Staphylococcus aureus bir biyolojik olarak ışık veren mühendislik suşu kullanılarak, ortopedik protez enfeksiyonun bir fare modelinde, optik ve uCT görüntüleme birlikte, invaziv olmayan uzunlamasına ve bakteriyel enfeksiyonun dinamikleri, hem de karşılık gelen enflamatuar yanıtı ve anatomik değişiklikleri izlemek için bir kapasite sağlamadığı Kemik.
Multimodalite görüntüleme hem klinik öncesi ve klinik araştırmalarda kullanılan ortak bir teknolojik yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. In vivo optik ve uCT görüntüleme birleştiren gelişmiş teknikleri, anatomik bir bağlamda biyolojik olayların görselleştirme izin. Bu görüntüleme yöntemleri koşulları etkileyen kemik incelemek için özellikle yararlı olabilir. Özellikle, ortopedik implant infeksiyonları klinik ortopedik cerrahide önemli bir sorun vardır. Bu enfeksiyonlar, bakteriyel biyofilm yabancı ameliyatla takılan bir malzeme üzerinde oluşan nedeniyle kalıcı enflamasyon, osteomiyelit ve sonuçta, implantın gevşemesine ve başarısızlıkla sonuçlanan implant çevreleyen kemik nihai kemik erimesine yol, tedavi etmek zordur. Burada, enfeksiyonlu bir ortopedik protez implant bir fare modelinde bir şekilde femurda bir kemik iliği kanalına Kirschner teli implantın ameliyat yerleştirme ile ilgili olduğu kullanıldığı implant e sonudiz eklemi içine Xtended. Bu modelde, fareler LysEGFP, EGFP gibi floresan nötrofiller sahip olan bir fare türünde olarak, doğal olarak ışık yayan bir biyoluminesan Staphylococcus aureus suşu ile bağlantılı olarak kullanılmıştır. Bakteriler. Önce cerrahi alan kapatma için farelerin diz eklemlerine aşılanır in vivo biyolojik olarak ışık veren ve floresan görüntü sırasıyla bakteri yükü ve nötrofil enflamatuar yanıtı ölçmek için kullanılmıştır edildi. Biyolüminesans ve floresan ışık sinyalleri 3B konum anatomik uCT görüntü ile birlikte kaydedilebilir böylece ek olarak, uCT görüntüleme aynı fareler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Zaman kemik değişiklikleri ölçmek için, uzak femur dış kemik hacmi, yarı otomatik bir kontur dayalı bölütleme işlemi kullanılarak belirli bir zaman noktalarında ölçülmüştür. UCT görüntüleme ile, in vivo biyo-lüminesan / flüoresan görüntüleme kombinasyonu F özellikle faydalı olabilir Birlikte ele alındığında,veya enfeksiyon, inflamatuvar yanıt ve zamanla kemiğin anatomik değişikliklerin noninvaziv izlenmesi.
Optik ve anatomik bilgi kombinasyonunu içeren Multimodalite klinik öncesi görüntüleme teknikleri görselleştirme ve 3D 1-4 biyolojik olayların izlenmesini sağlar. UCT görüntüleme optik görüntüleme, kemik biyolojisi 5-7 içeren süreçleri araştırmak için özellikle yararlı olabilir benzersiz bir bileşimini temsil ile birlikte birlikte uCT görüntüleme kullanarak kemik anatomi nefis görselleştirme, izin beri. Bir örnek ortopedik cerrahi işlemler 8,9 izleyen bir felaket komplikasyon temsil ortopedik implant enfeksiyonları, incelemek için bu teknikleri kullanmak olacaktır. Bakteriler biyofilm bakterileri 10,11 erişmesini enfeksiyon ve bloklar antibiyotik algılama bağışıklık hücreleri engeller, fiziksel bir bariyer görevi görerek bakterilerin hayatta kalmasını teşvik implante yabancı nesneler üzerinde oluştururlar. Eklem dokusu (septik artrit) an bölgesinin kronik ve inatçı enfeksiyond kemik (osteomyelit) protez ve nihai başarısızlık 8,9 gevşemesine yol açar kemik erimesini neden olur. Bu oluşan Periprostetik osteolizis artmış morbidite ve mortalite 12,13 ile ilişkilidir.
