספים עם קבוצות גדולות יותר נדרשים כדי לאשר ולהרחיב את הממצאים שהוצגו בדו&quot;ח במקרה זה. כך, למשל, אינה ידוע כרגע מדוע המערכת אינה מגיבה כראוילשימוש לטווח הארוך של אופיואידים אקסוגניים בתדירות שנקבעו במרפאות מיגרנה. עם זאת, המחקר שלנו מספק מידע מכניסטית חשוב, על ההשפעה של מיגרנה במערכת μ-אופיואידים, ומשתמש 3D רומן סוחף וגישת neuronavigation האינטראקטיבי (3D-IIN) בפעם הראשונה. בעתיד, שיטת 3D גישוש זה יכול לספק הרבה יותר immersive ואינטראקטיבי נקודת מבט לבחינת מוחם של חולים במחקר ובקליניקה.

מיגרנה היא הפרעת כאב trigeminal כרונית המשפיעה על כמעט 16% מהנשים ו -6% מהגברים בארצות הברית ובעולם 1-3. יש להם התקפי מיגרנה חוזרים ונשנים השפעה על חלק גדול מקיומו של החולה, דבר הפוגע באיכות חיים ובביצועים, בהיקף של מיליארדים דולרים בימי בית הספר / עבודה החמיצו ובריאות ניצול 4. במהלך התקפות כאב הראש המתישה, יש הסובלים שלה רגישות מוגברת בולטת לרעיל (hyperalgesia) ואפילו גירויי nonnoxious (אלודיניה) 5. המערכת העצבית μ-אופיואידים היא אחד ממנגנוני ויסות כאב אנדוגני העיקריים במוח שלנו. הוא מעורב בוויסות של תפיסת כאב ניסויית וקלינית, כמו גם בפעולת משכך כאבים של תרופות אופיואידים 6-9 אשר היה קשורה עם chronification של התקפי מיגרנה 10. ההתקדמות שחלה באחרונה בפליטת פוזיטרונים טומוgraphy (PET) מאפשרת הדמיה מולקולרית לחקר מנגנונים מולקולריים חשובים במוח של חולי כאב כרוניים in vivo 11. במחקר זה, למרות הלוגיסטיקה המאתגרת של סנכרון תלוי במזל ובמתיש אופי ההתקפות אפיזודי עם המורכבות של הגדרה של הפעלת PET / radiotracer, neuronavigation 3D היה בשימוש בפעם הראשונה לחקור זמינה μOR באזורי כאב מטריצה ​​המרכזיים של מטופל המוח במהלך מיגרנה ספונטנית. הצגת מקרה נקבת אסיה 36 בן שהשתתפה במחקר. היא הציגה עם היסטוריה 10 שנה של מיגרנה עם אאורה ויזואלית. מיגרנה ימנית צדדית-התרחשה בממוצע 12 ימים לחודש, בדרגה בינונית עד עוצמת כאב קשה, כי בדרך כלל תימשך 72 שעה (אם לא מטופל או מטופל ללא הצלחה). הייתה תדירות מוגברת של התקפות כאב ראש סביב המחזור החודשי שלה, אשרהיה דפוס קבוע לאורך כל תקופת המחקר. סימפטומים הקשורים כללו: בחילות, הקאות, פוטופוביה, וphonophobia. במהלך התקפות כאב הראש הרגילות שהיא לא הציגה כל סימפטומים אוטונומיים. כטיפול, שהיא טיפול בתסמיניה עם טיפול תרופתי כושל בלבד, שהיה מבוסס על תרופות נוגדות דלקת שאינן סטרואידים, ולא ניכרו שום סימנים של שימוש יתר בתרופות או צריכת אופיואידים. הבדיקה הקלינית במהלך ביקור ההקרנה הייתה חסרת ייחוד וללא הפרעות, וביקורת של מערכות הייתה בגבולות נורמלים. היא הייתה רווקה ללא ילדים, ולא היה שימוש בתרופות למניעת הריון.

