Gli autori desiderano ringraziare il Dr. Robert Bloch per la sua generosa donazione del laboratorio spaziale e strutture e il dottor Rao Gullapalli e Da Shi nel Nucleo per l&#39;imaging traslazionale a Maryland (C-TRIM) e la Risonanza Magnetica Research Center (MRRC) per il supporto tecnico. Questo lavoro è stato sostenuto dalle concessioni di RML dal National Institutes of Health (K01AR053235 e 1R01AR059179) e dalla Distrofia Muscolare (# 4278), e da una sovvenzione alle JAR dalla Fondazione Jain.

1. Modello in vivo lesioni e la misura di coppia isometrica. <ol><li> Queste procedure possono essere usati per i ratti o topi 7,17,18. Per iniziare, posizionare il supina animale in anestesia inalatoria (~ 4-5% isoflurano per l&#39;induzione in una camera di induzione, allora ~ 2% isoflurano tramite un nosecone per la manutenzione), utilizzando un vaporizzatore di precisione (gatto # 91103, Vet Equip, Inc, Pleasanton , CA). Applicare la crema oftalmica sterile (Unguento Vet Paralube, PharmaDerm, Floham Park, NJ) per ciascun occhio per proteggere le cornee si secchi. Durante la procedura, l&#39;animale è tenuto caldo mediante l&#39;uso di una lampada di calore posto all&#39;esterno della gabbia e conservati almeno 6 pollici dagli animali in ogni momento. </li><li> Preparazione della cute dalla depilazione e dalla pulizia con alternanza di macchie di Betadine e il 70% di alcol per evitare che i batteri della pelle semina nel tessuto molle o osseo. Confermare l&#39;anestesia adeguata per la mancanza di un riflesso tendineo profondo (nessun ritiro piede in risposta a pizzicare il piede). Un ago viene posizionato manualmente attraverso la tibia prossimale al fine di stabilizzare l&#39;arto sul rig (25G o 27G per il mouse). L&#39;ago non deve entrare il vano anteriore della gamba. </li><li> Bloccare l&#39;ago in una posizione fissa, in modo che l&#39;animale è in posizione supina e le dita si trovano ad affrontare verso l&#39;alto. Un dispositivo su misura viene utilizzato per proteggere l&#39;ago e quindi stabilizzare la gamba. </li><li> Posizionare il piede dell&#39;arto su una custom-lavorati pedana (Figura 1). L&#39;asse della pedana è collegata ad un motore passo-passo (modello T8904, Tecnologie NMB, Chatsworth, CA) e un sensore di coppia (modello QWFK-8M, Sensotec, Columbus, OH). Il piede deve inizialmente essere allineata in modo che sia ortogonale alla tibia, come in Figura 1. </li><li> Utilizzare elettrodi transcutanea (723.742, Harvard Apparatus, Cambridge, MA) o elettrodi sottocutanei (J05 aghi elettrodi ad ago, 36BTP, Alimentazione elettrodi Jari, Gilroy, CA) per stimolare il nervo peroneale in prossimità del collo del perone, in cui il nervo si trova in una posizione superficiale. Confermare visivamente dorsiflessione isolato eseguendo una serie di contrazioni (0,1 ms impulso per il mouse e 1 impulso ms per il ratto) prima che il piede è assicurato. Una volta che il piede è fissato alla pedana con del nastro adesivo, un aumento di ampiezza contrarsi in risposta ad un aumento della tensione conferma che i muscoli opposti (plantarflexors) non vengono stimolati contemporaneamente. </li><li> Prima di lesioni, e nei punti di tempo selezionato dopo un infortunio, la forza massima capacità di produzione dei flessori dorsali è registrata come &quot;coppia massima isometrica&quot; ​​(coppia senza un cambiamento di lunghezza del muscolo). Misure di coppia vengono eseguite sulla piattaforma stessa che viene utilizzata per indurre lesioni. Prima di registrare una coppia massima isometrica, l&#39;ampiezza degli impulsi è regolata per ottimizzare la tensione contrazione e la posizione ottimale della caviglia è determinata da contrazioni dando a diverse lunghezze dei flessori dorsali. Dopo aver ottenuto una coppia-angolo di curva per determinare la lunghezza ottimale dei flessori dorsali (lunghezza di riposo, alias Lo), una trama frequenza di coppia si ottiene aumentando progressivamente la frequenza degli impulsi durante un treno di impulsi 200 ms. Una massima contrazione tetanica fuso si ottiene di solito al 90-100 Hz. Tre contrazioni separata e contrazioni tetaniche sono registrati e salvati per ulteriori analisi. </li><li> Utilizzare il software commerciale a (Labview versione 8.5 di National Instruments, Austin, TX) per sincronizzare l&#39;attivazione contrattile, insorgenza di rotazione della caviglia, e la coppia di raccolta dati. La stimolazione dei