Bizim önceki çalışmada, in vivo biyolüminesans ve floresan görüntüleme fareler 14-19 bir ortopedik protez eklem enfeksiyonu modeli X-ışınları ve mikro-bilgisayarlı tomografi görüntüleme (uCT) ile birlikte kullanıldı. Bu model, bir şekilde, titanyum Kirschner teli-(K-teli) konulmasını içerir farelerde 14-19 arasında uyluk kemiklerinden diz ekleminin uzatılmış implantın kesilmiş ucundan. Cerrahi alan 14-19 kapatılmasından önce Staphylococcus aureus (Bio-ışıldar soy Xen29 veya Xen36) bir aşılama malzemesi daha sonra. Diz ekleminde implantın yüzeyi üzerine pipetlendi in vivo optik görüntüleme, biyolüminesans sinyallerini algılamak ve ölçmek için kullanıldı Nu geldienfekte eklem ve kemik dokusunda 14-19 bakteri mber. Buna ek olarak, floresan nötrofiller 20 sahip LysEGFP farelerde, in vivo görüntüleme floresan, K teli ihtiva eden implantları 14,19 enfekte diz eklemleri göç nötrofillerin sayısını hesaplamak için kullanıldı. Son olarak, yüksek çözünürlüklü X-ışını görüntüleme ve uCT görüntüleme dahil olmak üzere anatomik görüntüleme yöntemleri, biz keyfi 2 ve 6 hafta sonrasına 16 arasında genellikle biteceğini kronik enfeksiyonun tüm süresi üzerinde etkilenen kemiğin ilgili 2D ve 3D anatomik görüntüleme izin , 18. Bu modeli kullanarak, lokal ve sistemik tedavi antimikrobiyal koruyucu bağışıklık tepkilerinin ve kemikte patolojik anatomik bir etkinliği 14-18 değerlendirilebilir. Bu yazıda, bu ortopedik protez eklem enfeksiyonu modelinde optik ve uCT görüntüleme yöntemleri için ayrıntılı protokoller bir representati olarak sağlandıkemiğin anatomik bağlamında biyolojik süreçleri incelemek için sistem ettik. Bu farelerde bir ortopedik protez eklem enfeksiyonu modellemek için cerrahi prosedürler vardır, 2D ve in vivo optik görüntüleme prosedürleri 3D (bakteriyel biyolüminesens sinyalleri ve floresan nötrofil sinyalleri algılamak için) ile 3D optik görüntülerin, uCT görüntüleme toplama ve analizi ve co-kayıt uCT görüntüler.
Böyle uCT görüntüleme ile birlikte in vivo optik görüntüleme istifade görüntüleme teknikleri gibi multimodalite görüntüleme anatomik bir bağlamda 1-4 3D görselleştirme, ölçümlerini ve biyolojik süreçlerin boyuna izlenmesine olanak sağlayan yeni teknolojik yaklaşım sağlar. Bu çalışmada invaziv olmayan protokoller ve uzunlamasına üzerinde kemik bakteri yükü, nötrofilik enflamasyon ve anatomik değişiklikleri izlemek için farelerde bir ortopedik protez implantı enfeksiyon modelinde uCT görüntüleme ile birleştirilebilir nasıl in vivo biyolojik olarak ışık veren ve floresan görüntü ayrıntılı bilgi sağlar süresi. Birlikte ele alındığında, optik ve yapısal görüntüleme birleştirerek elde edilen bilgi, özellikle kas-iskelet sistemini etkileyen biyolojik süreçleri ve patolojik durumları incelemek için çok uygundur olabilir büyük bir teknolojik ilerleme temsil eder.
Bir faizişaret edilmelidir ing bulgu EGFP-nötrofil flüoresan sinyalleri 14-21 gün daha düzeylere düşmüştür ve biyolojik olarak ışık veren bakterilerin varlığına rağmen deney süresi boyunca arka seviyede kalmıştır ki söz konusu olmasıdır. Biz ışınlanmamış farelerde 19 nötrofil sinyallerin benzer kinetiğini görüldüğü gibi, X-ışını ışınlama nötrofil hayatta kalmasını etkilediğini mümkün değildir. Daha önceki çalışmada S. modeli içeren aureus enfekte yaralar, nötrofil infiltrasyonu enfeksiyon yerinde ve yerel olarak nötrofiller 23 olgun doğuran apse, için KIT + progenitör hücrelerin hominginde de dolaşımdan sağlam nötrofil göçünü, uzamış nötrofil hayatta bir arada çıkıyor. Benzer süreçler ortopedik implant S. nötrofil infiltrasyonu katkıda olasıdır Aureus enfeksiyon modeli. Bilinmese de nötrofil sinyalleri Orthop azaldı nedenaedic enfeksiyon modeli, bu enfeksiyonu kronik enfeksiyona akut ilerledikçe ve bu gelecekte soruşturma konusu olarak bağışıklık tepkisi zamanla değişmiş olması olabilir.