3d-neuronavigation in vivo through a patient's brain during a spontaneous migraine headache

גוף הולך וגדל של מחקר, שנוצר בעיקר ממחקרים מבוססי MRI, מראה כי מיגרנה מופיעה להתרחש, ואולי לסבול, בשל השינוי של תהליכים עצביים ספציפיים במערכת העצבים המרכזית. עם זאת, מידע שחסר בהשפעה המולקולרית של שינויים אלה, במיוחד במערכת אופיואידים אנדוגניים במהלך מיגרנה, וneuronavigation דרך שינויים אלה לא נעשה. מחקר זה נועד לחקור, באמצעות 3D רומן סוחף וגישת neuronavigation האינטראקטיבי (3D-IIN), שידור μ-אופיואידים אנדוגניים במוח בזמן התקף מיגרנה in vivo. זה הוא ללא ספק אחד neuromechanisms המרכזי ביותר הקשורים לויסות כאב, המשפיע על אלמנטים רבים של ניסיון כאב ושיכוך כאבים. נקבה בת 36, שכבר סובל ממיגרנה ל10 שנים, נסרקה בכאב הראש הטיפוסי (ictal) וnonheadache שלבי מיגרנה (interictal) באמצעות פוזיטרונים Emissיון פוזיטרונים (PET) עם carfentanil radiotracer סלקטיבית [11 C], אשר אפשר לנו למדוד זמינות קולטן μ-אופיואידים במוח (הפוטנציאל מחייב שאינו displaceable - μOR BP ND). Radiotracer קצרי החיים הופק על ידי מנגנון סינתזת הציקלוטרון וכימי בקמפוס הממוקם בסמיכות למתקן ההדמיה. שתי סריקות PET, interictal וictal, היו אמורים במהלך שלבי זקיקים נפרדים האמצע מאוחר של המחזור החודשי של המטופל. במהלך פגישת PET ictal התקף כאב הראש הספונטני שלה הגיע לרמות עוצמת חמורות; התקדמתי לבחילות והקאות בסוף פגישת הסריקה. היו הפחתות בμOR BP ND באזורי כאב הוויסות של מערכת μ-אופיואידים אנדוגניים בשלב ictal, כולל קליפת cingulate, גרעין הנסמך (NAcc), התלמוס (Thal), ומשנה periaqueductal האפור (PAG); המציין כי μORs כבר נכבשו על ידי אופיואידים אנדוגניים שוחררובתגובה לכאב המתמשך. למיטב ידיעתנו, זו הפעם הראשונה ששינויים בμOR BP ND במהלך התקף מיגרנה כבר neuronavigated באמצעות גישת 3D רומן. שיטה זו מאפשרת לחקר מחקר וחינוכי אינטראקטיבי של התקף מיגרנה בבסיס נתוני הדמייה של מטופל בפועל.