muscoli flessori dorsali si verifica quando il computer controllato motore si muove contemporaneamente la pedana in flessione plantare, dando luogo ad una contrazione allungamento (chiamato anche contrazione &quot;eccentrica&quot;, che causa lesioni del muscolo). Il protocollo specifica dipende dalla grandezza desiderata di lesioni voluta dallo sperimentatore. L&#39;entità di lesioni o danni ai tessuti, può essere regolata attraverso la manipolazione di variabili come la velocità angolare, i tempi di attivazione muscolare, gamma di movimento, e il numero di contrazioni allungamento. </li><li> Per indurre lesioni, sovrapporre una contrazione allungamento su una contrazione isometrica massimale, variando il range di movimento, la velocità di allungamento, ed i tempi di stimolazione, se necessario. Ad esempio, una contrazione isometrica massimale si ottiene nel flessori dorsali e dopo 200 ms sono allungati a una velocità selezionata per approssimare il movimento normale (900 ° / sec). Abbiamo precedentemente dimostrato che l&#39;attivazione prima che il movimento e il grado di allungamento sono fattori importanti per ottenere un infortunio 14. La maggior parte della coppia prodotta dal flessori dorsali è da TA 11 e abbiamo dimostrato in precedenza che questo modello si traduce in danni per questo muscolo 5,13-15. Il TA rimane stimolato in tutto allungamento. </li><li> Dopo l&#39;infortunio, l&#39;animale viene rimossa dall&#39;apparecchio. Il perno è tibialerimosso, la gamba è ancora pulita, e l&#39;animale viene restituito alla gabbia (posto su una temperatura controllata blocco riscaldante a 37 ° C) e monitorata fino al recupero. Ciò include attendere l&#39;animale è sveglio e mobile. Gli animali soffrono nessun dolore osservabile durante la procedura e non ci sono cambiamenti visibili nella deambulazione (ad esempio, zoppia) dopo la lesione indotta da contrazioni allungamento. Tuttavia opportuno anti-dolore il trattamento viene somministrato successivamente (buprenorfina 0,05-0,1 mg / kg ogni 12 ore per 48 ore dopo l&#39;intervento chirurgico). </li></ol> 2. Nella misura in situ di tensione muscolare generale. <ol><li> L&#39;animale è preparato e la tibia è stabilizzato come descritto sopra nella sezione 1.1 con 1.3. Tutta la strumentazione è accesa almeno 30 minuti prima del test per la corretta calibrazione e di ridurre al minimo deriva termica del trasduttore di forza. </li><li> Incise anteriore pelle alla caviglia e recidere il tendine del muscolo tibiale anteriore (TA). Con attenzione cravatta 4,0 Ethicon seta non riassorbibile sutura al tendine e allegare la sutura Vicryl alla cella di carico tramite l&#39;apposita S-gancio (peso = 0,1 g), modello FT03, Strumenti Erba, Providence, RI). In alternativa, una fascetta personalizzata (peso = 0,5 g) può essere utilizzato per fissare il tendine per la sutura Vicryl (Figura 2). </li><li> La cella di carico è montato un micromanipolatore (manipolatore Kite, World Precision Instruments Inc, Sarasota, FL) in modo che il TA può essere regolata in lunghezza di riposo e allineati correttamente (una linea retta di tiro tra l&#39;origine e l&#39;inserimento). La TA è protetto da raffreddamento da una lampada di calore e di disidratazione da oli minerali. I segnali dalla cella di carico (calibrato prima di ogni prova) sono alimentati tramite un amplificatore DC (modello P122, Strumenti Erba, Providence, RI) ad un A / D a bordo devono essere raccolti e memorizzati dal software di acquisizione (PolyVIEW versione 2.1, Strumenti Grass , Providence, RI). </li><li> Collegare il TA per la cella di carico e applicare contrazioni singolo (impulso rettangolare di 1 ms) a lunghezze muscolari per determinare L 0. Lunghezza muscolare a riposo, misurata mediante pinze, è definita come la distanza tra la tuberosità tibiale e la giunzione miotendinea. A questa lunghezza, aumentare gradualmente l&#39;ampiezza di impulsi e quindi la frequenza degli impulsi di stabilire un rapporto di forza-frequenza. Una contrazione massimo fusa tetanica si ottiene a circa 90-100Hz (300 ms durata treno composto di 0,1 ms o impulsi di 1 ms). Utilizzare il 150% della massima intensità di stimolazione per attivare il TA al fine di indurre la massima attivazione contrattile (P 0). Massima contrazioni tetaniche può essere eseguito più volte ed espressi come percentuale di P 0, fornendo un indice di stanchezza in qualsiasi punto desiderato per