Qui presentiamo un protocollo per il rilevamento ottico ad alta risoluzione di informazioni chimiche intorno a dispositivi medici impiantati con imaging chimico a luminescenza eccitata a raggi X (XELCI). Questa nuova tecnica di imaging è stata sviluppata nel nostro laboratorio che consente di studiare la biochimica delle infezioni associate agli impianti.
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Articolo metodologico
Imaging chimico ad alta risoluzione spaziale delle infezioni associate all'impianto con luminescenza eccitata a raggi X Imaging chimico attraverso il tessuto
In questo articolo
Sommario
Abstract
Le infezioni microbiche associate ai dispositivi medici impiantabili sono una delle principali preoccupazioni nel fallimento della fissazione delle fratture. La diagnosi precoce di tale infezione consentirà di eradicare con successo con antibiotici senza costi aggiuntivi per un secondo intervento chirurgico. Qui, descriviamo XELCI come una tecnica con elevata risoluzione dei raggi X, specificità dell'impianto e sensibilità chimica alle concentrazioni chimiche di immagini non invasive vicino alla superficie dei dispositivi medici impiantati. I dispositivi sono rivestiti con superfici di segnalazione chimica. Questa superficie chimicamente sensibile è costituita da due strati rivestiti su un dispositivo medico impiantabile; uno strato sensibile al pH (idrogel incorporato blu di bromotimolo o verde bromocresolo) che viene rivestito su uno scintillatore che emette luce rossa (Gd 2 O2S: Eu) per il monitoraggio. Un fascio di raggi X focalizzato irradia un punto sull'impianto e la luce rossa generata dallo scintillatore (con picchi di 620 nm e 700 nm) viene trasmessa attraverso lo strato di rilevamento che altera il rapporto spettrale a seconda del pH. Un'immagine viene generata scansionando il fascio di raggi X attraverso l'impianto e misurando il rapporto spettrale della luce che passa attraverso il tessuto punto per punto. Abbiamo utilizzato questa tecnica di imaging per monitorare le infezioni associate all'impianto precedentemente sulla superficie ossea del femore con un sensore a piastra impiantabile modificato. Ora stiamo studiando i cambiamenti di pH che si verificano dalle infezioni midollari tibiali dei bastoncelli intramidollari. Due diversi tipi di disegni di bastoncelli intramidollari sono utilizzati negli studi pre-pilota sui conigli e abbiamo appreso che la tecnica XELCI potrebbe essere utilizzata per monitorare eventuali cambiamenti chimici che si verificano non solo sulla superficie ossea ma anche all'interno dell'osso. Pertanto, ciò consente l'imaging locale non invasivo, ad alta risoluzione spaziale e a basso pH di fondo per studiare la biochimica delle infezioni associate all'impianto.
Introduzione
Negli Stati Uniti, circa 2 milioni di dispositivi di fissazione delle fratture vengono inseriti ogni anno e il 5% -10% di essi porta a infezioni associate all'impianto1. Queste infezioni sono più difficili da trattare con antibiotici nelle fasi successive a causa dell'eterogeneità e della natura resistente agli antibiotici dei biofilm 2,3. Se vengono diagnosticate precocemente, le infezioni possono essere trattate con antibiotici e sbrigliamento chirurgico per evitare costi medici aggiuntivi per un secondo intervento chirurgico per sostituire l'hardware nel sito di frattura trattato. La....
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Protocollo
Questa procedura segue i protocolli di utilizzo degli animali approvati dal Clemson University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). Gli esperimenti sono condotti secondo il Comitato per la biosicurezza della Clemson University (IBC) e il comitato per la sicurezza delle radiazioni (RSC), nonché seguendo le linee guida e i regolamenti pertinenti.
NOTA: Un diagramma di flusso del completamento di una scansione XELCI è mostrato di seguito nella Figura 5 seguito da una descrizione dettagliata passo-passo della procedura di imaging.