המטופל שהוצג לבית החולים עם כאב ראש זמני ועורפי תקין פועם, בעוצמה של 6 בסולם כאב 0-10. היא סבלתי מכאבי מיגרנה הטיפוסית שלה, עם זאת, ללא הילה. זה שיזם על התעוררות 5 שעות לפני הישיבה (ictal) PET, והיא הצליחה לסבול את זה ללא כל טיפול תרופתי כושל. למיטב ידיעתה, את כאב הראש לא עורר על ידי כל גורם מפעילה (למשל, אלכוהול, מניעת שינה). אין סימפטומים אוטונומיים דווחו, אבל פוטופוביה וphonophobia היו נוכחים. בעקבות חניכה של פגישת PET ictal את עוצמת כאב הראש הסלימה, להגיע לרמות חמורות (9 בסולם כאב 0-10) 60 דקות למחקר; התקדמתי לבחילות והקאות בסוף פגישת הסריקה. ירידה בμOR BP ND הייתה שם לב במוח של המטופל בעת כאב ראש המיגרנה הספונטני (שלב ictal), בהשוואה לתחילת המחקר (שלב interictal) (איור 2). יש לנומחדש הפחתת פטנט בμOR BP ND באזורים העיקריים כאב המטריצה ​​של מערכת μ-אופיואידים אנדוגניים, כוללים גרעיני התלמוס הבאים: גב ימין לרוחב (11, -19, -16: 10.2%), הגבי מדיאלי תקין (6, -17, -8: 11.1%), קו האמצע תקין (8, -19, -16: 27%), וקדמי הגחון (9, -9, -12: 12.0%). בנוסף, נמצאו שינויים בקדמיים הימני (8, 35, 14: 13.7%) והשאירו את קליפת cingulate אחורי (-5, -44, 23: 11.8%), גוף השמאלי caudate (-11, 6, 15: 12.0 %), Pallidus המדיאלי גלובוס (מימין: 16, -4, -3: 16.2%; שמאל: -14, -4, -3: 22.6%), גרעין האקומבנס עזב (-9, -11, -7: 10.5% ,) וההיפוקמפוס (מימין: 30, -22, -14: 12.6%; שמאל: -30, -22, -14: 11.5%). חל גידול בμOR BP ND רק באמיגדלה השמאל (-23, -4, -19: 11.7%). בגזע המוח, הפחתת ictal המשמעותית בμOR BP ND הוארכה ממקורית לזנב חומר אפור periaqueductal (PAG) (מימין: 4, -28, -6: 15.1%; שמאל: -2, -28, -6: 14.6 %) (איוריור 3). עם זאת, השינויים הגלובליים אחוז חצאי המוח בμOR BP ND במהלך התקף המיגרנה היו צנועים (מימין: 8.5%; שמאל: 8.29%), מצביעים על כך שהירידות בμOR BP ND היו ספציפיות למבני כאב המטריצה ​​במוח . <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1. מציאות מדומה מלאה 3D נתונים ניווט של מוח למיגרנה. בפעם הראשונה נתונים הדמייה מיגרנה בפועל נחקרו במציאות באופן מלא immersive 3D וירטואלי, הכוללת ניווט בלתי מוגבל באמצעות נתונים (על ידי סטודנטים, רופאים, וחוקרים) בנוגע לזמינות של קולטני μ-אופיואידים (μOR BP ND) במוח במהלך התקפת מיגרנה in vivo. <img alt="איור 2" fo: תוכן width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50682/50682fig2highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; .. איור 2 פרופיל מוח μ-אופיואידים של מיגרנה in vivo שלב ictal (בשורה תחתונה) - שלב כאב ראש - מראה ירידה בזמינות קולטן μ-אופיואידים (μOR BP ND) באזורי כאב המטריצה ​​(ערך סף, DV = 4.50). תוצאה זו אולי מייצגת עלייה בשחרור μ-אופיואידים אנדוגניים במהלך התקף המיגרנה, כתגובה הרגולטורית לכאב הראש החמור המתמשך. מילות מפתח: התלמוס (Thal), גרעין נסמך (NAC), וקליפת המוח קדמי סינגולר (ACC). <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> איור 3. מוח תיכון / פונס / לשד μ-אופיואידים זמינים קולטן בעת התקף מיגרנה in vivo. שלב ictal (מימיןטור) - שלב כאב ראש - מראה ירידה בזמינות קולט μ-אופיואידים לאורך החומר האפור periaqueductal (PAG) (ערך סף, DV = 4.50), בהשוואה לשלב interictal (בעמודה שמאלית) - שלב שאינו כאב הראש. מילות מפתח: PAG: r - מקורי; מ &#39;- מדיאלי; ג - הזנב.

Watch this Scientific Journal Video about 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache at JoVE.com

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

במחקר זה, החוקרים מדווחים בפעם הראשונה רומן 3D-Immersive &amp; האינטראקטיבי Neuronavigation (3D-IIN) דרך ההשפעה של התקף מיגרנה ספונטני במערכת μ-אופיואידים של המוח של מטופל בגוף חי.

3D-Neuronavigation<em&gt; בVivo</em&gt; דרך המוח של חולה במהלך מיגרנה ספונטנית

A growing body of research, generated primarily from MRI-based studies, shows that migraine appears to occur, and possibly endure, due to the alteration ...

3d-neuronavigation-vivo-through-patient-s-brain-during-spontaneous

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

17.9K Views.  University of Michigan School of Dentistry.  במחקר זה, החוקרים מדווחים בפעם הראשונה רומן 3D-Immersive & האינטראקטיבי Neuronavigation (3D-IIN) דרך ההשפעה של התקף מיגרנה ספונטני במערכת μ-אופיואידים של המוח של מטופל בגוף חי. 