tempo. </li></ol> 3. RM in vivo e / o spettroscopia dei muscoli scheletrici roditori. Tutte le MRI e MRS viene eseguita su un Biospin Bruker (Billerica, MA) 7,0 Tesla sistema RM dotato di un inserto 12 centimetri gradiente (660 mT / m massima pendenza, 4570 T / m / s slew rate massimo) in esecuzione ParaVision software 5.0. <ol><li> L&#39;animale è anestetizzato con vaporizzato isoflurano come descritto sopra al punto 1.1. Un sistema MR-compatibile piccoli animali di monitoraggio e gating (SA Instruments, Inc.) è utilizzato per monitorare il tasso di respirazione e la temperatura corporea. La temperatura corporea del mouse è mantenuta a 36-37 ° C con un circolatore acqua calda. Una misura titolare viene utilizzato per posizionare il mouse in posizione supina con le gambe parallele al foro del magnete dal ginocchio al piede. Un quattro canali di sola ricezione bobina di superficie è collocato all&#39;interno di una 1H 72 millimetri risonatore lineare. La bobina risonatore è sintonizzato e confrontati con i campioni. </li><li> MR Imaging: dopo localizzatori, le scansioni vengono eseguite le seguenti MR: T1 pesate rapida acquisizione con la valorizzazione di rilassamento (RARE) con i seguenti parametri: TE = 9,52 ms, TR = 1800, eco lunghezza dei treni = 4, nel piano risoluzione 100x100 micron , e lo spessore fetta = 750 micron. Dual-eco PD/T2 RARE: TE = 19.0/57.1 ms, TR = 5000 ms, lunghezza del treno eco = 4, nel piano risoluzione 100x100 micron, e spessore fetta = 750 micron. Spin echo (SE) del tensore di diffusione dei dati immagine utilizzando 12 non collineari direzioni: valore-b = 350 s / mm -2, TE = 26 ms, TR = 4500 ms, nel piano risoluzione 150x150 micron, e spessore fetta = 750 micron . Multi-slice multi-echo (MPMI) T2 dati cartografici parametrici utilizzando 16 TE = 11,4 ms a 182,5 ms con ΔTE = spessore 11,4 ms, TR = 10000 ms, nel piano risoluzione 150x150 micron, e fetta = 750 micron. </li><li> Elaborazione delle immagini: tensore di diffusione e trattografia ricostruzione viene eseguita utilizzando TrackVis (Martinos Center for Biomedical Imaging; Massachusetts General Hospital, Boston, MA) per creare diffusività media (DM), anisotropia frazionaria (FA), immagini e mappe trattografia. Mappatura T2 viene eseguita utilizzando software personalizzato scritto in MAT<html> LAB (The MathWorks, Natick, MA) con non-lineare dei minimi quadrati per adattare i dati misurati per ogni pixel l&#39;equazione canonica segnale T2. Regioni di interesse vengono effettuate misurazioni per valutare i valori dei parametri all&#39;interno del TA. </li><li> Spettroscopia 1H: shimming automatica è eseguita su un x 1 1 x 4 mm 3 voxel nel TA. Un punto risolta spettroscopia (PRESS) sequenza di impulsi (TR / TE = 2000/18 ms) viene utilizzato per acquisire gli spettri del voxel stesso con 1024 medie. L&#39;acquisizione dei dati è di 34 minuti su ogni gamba. Dati spettrali sono trattati con i 16 pacchetti LCModel. 31P spettroscopia: un dual-tuned (1H, 31P) bobina di superficie è utilizzato per eseguire non localizzato (utilizzando un singolo impulso esperimento) o spettroscopia localizzata utilizzando l&#39;immagine selezionata in vivo spettroscopia (ISIS) sequenza di impulsi. </li></ol> 4. La raccolta e la conservazione dei muscoli. TA sono raccolte dopo, alla fine degli esperimenti, pesato, scatto congelato in azoto liquido, e poi conservati a -80 ° C. Questa operazione può essere eseguita in qualsiasi momento dopo il esperimenti in vivo. I muscoli sono raccolte subito dopo gli esperimenti in situ, in quanto si tratta di una procedura terminale. Per informazioni dettagliate studi morfologici, l&#39;animale è fissato con 4% paraformaldeide tramite perfusione attraverso il ventricolo sinistro. 5. Rappresentante dei risultati. La figura 3 mostra i dati rappresentativi da un topo in area apparato vivo La vivo in un apparecchio viene utilizzato per ottenere una coppia massima generata dai muscoli flessori dorsali;. Ma è anche usato per indurre lesioni a questi stessi muscoli. A causa della lunghezza-tensione rapporto di muscoli, di coppia massima isometrica si verifica in genere quando l&#39;articolazione della caviglia è posizionato a circa 20 ° di plantarflessione (con il piede in posizione ortogonale alla tibia considerato 0 °). Dopo la coppia massima isometrica si ottiene, il piede può poi essere inserito in qualsiasi posizione per iniziare il protocollo di lesioni. La