1. Inizializzare il sistema e acqui....
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Risultati
Come studio preliminare, abbiamo ripreso il sensore dell'asta intramidollare in una tibia alesata di un cadavere di coniglio14. Il sensore ha tre regioni distinte: la regione di riferimento, la regione pH 8 (pH basico) e la regione pH 4 (pH acido). La regione di riferimento è la particella scintillatrice (Gd 2O2S:Eu) incorporata in film epossidico irruvidito. Le regioni distintive del pH acido e basico rappresentano situazioni infette e non infette all'interno del canale intr.......
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Discussione
Per essere in grado di rilevare e studiare precocemente le infezioni ortopediche associate agli impianti per evitare complicazioni da osteomielite e procedure chirurgiche secondarie, abbiamo introdotto XELCI come una nuova tecnica di imaging funzionale. È paragonabile alle tecniche attualmente disponibili per il monitoraggio del pH attraverso i tessuti.
Durante il posizionamento del campione per l'imaging, utilizziamo una testa a croce laser collegata a ottiche di messa a fuoco policapillare c.......
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Dichiarazioni
Gli autori non rivendicano conflitti di interesse.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare la Clemson University, COMSET e Clemson SC BioCRAFT. La configurazione XELCI è stata inizialmente sviluppata con fondi di NSF CAREER CHE 12255535 e successivamente da NIH NIAMS R01 AR070305-01.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Gomito a 90 gradi | Prodotto in Hilltop Technology Laboratory, 51 Parker, Irvine, CA | ||
| Bromo Cresol Green | Sigma-Aldrich | 45ZW10 | |
| Bromo Thymol Blue | Sigma | 76-59-5 | |
| ElectraCOOL Piastra di raffreddamento termoelettrica avanzata | Pollock industries, White River, VT, USA | TCP 50 | |
| Etanolo | Beantown Chemical, 9 Sagamore Park Road Hudson, NH 03051 | 64-17-5 | |
| Gadolinio ossisolfuro europio drogato (Gd2O2S:Eu) particelle-~8.0 &; m | Phosphor Technologies Inc., Stevenage, Inghilterra | UKL63/N-R1 | |
| LabVIEW | National Instruments, Austin, TX | ||
| Modello di palcoscenico verticale lineare motorizzato (per asse Z) | Motion Control, Smithtown, NY, USA | AT10-60 | |
| National instruments c-DAQ 9171 | National Instruments, Austin, TX | NI cDAQ™-9171 | |
| Luce acrilica monopezzo prodotto | in Hilltop Technology Laboratory, 51 Parker, Irvine, CA | ||
| tampone pH 4 | VWR BDH Chemicals | BDH5024 | |
| tampone pH 8 | VWR BDH Chemicals | BDH5060 | |
| soluzione tampone fosfato | MP Biomedicals, Irvine, CA. USA | 2810305 | |
| Tubi fotomoltiplicatori Modello P25PC-16 | SensTech, Surrey, Regno Unito | Modello P25PC-16 | |
| Staphylococcus aureus subsp. aureus Rosenbach | American Type Culture Collection (ATCC), Manassas, VA | ATCC 25923 | |
| Tryptic Soy Agar | Teknova, Hollister, CA, USA& | nbsp; T0520 | |
| Brodo di soia triptico | EMD Millipore, Burlington, MA, USA | 1005255000 | |
| sorgente di raggi X-iMOXS | Institute for Scientific Instruments GmbH, Berlino, Germania | ||
| Tavolino motorizzato X,Y-30 cm x 15 cm x 6 cm di viaggio | Thorlabs Inc., Newton, NJ, USA | LTS300 e LTS150 |
Riferimenti
- Arciola, C. R., Alvi, F. I., An, Y. H., Campoccia, D., Montanaro, L. Implant infection and infection resistant materials: A mini review. International Journal of Artificial Organs. 28 (11), 1119-1125 (2005).
- Renick, P., Tang, L. Device-related infections. Racing for the Surface. Li, B., Moriarty,....
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Ristampe e permessi