Video: 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There is little knowledge about in situ, in vivo, tumor hypoxia during intracranial development of malignant brain tumors because of lack of efficient means to monitor it in these deep-seated orthotopic tumors. Bioluminescence imaging (BLI), based on the detection of light emitted by living cells expressing a luciferase gene, has been rapidly adopted for cancer research, in particular, to evaluate tumor growth or tumor size changes in response to treatment in preclinical animal studies. Moreover, by expressing a reporter gene under the control of a promoter sequence, the specific gene expression can be monitored non-invasively by BLI. Under hypoxic stress, signaling responses are mediated mainly via the hypoxia inducible factor-1&alpha; (HIF-1&alpha;) to drive transcription of various genes. Therefore, we have used a HIF-1&alpha; reporter construct, 5HRE-ODD-luc, stably transfected into human breast cancer MDA-MB231 cells (MDA-MB231/5HRE-ODD-luc). In vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay is performed by incubating the transfected cells in a hypoxic chamber (0.1% O2) for 24 hr before BLI, while the cells in normoxia (21% O2) serve as a control. Significantly higher photon flux observed for the cells under hypoxia suggests an increased HIF-1&alpha; binding to its promoter (HRE elements), as compared to those in normoxia. Cells are injected directly into the mouse brain to establish a breast cancer brain metastasis model. In vivo bioluminescence imaging of tumor hypoxia dynamics is initiated 2 wks after implantation and repeated once a week. BLI reveals increasing light signals from the brain as the tumor progresses, indicating increased intracranial tumor hypoxia. Histological and immunohistochemical studies are used to confirm the in vivo imaging results. Here, we will introduce approaches of in vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay, surgical establishment of a breast cancer brain metastasis in a nude mouse and application of in vivo bioluminescence imaging to monitor intracranial tumor hypoxia.

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

Bioluminescence imaging of hypoxia inducible factor-1&alpha; activity is applied to monitor intracranial tumor hypoxia development in a breast cancer brain metastasis mouse model.

בתחום ההדמיה vivo של פליטת אור Dynamics היפוקסיה גידול של גרורות סרטן השד המוח במודל של עכברים

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There ...

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate since the advent of in vivo bioluminescent imaging technologies 1-3. Indeed, the ability to locate and quantify tumor growth longitudinally in a single cohort of animals to completion of the study as opposed to sacrificing individual groups of animals at specific assay times has revolutionized how researchers investigate breast cancer metastasis. Unfortunately, current methodologies preclude the real-time assessment of critical changes that transpire in cell signaling systems as breast cancer cells (i) evolve within primary tumors, (ii) disseminate throughout the body, and (iii) reinitiate proliferative programs at sites of a metastatic lesion. However, recent advancements in bioluminescent imaging now make it possible to simultaneously quantify specific spatiotemporal changes in gene expression as a function of tumor development and metastatic progression via the use of dual substrate luminescence reactions. To do so, researchers take advantage for two light-producing luciferase enzymes isolated from the firefly (Photinus pyralis) and sea pansy (Renilla reniformis), both of which react to mutually exclusive substrates that previously facilitated their wide-spread use in in vitro cell-based reporter gene assays 4. Here we demonstrate the in vivo utility of these two enzymes such that one luminescence reaction specifically marks the size and location of a developing tumor, while the second luminescent reaction serves as a means to visualize the activation status of specific signaling systems during distinct stages of tumor and metastasis development. Thus, the objectives of this study are two-fold. First, we will describe the steps necessary to construct dual bioluminescent reporter cell lines, as well as those needed to facilitate their use in visualizing the spatiotemporal regulation of gene expression during specific steps of the metastatic cascade. Using the 4T1 model of breast cancer metastasis, we show that the in vivo activity of a synthetic Smad Binding Element (SBE) promoter was decreased dramatically in pulmonary metastasis as compared to that measured in the primary tumor 4-6. Recently, breast cancer metastasis was shown to be regulated by changes within the primary tumor microenvironment and reactive stroma, including those occurring in fibroblasts and infiltrating immune cells 7-9. Thus, our second objective will be to demonstrate the utility of dual bioluminescent techniques in monitoring the growth and localization of two unique cell populations harbored within a single animal during breast cancer growth and metastasis.

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Herein we describe the methods to construct, visualize, and quantify the bioluminescent reactions of both firefly and renilla luciferase enzymes expressed in metastatic breast cancer cells during their growth and metastasis in vivo.

במצע כפולה vivo bioluminescent ההדמיה

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate ...