Figura 3 rappresenta un protocollo di lesioni di 30 ripetizioni con un arco di movimento da 0 ° - 70 °. Si noti il ​​calo costante di coppia generato dalla fase isometrica (freccia piena) e la fase di allungamento (freccia aperta) durante la contrazione indotta dal protocollo di lesioni. La coppia è registrato in unità di Nmm, ma il valore assoluto dipende dalla taglia dell&#39;animale e la sua condizione (per esempio, il muscolo infortunato, muscolo affaticato, o muscolo manca una certa proteina a causa della ricombinazione omologa). La Figura 4 mostra i dati rappresentativi da un topo nel nell&#39;apparato situ. Il nostro apparato in situ non comporta allungamento contrazioni, anzi, ci permette di isolare, allineare correttamente, e misurare la tensione massima prodotta da un muscolo individuale a una lunghezza nota. Figura 4 mostra la progressiva perdita di forza che si verifica durante una prova di fatica in un muscolo tibiale anteriore di un topo. In questo esempio particolare, le contrazioni titanico sono stati eseguiti una volta al secondo per 5 minuti. Tensione (forza) è tipicamente registrato in Newton (o grammi), ma come coppia, il valore assoluto dipende dalle dimensioni e dalle condizioni dell&#39;animale. Perché il peso muscolare si ottiene immediatamente dopo questa procedura, la forza può essere normalizzata (chiamata &quot;forza specifica&quot;) a sezione trasversale del muscolo. La Figura 5 mostra i dati rappresentativi in imaging in vivo di un mouse, ad esempio T1 pesate e T2 mappatura parametrica (A), trattografia 3D imaging del tensore di diffusione (B), 1 H spettroscopia (C), e 31 spettroscopia P. Ulteriori dettagli sono disponibili nella leggenda figura. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1: in apparato vivo .* Per produrre il pregiudizio, la tibia è stabilizzato e il piede attaccato ad un motore piatto. Le dorsali della caviglia sono stimolati attraverso il nervo peroneale, mentre la pedana costringe il piede in flessione plantare (freccia tratteggiata). * Lovering &amp; De Deyne, Biomeccanica J 2005, usato con permesso. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2: In apparato situ La cella di carico è montato un micromanipolatore in modo che il TA può essere regolata in lunghezza di riposo e allineati correttamente nel X, Y e Z. Il tendine distale del TA è collegato alla cella di carico e contrazioni singole sono indotte a lunghezze muscolari differenti per determinare L 0. Una contrazione tetanica massima si ottiene per determinare la massima attivazione contrattile (P 0). Massima tensione tetanica può essere eseguito più volte ed espressi come percentuale di P 0, fornendo un indice di fatica in un punto desiderato per tempo. 782/2782fig3.jpg &quot;alt =&quot; Figura 3 &quot;/&gt; Figura 3: i dati in coppia da registrazioni rappresentante apparato traccia vivo di coppia da allungamento contrazioni nel ratto. In questo esempio particolare, i muscoli sono stimolati per 200 millisecondi per indurre una contrazione isometrica di picco (freccia piena) prima di allungamento (freccia aperta) dalla pedana attraverso un arco di 70 ° di movimento ad una velocità angolare di 900 ° / s. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4: dati di tensione da dati in situ rappresentante apparato che mostra il declino della massima tensione isometrica tetanica durante la stimolazione ripetuta del muscolo tibiale anteriore (TA) in un topo. In questo esempio, il TA è stato isolato, corretto per la lunghezza ottimale (L 0), poi stimolati con una contrazione di 200 ms tetanica una volta al secondo per 5 minuti. <img src="/files/ftp_upload/2782/2782fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5: imaging in vivo A: le immagini mostrano trasversale (assiale) sezioni di pesata in T1 e T2 mappatura parametrica dal muscolo tibiale anteriore (TA). La casella tratteggiata rossa circonda la TA per mostrare un aumento maggiore T2 nel feriti (lato sinistro) rispetto indenne (lato destro) B:.. Rappresentante trattografia 3D imaging del tensore di diffusione (DTI) C: Il 1 H spettro di un TA del mouse mostra diverse risonanze rilevabile lipidi; differenziazione tra intramyocellular (IMCL) e extramyocellular lipidi (EMCL) picchi si ottiene con questo metodo D: Il P 31 MR spettro del TA ratto mostra fosfocreatina (PCr), fosfato inorganico (Pi), e le tre. risonanze (α, β, γ) di adenosina 5&#39;-trifosfato (ATP).