Ortopedik protez eklem enfeksiyonu bu fare modeli ve not edilmelidir in vivo modaliteli görüntüleme ile sınırlamaları vardır. Birincisi, bu fare modeli insanlarda 24 ortopedik cerrahide kullanılan gerçek süreçleri ve malzemelerin bir basitleştirme olduğunu. Bununla birlikte, bu model insan ortopedik implant enfeksiyonlarının 8,9 görülür kemik ve eklem dokusunda kronik enfeksiyonu ve ardından gelen iltihabı özetlemek yapar. Buna ek olarak, uCT görüntüler elde etmek için, X-ışını ışınlama nispeten düşük doz enfeksiyonun seyri sırasında hayvanların sağlığına olumsuz etkileri en aza indirmek için kullanılmıştır. UCT görüntüleme için kullanılabilecek kemik iyi çözünürlük, X-ışını radyasyon yüksek dozlar ötenazi birnimals. Bununla birlikte, bu, invaziv olmayan ve boylamasına deney süresi boyunca kemik değişiklikleri izleme kabiliyeti ortadan kaldıracaktır.
Sonuç olarak, anatomik uCT görüntüleme ile canlıda bütün hayvan optik görüntüleme kombinasyonunu içeren multimodalite görüntüleme enfeksiyon ve inflamatuvar yanıt hakkında daha kapsamlı bilgi izin vermiştir. Buna ek olarak, bu teknikler, kemik ve eklem doku üzerindeki enfeksiyon ve iltihaplanma sonucu değerlendirmeyi mümkün hale gelmiştir. Biz 14-18 araştırmaya başlamışlardır olarak gelecekteki çalışma antimikrobiyal tedavilerin, bağışıklık tepkilerinin, hastalığın patogenezi ve kemik reaktif değişikliklerin etkinliğini değerlendirmek için multimodalite görüntüleme yararlanabilir. Daha önce, bir hayvan modelinde uyluk enfeksiyon, endokardit, akciğer Infect Buna ek olarak, çok modelli görüntüleme bir enfeksiyon varlığını teşhis etmek için sondalar ve izleyiciler değerlendirmek olabiliriyonları ve biyomalzeme enfeksiyonlar 25-28. Son olarak, multimodalite görüntülemenin kullanımı gibi iskelet kanser, metastatik hastalık, kırıkların ve artrit 5-7 gibi, bu impact diğer koşulları kas-iskelet sistemini araştırmak için bulaşıcı hastalıkların ötesinde genişledi ve ortopedi, romatoloji ve onkoloji gibi disiplinlerden genelinde kullanılan olabilir .
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma (JAN) bir H & H Lee Cerrahi Resident Araştırma Scholars Program tarafından desteklenen bir AO Vakfı Start-Up hibe S-12-03M (LSM) ve (LSM) Sağlık hibe R01-AI078910 bir National Institutes .
Xen36 bioluminescent Staphylococcus aureus strain | PerkinElmer, Hopkinton, MA | Bioluminescent Staphylococcus aureus strain derived from ATCC 49525 (Wright), a clinical isolate from a bacteremia patient | |
Tryptic soy broth | BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ | 211825 | |
Bacto Soy Agar | BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ | 214010 | |
LysEGFP knockin mouse strain | Not commercially available. This strain contains a knockin of enhanced green fluorescence protein (EGFP) into the lysozyme M gene | ||
Betadine | Purdue Products, Stamford, CT | ||
Kirschner-wire (titanium, 0.8 mm diameter) | Synthes, West Chester, PA | 492.08 | |
Wire Cutter – Duracut T.C. | H&H Company, Ontario, Canada | 83-7002 | |
Isoflurane | Baxter, Deerfield, IL | 118718 | |
Vicryl 5-0 sutures (P-3 Reverse cutting) | Ethicon, Summerville, NJ. Purchased through VWR International. | 95056-936 | |
Sustained-release Buprenorphine (5 ml – 1 mg/ml) | Zoopharm, Windsor, CO | analgesic | |
IVIS Spectrum Imaging System | PerkinElmer, Hopkinton, MA | optical in vivo imaging system | |
Quantum FX in vivo μCT system | PerkinElmer, Hopkinton, MA | μCT in vivo imaging system | |
IVIS SpectrumCT Imaging System | PerkinElmer, Hopkinton, MA | combined optical and μCT in vivo imaging system | |
Living Image Software | PerkinElmer, Hopkinton, MA | Image analysis software for in vivo optical imaging |