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers patients only modest benefits, as most patients do not survive more than five years following diagnosis due to glioma relapse 1,2. The discovery of cancer stem cells in human brain tumors holds promise for having an enormous impact on the development of novel therapeutic strategies for glioma 3. Cancer stem cells are defined by their ability both to self-renew and to differentiate, and are thought to be the only cells in a tumor that have the capacity to initiate new tumors 4. Glioma relapse following radiation therapy is thought to arise from resistance of glioma stem cells (GSCs) to therapy 5-10. In vivo, GSCs are shown to reside in a perivascular niche that is important for maintaining their stem cell-like characteristics 11-14. Central to the organization of the GSC niche are vascular endothelial cells 12. Existing evidence suggests that GSCs and their interaction with the vascular endothelial cells are important for tumor development, and identify GSCs and their interaction with endothelial cells as important therapeutic targets for glioma. The presence of GSCs is determined experimentally by their capability to initiate new tumors upon orthotopic transplantation 15. This is typically achieved by injecting a specific number of GBM cells isolated from human tumors into the brains of severely immuno-deficient mice, or of mouse GBM cells into the brains of congenic host mice. Assays for tumor growth are then performed following sufficient time to allow GSCs among the injected GBM cells to give rise to new tumors-typically several weeks or months. Hence, existing assays do not allow examination of the important pathological process of tumor initiation from single GSCs in vivo. Consequently, essential insights into the specific roles of GSCs and their interaction with the vascular endothelial cells in the early stages of tumor initiation are lacking. Such insights are critical for developing novel therapeutic strategies for glioma, and will have great implications for preventing glioma relapse in patients. Here we have adapted the PoRTS cranial window procedure 16and in vivo two-photon microscopy to allow visualization of tumor initiation from injected GBM cells in the brain of a live mouse. Our technique will pave the way for future efforts to elucidate the key signaling mechanisms between GSCs and vascular endothelial cells during glioma initiation.

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

By combining a polished and reinforced thin-skull (PoRTS) cranial window and glioblastoma (GBM) cell injection, we can observe glioma initiation and growth from injected GBM cells in the brain of a live mouse longitudinally.

הדמית Glioma ייזום<em&gt; In Vivo</em&gt; דרך חלון גולגולתי מלוטש ומחוזק-גולגולת דקה

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers ...

Heterotypic Three-dimensional In Vitro Modeling of Stromal-Epithelial Interactions During Ovarian Cancer Initiation and Progression

Epithelial ovarian cancers (EOCs) are the leading cause of death from gynecological malignancy in Western societies. Despite advances in surgical treatments and improved platinum-based chemotherapies, there has been little improvement in EOC survival rates for more than four decades 1,2. Whilst stage I tumors have 5-year survival rates &gt;85%, survival rates for stage III/IV disease are &lt;40%. Thus, the high rates of mortality for EOC could be significantly decreased if tumors were detected at earlier, more treatable, stages 3-5. At present, the molecular genetic and biological basis of early stage disease development is poorly understood. More specifically, little is known about the role of the microenvironment during tumor initiation; but known risk factors for EOCs (e.g. age and parity) suggest that the microenvironment plays a key role in the early genesis of EOCs. We therefore developed three-dimensional heterotypic models of both the normal ovary and of early stage ovarian cancers. For the normal ovary, we co-cultured normal ovarian surface epithelial (IOSE) and normal stromal fibroblast (INOF)&nbsp;cells, immortalized by retrovrial transduction of the catalytic subunit of human telomerase holoenzyme (hTERT) to extend the lifespan of these cells in culture. To model the earliest stages of ovarian epithelial cell transformation, overexpression of the CMYC oncogene in IOSE cells, again co-cultured with INOF cells. These heterotypic models were used to investigate the effects of aging and senescence on the transformation and invasion of epithelial cells. Here we describe the methodological steps in development of these three-dimensional model; these methodologies aren't specific to the development of normal ovary and ovarian cancer tissues, and could be used to study other tissue types where stromal and epithelial cell interactions are a fundamental aspect of the tissue maintenance and disease development.

Heterotypic Three-dimensional In Vitro Modeling of Stromal-Epithelial Interactions During Ovarian Cancer Initiation and Progression

We describe methodologies for establishing in vitro heterotypic three-dimensional models comprising ovarian fibroblasts and normal ovarian surface or ovarian cancer epithelial cells. We discuss the use of these models to study stromal-epithelial interactions that occur during ovarian cancer development.

Heterotypic תלת ממדי<em&gt; במבחנה</em&gt; מידול של אינטראקציות stromal-אפיתל בייזום והתקדמות סרטן השחלות

Epithelial ovarian cancers (EOCs) are the leading cause of death from gynecological malignancy in Western societies. Despite advances in surgical ...