<ol>
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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

&quot;Danno muscolare&quot; è stato definito e misurato in molti modi. Danni strutturali è evidente in reperti istologici 6,9, ma un problema con molti dei marcatori biologici per valutare lesioni muscolari, compresi quelli utilizzati in studi su animali, è che di solito non sono correlati con la perdita della forza. Danno muscolare è spesso definite nel contesto del test utilizzato per esaminare e trovare nessuno può spiegare le variazioni di contrattilità dopo l&#39;infortunio. Dal piena funzione cont...

(Tutto l&#39;equipaggiamento è lo stesso per topi e ratti ad eccezione della pedana) <ul><li> BUD Value Line Cabinet (Newark, 06M4718) </li><li> Multifunzione l / O USB-6221M (National Instruments, 779808-01) </li><li> Stepper motor controller (Newark, 16M4189) </li><li> Stepper Motor (Newark, 16M4198) </li><li> Amplificatore Strain Gauge (Honeywell, Sensotec, DV-05) </li><li> Sensore di coppia (Honeywell, QWLC-8M) </li><li> Pedana e dispositivo di stabilizzazione (su misura, in attesa di brevetto) </li></ul>

an in vivo rodent model of contraction-induced injury and non-invasive monitoring of recovery

Tensioni muscolari sono uno dei disturbi più comuni trattati dai medici. Una lesione muscolare è di solito diagnosticata dalla storia del paziente e esame fisico da solo, ma la presentazione clinica può variare notevolmente a seconda della entità del danno, tolleranza al dolore del paziente, ecc Nei pazienti con lesioni muscolari o malattia muscolare, la valutazione del danno muscolare è in genere limitata ai segni clinici, come la tenerezza, la forza, la gamma di movimento e, più recentemente, studi di imaging. Marcatori biologici, come i livelli sierici di creatina chinasi, sono in genere elevata con lesioni muscolari, ma i loro livelli non sono sempre correlate con la perdita di produzione di forza. Questo è ancora vero di reperti istologici da animali, che forniscono una &quot;misura diretta&quot; del danno, ma non tengono conto di tutti la perdita della funzione. Alcuni hanno sostenuto che la misura più completa della salute generale del muscolo in forza contrattile. Perché il danno muscolare è un evento casuale che si verifica in una varietà di condizioni biomeccaniche, è difficile da studiare. Qui, descriviamo un modello in vivo su animali per misurare la coppia e per la produzione di un infortunio muscolare affidabile. Abbiamo anche descrivere il nostro modello di misurazione della forza di un muscolo isolato in situ. Inoltre, si descrive la nostra procedura di piccoli animali risonanza magnetica.

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An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

Un<em&gt; In vivo</emModello animale&gt; di lesioni è descritta. Il metodo sfrutta la posizione sottocutaneo del nervo peroneale. Velocità, tempi di attivazione muscolare, e arco di movimento sono tutti pre-determinato e sincronizzati con il software commerciale. Cambiamenti lesioni post sono monitorati<em&gt; In vivo</em&gt; Utilizzando RM / spettroscopia.

Un In vivo Modello di roditore della contrazione indotta Lesioni e monitoraggio non invasivo di recupero

Muscle strains are one of the most  common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and  physical ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

13.7K Views.  University of Maryland School of Medicine. Un In vivo di lesioni è descritta. Il metodo sfrutta la posizione sottocutaneo del nervo peroneale. Velocità, tempi di attivazione muscolare, e arco di movimento sono tutti pre-determinato e sincronizzati con il software commerciale. Cambiamenti lesioni post sono monitorati In vivo Utilizzando RM / spettroscopia.

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Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Non invasiva di misurazione ottica del metabolismo cerebrale ed emodinamica nei neonati

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Ricerca

Medicina

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of cardiovascular disease. Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. Percent capillary recruitment is assessed by dividing the increase in capillary density induced by postocclusive reactive hyperemia (postocclusive reactive hyperemia capillary density minus baseline capillary density), by the maximal capillary density (observed during passive venous occlusion). Percent perfused capillaries represents the proportion of all capillaries present that are perfused (functionally active), and is calculated by dividing postocclusive reactive hyperemia capillary density by the maximal capillary density. Both percent capillary recruitment and percent perfused capillaries reflect the number of functional capillaries. The forearm blood flow (FBF) technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function: The ratio FBFmax/FBFbase is computed as an estimate of vasodilation, by dividing the mean of the four FBFmax values by the mean of the four FBFbase values. Forearm vascular resistance at maximal vasodilation (FVRmax) is calculated as the mean arterial pressure (MAP) divided by FBFmax. Both the capillaroscopy and forearm techniques are readily acceptable to patients and can be learned quickly.
The microvascular and endothelial function measures obtained using the methodologies described in this paper may have future utility in clinical patient cardiovascular risk-reduction strategies. As we have published reports demonstrating that microvascular and endothelial dysfunction are found in initial stages of hypertension including prehypertension, microvascular and endothelial function measures may eventually aid in early identification, risk-stratification and prevention of end-stage vascular pathology, with its potentially fatal consequences.

Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. The forearm blood flow technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function.

La valutazione non invasiva della funzione endoteliale e microvascolare

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Transplantation into the Anterior Chamber of the Eye for Longitudinal, Non-invasive In vivo Imaging with Single-cell Resolution in Real-time

Intravital imaging has emerged as an indispensable tool in biological research. In the process, many imaging techniques have been developed to study different biological processes in animals non-invasively. However, a major technical limitation in existing intravital imaging modalities is the inability to combine non-invasive, longitudinal imaging with single-cell resolution capabilities. We show here how transplantation into the anterior chamber of the eye circumvents such significant limitation offering a versatile experimental platform that enables non-invasive, longitudinal imaging with cellular resolution in vivo. We demonstrate the transplantation procedure in the mouse and provide representative results using a model with clinical relevance, namely pancreatic islet transplantation. In addition to enabling direct visualization in a variety of tissues transplanted into the anterior chamber of the eye, this approach provides a platform to screen drugs by performing long-term follow up and monitoring in target tissues. Because of its versatility, tissue/cell transplantation into the anterior chamber of the eye not only benefits transplantation therapies, it extends to other in vivo applications to study physiological and pathophysiological processes such as signal transduction and cancer or autoimmune disease development.

Transplantation into the Anterior Chamber of the Eye for Longitudinal, Non-invasive In vivo Imaging with Single-cell Resolution in Real-time

A new approach combining intraocular transplantation and confocal microscopy enables longitudinal, non-invasive real-time imaging with single-cell resolution within grafted tissues in vivo. We demonstrate how to transplant pancreatic islets into the anterior chamber of the mouse eye.

Trapianto nella camera anteriore dell&#39;occhio per longitudinale, non invasiva<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging con Single-cella di risoluzione in tempo reale

Intravital imaging has emerged as an indispensable tool in biological research.  In the process, many imaging techniques have been developed to study ...

Ischemia-reperfusion Model of Acute Kidney Injury and Post Injury Fibrosis in Mice

Ischemia-reperfusion induced acute kidney injury (IR-AKI) is widely used as a model of AKI in mice, but results are often quite variable with high, often unreported mortality rates that may confound analyses. Bilateral renal pedicle clamping is commonly used to induce IR-AKI, but differences between effective clamp pressures and/or renal responses to ischemia between kidneys often lead to more variable results. In addition, shorter clamp times are known to induce more variable tubular injury, and while mice undergoing bilateral injury with longer clamp times develop more consistent tubular injury, they often die within the first 3 days after injury due to severe renal insufficiency. To improve post-injury survival and obtain more consistent and predictable results, we have developed two models of unilateral ischemia-reperfusion injury followed by contralateral nephrectomy. Both surgeries are performed using a dorsal approach, reducing surgical stress resulting from ventral laparotomy, commonly used for mouse IR-AKI surgeries. For induction of moderate injury BALB/c mice undergo unilateral clamping of the renal pedicle for 26 min and also undergo simultaneous contralateral nephrectomy. Using this approach, 50-60% of mice develop moderate AKI 24 hr after injury but 90-100% of mice survive. To induce more severe AKI, BALB/c mice undergo renal pedicle clamping for 30 min followed by contralateral nephrectomy 8 days after injury. This allows functional assessment of renal recovery after injury with 90-100% survival. Early post-injury tubular damage as well as post injury fibrosis are highly consistent using this model.

We describe models of moderate and severe ischemia-reperfusion-induced kidney injury in which the mice undergo unilateral renal pedicle clamping followed by simultaneous or delayed contralateral nephrectomy, respectively. These models consistently give rise to renal dysfunction and post-injury fibrosis, but injury severity and survival are dependent on mouse background, age and surgical equipment.

Ischemia-riperfusione Modello di danno renale acuta e post Infortunio fibrosi nei topi

Ischemia-reperfusion induced acute kidney injury (IR-AKI) is widely used as a model of AKI in mice, but results are often quite variable with high, often ...

An Alkali-burn Injury Model of Corneal Neovascularization in the Mouse

Under normal conditions, the cornea is avascular, and this transparency is essential for maintaining good visual acuity. Neovascularization (NV) of the cornea, which can be caused by trauma, keratoplasty or infectious disease, breaks down the so called &lsquo;angiogenic privilege' of the cornea and forms the basis of multiple visual pathologies that may even lead to blindness. Although there are several treatment options available, the fundamental medical need presented by corneal neovascular pathologies remains unmet. In order to develop safe, effective, and targeted therapies, a reliable model of corneal NV and pharmacological intervention is required. Here, we describe an alkali-burn injury corneal neovascularization model in the mouse. This protocol provides a method for the application of a controlled alkali-burn injury to the cornea, administration of a pharmacological compound of interest, and visualization of the result. This method could prove instrumental for studying the mechanisms and opportunities for intervention in corneal NV and other neovascular disorders.

Neovascularization (NV) of the cornea can complicate multiple visual pathologies. Utilizing a controlled, alkali-burn injury model, a quantifiable level of corneal NV can be produced for mechanistic study of corneal NV and evaluation of potential therapies for neovascular disorders.

Un Injury Modello alcali-burn di neovascolarizzazione corneale nel mouse

Under normal conditions, the cornea is avascular, and this transparency is essential for maintaining good visual acuity. Neovascularization (NV) of the ...

Murine Model for Non-invasive Imaging to Detect and Monitor Ovarian Cancer Recurrence

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of care consisting of surgical debulking and combination chemotherapy consisting of platinum and taxane compounds, almost 90% of patients recur within a few years. In these patients the development of chemoresistant disease limits the efficacy of currently available chemotherapy agents and therefore contributes to the high mortality. To discover novel therapy options that can target recurrent disease, appropriate animal models that closely mimic the clinical profile of patients with recurrent ovarian cancer are required. The challenge in monitoring intra-peritoneal (i.p.) disease limits the use of i.p. models and thus most xenografts are established subcutaneously. We have developed a sensitive optical imaging platform that allows the detection and anatomical location of i.p. tumor mass. The platform includes the use of optical reporters that extend from the visible light range to near infrared, which in combination with 2-dimensional X-ray co-registration can provide anatomical location of molecular signals. Detection is significantly improved by the use of a rotation system that drives the animal to multiple angular positions for 360 degree imaging, allowing the identification of tumors that are not visible in single orientation. This platform provides a unique model to non-invasively monitor tumor growth and evaluate the efficacy of new therapies for the prevention or treatment of recurrent ovarian cancer.

We describe a non-invasive animal imaging platform that allows the detection, quantification, and monitoring of ovarian cancer growth and recurrence. This intra-peritoneal xenograft model mimics the clinical profile of patients with ovarian cancer.

Modello murino per l&#39;imaging non invasivo per rilevare e monitorare Ovarian Cancer Ricorrenza

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of ...

Use of Ultra-high Field MRI in Small Rodent Models of Polycystic Kidney Disease for In Vivo Phenotyping and Drug Monitoring

Several in vivo pre-clinical studies in Polycystic Kidney Disease (PKD) utilize orthologous rodent models to identify and study the genetic and molecular mechanisms responsible for the disease, and are very convenient for rapid drug screening and testing of promising therapies. A limiting factor in these studies is often the lack of efficient non-invasive methods for sequentially analyzing the anatomical and functional changes in the kidney. Magnetic resonance imaging (MRI) is the current gold standard imaging technique to follow autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) patients, providing excellent soft tissue contrast and anatomic detail and allowing Total Kidney Volume (TKV) measurements.A major advantage of MRI in rodent models of PKD is the possibility for in vivo imaging allowing for longitudinal studies that use the same animal and therefore reducing the total number of animals required. In this manuscript, we will focus on using Ultra-high field (UHF) MRI to non-invasively acquire in vivo images of rodent models for PKD. The main goal of this work is to introduce the use of MRI as a tool for in vivo phenotypical characterization and drug monitoring in rodent models for PKD.

Use of Ultra-high Field MRI in Small Rodent Models of Polycystic Kidney Disease for In Vivo Phenotyping and Drug Monitoring

The use of ultra-high field MRI as a non-invasive way to obtain phenotypic information of rodent models for polycystic kidney disease and to monitor interventions is described. Compared with the traditional histological approach, MRI images can be acquired in vivo, allowing for longitudinal follow-up.

L&#39;uso di ultra-alto campo MRI in piccolo roditore modelli di malattia del rene policistico per<em&gt; In Vivo</em&gt; Fenotipizzazione and Drug Monitoring

Several in vivo pre-clinical studies in Polycystic Kidney Disease (PKD) utilize orthologous rodent models to identify and study the genetic and molecular ...