Utilizing a Cranial Window to Visualize the Middle Cerebral Artery During Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be performed in many locations overlying the rat cerebrum, but is most easily carried out by creating a craniectomy over the readily accessible frontal or parietal bones. Most frequently, we have used this technique in combination with the endothelin-1 middle cerebral artery occlusion model of ischemic stroke to quantify the changes in middle cerebral artery vessel diameter that occur with injection of endothelin-1 into the brain parenchyma adjacent to the proximal MCA4, 5. In order to visualize the proximal portion of the MCA during endothelin -1 induced MCAO, we use a technique to create a cranial window through the temporal bone on the lateral aspect of the rat skull (Figure 1). Cerebral arteries can be visualized either with the dura intact or with the dura incised and retracted. Most commonly, we leave the dura intact during visualization since endothelin-1 induced MCAO involves delivery of the vasoconstricting peptide into the brain parenchyma. This bypasses the need to incise the dura directly over the visualized vessels for drug delivery. This protocol will describe how to create a cranial window to visualize cerebral arteries in a step-wise fashion, as well as how to avoid many of the potential pitfalls pertaining to this method.

This article describes a method for visualizing rat cerebral arteries through a cranial window using temporal craniectomy in order to view proximal portions of the middle cerebral artery (Figure 1). This versatile method can be combined with various techniques of drug delivery to measure cerebral artery reactivity in vivo.

ניצול חלון גולגולת לדמיין עורק המוח האמצעי במהלך ספיג אנדותלין-1 מושרה מזרח מוחות עורקים

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be ...

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Bone turns over continuously and is highly regenerative following injury. Osteogenic stem/progenitor cells have long been hypothesized to exist, but in vivo demonstration of such cells has only recently been attained. Here, in vivo imaging techniques to investigate the role of endogenous osteogenic stem/progenitor cells (OSPCs) and their progeny in bone repair are provided. Using osteo-lineage cell tracing models and intravital imaging of induced microfractures in calvarial bone, OSPCs can be directly observed during the first few days after injury, in which critical events in the early repair process occur. Injury sites can be sequentially imaged revealing that OSPCs relocate to the injury, increase in number and differentiate into bone forming osteoblasts. These methods offer a means of investigating the role of stem cell-intrinsic and extrinsic molecular regulators for bone regeneration and repair.

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Quantitative measurement of bone progenitor function in fracture healing requires high resolution serial imaging technology. Here, protocols are provided for using intravital microscopy and osteo-lineage tracking to sequentially image and quantify the migration, proliferation and differentiation of endogenous osteogenic stem/progenitor cells in the process of repairing bone fracture.

עוקב<em&gt; בvivo</em&gt; הדמיה של תאי גזע / אב osteogenic במהלך תיקון שבר

Bone turns over continuously and is highly regenerative following injury. Osteogenic stem/progenitor cells have long been hypothesized to exist, but in ...

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As such, primary or &#39;neuronal-like&#39; cell culture systems are commonly utilized. While&#160;these systems are relatively easy to work with, and are useful model systems in which various functional outcomes (such as cell death) can be readily quantified, the examined outcomes and pathways in cultured immature neurons (such as excitotoxicity-mediated cell death pathways) are not necessarily the same as those observed in mature brain, or in intact tissue. Therefore, there is the need to develop models in which cellular mechanisms in mature neural tissue can be examined. We have developed an in vitro technique that can be used to investigate a variety of molecular pathways in intact nervous tissue. The technique described herein utilizes rat cortical tissue, but this technique can be adapted to use tissue from a variety of species (such as mouse, rabbit, guinea pig, and chicken) or brain regions (for example, hippocampus, striatum, etc.). Additionally, a variety of stimulations/treatments can be used (for example, excitotoxic, administration of inhibitors, etc.). In conclusion, the brain slice model described herein can be used to examine a variety of molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

We have developed a brain slice model which can be used to examine molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.&#160;This technique generates viable mature brain tissue and reduces animal numbers required for experimentation, whilst keeping the neuronal circuitry, cellular interactions, and postsynaptic compartments partly intact.

הפעלת יתר רעיל גירוי של המוח כMicroslices<em&gt; במבחנה</em&gt; דגם של שבץ

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Construction of Vapor Chambers Used to Expose Mice to Alcohol During the Equivalent of all Three Trimesters of Human Development

Exposure to alcohol during development can result in a constellation of morphological and behavioral abnormalities that are collectively known as Fetal Alcohol Spectrum Disorders (FASDs). At the most severe end of the spectrum is Fetal Alcohol Syndrome (FAS), characterized by growth retardation, craniofacial dysmorphology, and neurobehavioral deficits. Studies with animal models, including rodents, have elucidated many molecular and cellular mechanisms involved in the pathophysiology of FASDs. Ethanol administration to pregnant rodents has been used to model human exposure during the first and second trimesters of pregnancy. Third trimester ethanol consumption in humans has been modeled using neonatal rodents. However, few rodent studies have characterized the effect of ethanol exposure during the equivalent to all three trimesters of human pregnancy, a pattern of exposure that is common in pregnant women. Here, we show how to build vapor chambers from readily obtainable materials that can each accommodate up to six standard mouse cages. We describe a vapor chamber paradigm that can be used to model exposure to ethanol, with minimal handling, during all three trimesters. Our studies demonstrate that pregnant dams developed significant metabolic tolerance to ethanol. However, neonatal mice did not develop metabolic tolerance and the number of fetuses, fetus weight, placenta weight, number of pups/litter, number of dead pups/litter, and pup weight were not significantly affected by ethanol exposure. An important advantage of this paradigm is its applicability to studies with genetically-modified mice. Additionally, this paradigm minimizes handling of animals, a major confound in fetal alcohol research.

We demonstrate the construction of alcohol vapor chambers using readily available materials that simultaneously house 6 mouse cages. We further describe their use in a mouse model of fetal alcohol exposure equivalent to all 3&#160;trimesters of human pregnancy. This paradigm exposes animals during gestation and postnatal days 1-12.

בניית לשכות החמקן לחשיפת עכברים לאלכוהול במהלך המקביל של כל שלושת הטרימסטר של התפתחות אדם

Exposure to alcohol during development can result in a constellation of morphological and behavioral abnormalities that are collectively known as Fetal ...

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. Despite the discovery of key regulators of uterine contractility, this process is still not fully understood. Transgenic mice provide an ideal model in which to study parturition. Previously, the only method to study uterine contractility in the mouse was ex vivo isometric tension recordings, which are suboptimal for several reasons. The uterus must be removed from its physiological environment, a limited time course of investigation is possible, and the mice must be sacrificed. The recent development of radiometric telemetry has allowed for longitudinal, real-time measurements of in vivo intrauterine pressure in mice. Here, the implantation of an intrauterine telemeter to measure pressure changes in the mouse uterus from mid-pregnancy until delivery is described. By comparing differences in pressures between wild type and transgenic mice, the physiological impact of a gene of interest can be elucidated. This technique should expedite the development of therapeutics used to treat myometrial disorders during pregnancy, including preterm labor.

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

This manuscript provides a protocol for implanting telemeters in the mouse for the purpose of measuring intrauterine pressures during pregnancy.

טלמטריה תוך רחמי למדידת לחץ עכבר התכווצות<em&gt; In vivo</em

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. ...

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

Following injury to the CNS, astrocytes undergo a broad range of biochemical, morphological, and molecular changes collectively referred to as reactive astrogliosis. Reactive astrocytes exert both inflammatory and protective effects that inhibit and promote, respectively, neural repair. The mechanisms underlying the diverse functional properties of reactive astrogliosis are not well understood. Achieving a greater understanding of these mechanisms is critical to developing therapeutic strategies to treat the injured CNS. Here we demonstrate a method to trigger reactive astrogliosis in the adult mouse forebrain using a forebrain stab lesion. This lesion model is simple, reliable, and requires only a stereotaxic device and a scalpel blade to produce the injury. The use of stab lesions as an injury model in the forebrain is well established and amenable to studies addressing a broad range of neuropathological outcomes, such as neuronal degeneration, neuroinflammation, and disruptions in the blood brain barrier (BBB). Thus, the forebrain stab injury model serves as a powerful tool that can be applied for a broad range of studies on the CNS response to trauma.

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

This article describes a detailed protocol to produce a forebrain stab injury in adult mice. The stab injury induces severe reactive gliosis and glial scar formation which can be subsequently examined by standard immunohistochemistry methods.

מפעילה תגובתי דבקה<em&gt; In vivo</em&gt; על ידי המוח הקדמי דקירת פגיעה

Following injury to the CNS, astrocytes undergo a broad range of biochemical, morphological, and molecular changes collectively referred to as reactive ...