Depletion of Mouse Cells from Human Tumor Xenografts Significantly Improves Downstream Analysis of Target Cells

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic patient tumors in different assays1. Human tumor xenografts represent the gold standard with respect to tumor biology, drug discovery, and metastasis research 2-4. Tumor xenografts can be derived from different types of material like tumor cell lines, tumor tissue from primary patient tumors4 or serially transplanted tumors. When propagated in vivo, xenografted tissue is infiltrated and vascularized by cells of mouse origin. Multiple factors such as the tumor entity, the origin of xenografted material, growth rate and region of transplantation influence the composition and the amount of mouse cells present in tumor xenografts. However, even when these factors are kept constant, the degree of mouse cell contamination is highly variable.
Contaminating mouse cells significantly impair downstream analyses of human tumor xenografts. As mouse fibroblasts show high plating efficacies and proliferation rates, they tend to overgrow cultures of human tumor cells, especially slowly proliferating subpopulations. Mouse cell derived DNA, mRNA, and protein components can bias downstream gene expression analysis, next-generation sequencing, as well as proteome analysis 5. To overcome these limitations, we have developed a fast and easy method to isolate untouched human tumor cells from xenografted tumor tissue. This procedure is based on the comprehensive depletion of cells of mouse origin by combining automated tissue dissociation with the benchtop tissue dissociator and magnetic cell sorting. Here, we demonstrate that human target cells can be can be obtained with purities higher than 96% within less than 20 min independent of the tumor type.

Human tumor xenografts are vascularized and infiltrated by cells of mouse origin during the growth phase in vivo. To circumvent the bias caused by these contaminating cells during downstream analysis, we developed a method allowing for comprehensive depletion of all mouse cells by magnetic cell sorting.

L&#39;esaurimento delle cellule di topo da xenotrapianti tumorali umani migliora in modo significativo Analisi A valle delle cellule bersaglio

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic ...

Non-invasive Assessments of Subjective and Objective Recovery Characteristics Following an Exhaustive Jump Protocol

Fast recovery after strenuous exercise is important in sports and is often studied via cryotherapy applications. Cryotherapy has a significant vasoconstrictive effect, which seems to be the leading factor in its effectiveness. The resulting enhanced recovery can be measured by using both objective and subjective parameters. Two commonly measured subjective characteristics of recovery are delayed-onset muscle soreness (DOMS) and ratings of perceived exertion (RPE). Two important objective recovery characteristics are countermovement jump (CMJ) performance and peak power output (PPO). Here, we provide a detailed protocol to induce muscular exhaustion of the frontal thighs with a self-paced, 3 x 30 countermovement jump protocol (30-s rest between each set). This randomized controlled trial protocol explains how to perform local cryotherapy cuff application (+ 8 &#176;C for 20 min) and thermoneutral cuff application (+ 32 &#176;C for 20 min) on both thighs as two possible post-exercise recovery modalities. Finally, we provide a non-invasive protocol to measure the effects of these two recovery modalities on subjective (i.e., DOMS of both frontal thighs and RPE) and objective recovery (i.e., CMJ and PPO) characteristics 24, 48, and 72 h post-application. The advantage of this method is that it provides a tool for researchers or coaches to induce muscular exhaustion, without using any expensive devices; to implement local cooling strategies; and to measure both subjective and objective recovery, without using invasive methods. Limitations of this protocol are that the 30 s rest period between sets is very short, and the cardiovascular demand is very high. Future studies may find the assessment of maximum voluntary contractions to be a more sensitive assessment of muscular exhaustion compared to CMJs.

This protocol describes the procedure for non-invasive recovery assessments during a 72 h recovery period. This protocol induces muscular exhaustion of the frontal thighs using countermovement jumps and uses either local cold-cuff or thermoneutral-cuff application as a recovery modality.

Valutazione non invasiva delle caratteristiche di recupero soggettivo e obiettivo A seguito di un protocollo di salto esaurito

Fast recovery after strenuous exercise is important in sports and is often studied via cryotherapy applications. Cryotherapy has a significant ...

Non-invasive Assessment of Dorsiflexor Muscle Function in Mice

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively affect skeletal muscle. This can result in a loss of muscle mass (atrophy) and/or loss of muscle quality (reduced force per unit of muscle mass), both of which are prevalent in chronic disease, muscle-specific disease, immobilization, and aging (sarcopenia). Skeletal muscle function in animals can be evaluated by a range of different tests. All tests have limitations related to the physiological testing environment, and the selection of a specific test often depends on the nature of the experiments. Here, we describe an in vivo, non-invasive technique involving a helpful and easy assessment of force frequency-curve (FFC) in mice that can be performed on the same animal over time. This permits monitoring of disease progression and/or efficacy&#160;of a potential therapeutic treatment.

Measurement of rodent skeletal muscle contractile function is a useful tool that can be used to track disease progression as well as efficacy of therapeutic intervention. We describe here the non-invasive, in vivo assessment of the dorsiflexor muscles that can be repeated over time in the same mouse.

Valutazione non invasiva della funzione Dorsiflexor muscolare nei topi

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively ...