Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Cerenkov הארת ההדמיה של רקמות Interscapular בראון שומן

Published: October 7, 2014 doi: 10.3791/51790
Automatic Translation
1,2, 3, 1, 1
1Molecular Imaging Laboratory, MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School, 2Center for Drug Discovery, School of Pharmacy, China Pharmaceutical University, 3Perkin Elmer

Introduction

בראון רקמת שומן (BAT) הוא רקמה מיוחדת לתרמוגנזה ביונקים, ואחד מהתפקידים המרכזיים שלה הוא לשמור על מאזן האנרגיה של הגוף כולו דרך מתפוגג כמויות גדולות של חומר כימי / אנרגיית מזון כחום 1. המאפיינים הייחודיים ביותר של BAT כוללים ביטוי בשפע שחרר את סוגר חלבון-1 (UCP-1), טיפות שמן קטנות בשפע, מספר גדול של מיטוכונדריה בתא בודד, וכלי דם משמעותיים ברקמה 2-5. תכונות ייחודיות אלה חזקים לקשר עם התפקיד החשוב של הרקמה בהוצאה חילוף חומרים ואנרגיה. BAT שנחשב בעבר לכבר לא יהיה נוכח ולא ניחן בשום פונקציות פיסיולוגיות משמעותיות בבני האדם מבוגרים 1, לעומת זאת חקירות הדמיה PET / CT האחרונות הראו בבירור כי BAT עדיין מציג במבוגרים אדם 2,3,6-9. קשר הפוך בין מסת BAT ומדד מסת גוף (BMI) הוקם מכמה מחקרים, ומחדשמחקרי הסנט הצביעו על כך שפעילות גופנית יכולה להגדיל את המסה של BAT. תוצאות אלה מרמזות בבירור שהתפקוד הלקוי של BAT קשור באופן הדוק עם פתולוגיות של השמנת יתר וסוכרת 2,6,10,11. בנוסף, גובר ראיות מצביעה על כך שהפונקציה של BAT קשורה מאוד לפתולוגיות שונות אחרות כגון מחלת סרטן ו3,7,12,13 ניווניות.

הפעלת BAT, תהליך להגדיל תרמוגנזה, ניתן להשיג בתנאים שונים, כגון חשיפה לקור, פעילות גופנית, וטיפול תרופתי ומניפולציה גנטית 1,14,15. חשיפה לקור וטיפול נוראפינפרין הם השיטות הנפוצות ביותר להפעלת BAT. קר, שניתן לחוש על ידי מנגנונים שונים, כגון thermoreceptors בעור, מגרה את עצבים הסימפתטית וגורם לשחרור של נוראפינפרין (NE) לבת. NE שוחרר מפעיל UCP-1 כדי לאתחל תרמוגנזה כדי לשמור על טמפרטורת הגוף הנורמלית. תחת מיזוג זהב, את הספיגה של גלוקוז גם מגדילה לספק יותר מקורות פחמן לחילוף החומרים מוגברים בBAT 1,16,17. ההדמיה PET עם 18F-FDG אישרה כי הספיגה של גלוקוז שכותרתו גדלה בתנאים קרים במחקרים בבני אדם 6.

במונחים של הדמיה אופטית, BAT הוא יעד אידיאלי. יש BAT interscapular מיקום ייחודי בעכברים, הממוקם במרחק של איברים גדולים כמו הכבד, לב, ובבטן. לכן, התערבות אות מאיברים הגדולים אלה היא (איור 1 א) לא משמעותי. בינתיים, המיקום הרדוד של BAT interscapular מאפשר יותר לאותות להיות שנתפס על ידי המצלמה הגילוי. יתר על כן, BAT הוא איבר מסה מרוכז, אשר מגביל את אות האור באזורים מסוימים. בנוסף, הכושר הגופני המשולש הייחודי של BAT עושה את זה קל להבחין בין רקמות אחרות (איור 1 א).

הדמיה הארה Cerenkov (CLI), mol יצא זה עתהטכנולוגיית ההדמיה ecular 18-26, רותמת את הארה שנוצרה מ+ ו-- הדעיכה של אטומים רדיואקטיביים כגון 18 F ו131 אני במדיום. החלקיק הטעון (כגון + ו -) מקטב מולקולות בזמן שהוא נוסע ב18-20 הבינוני, והארה / אור נפלט כאשר המולקולות המקוטבות להירגע חזרה לשיווי משקל. הארה הנפלטת נקראת Cerenkov ההארה (CL). התכונות ספקטרליות הייחודיות של CL כוללות ספקטרום הרחב שלה בכל רחבי אולטרה סגול (UV) וספקטרום הנראה 18-20, והקשר ההפוך שלה בין העצמה והמרובעת של אורך הגל (λ 2). שני טווחי UV ונראים לעין של האור הנפלט יכולים להיות מנוצלים עבור יישומים שונים. חלק UV של הארה Cerenkov כבר הגיש בקשה לphotoactivation in vivo של וציפרין בכלוב 21, בעוד האור הנפלט באורך הגל הארוך יותר יכול להיותמשמש לin vivo הדמיה אופטית 18,27-31.

למחקרים בבעלי חיים קטנים, ההדמיה CLI עם מערכת הדמיה אופטית היא מהירה יותר ויותר וחסכוני יותר PET. יתר על כן, CLI יכול להיות מיושם להקרנת תפוקה גבוהה עם מערכת הדמיה מצוידת בקיבולת תפוקה גבוהה. היתרונות והחסרונות של טכנולוגיה זו כבר נדונו במספר ביקורות 25,32,33. טומוגרפיה 3D של CLI נחקרה באינטנסיביות במספר קבוצות 28,34-37, והיישומים של CLI הדמיה אנדוסקופית והדמיה תוך ניתוחית הוכחו בהצלחה בעכברים, כמו גם 30,38. בנוסף, ספינלי וThorek et al. הוכיחו כי ההדמיה CLI יכולה להיות מיושמת על בני אדם, ובכך הטכנולוגיה יש גם פוטנציאל עבור יישומים קליניים 39, 40.

במהלך הגילוי מחדש של BAT בבני אדם, תמונות חיות מחמד הצביעו על כך שבבירורכמות משמעותית של 18 F-FDG שנצברה בBAT תחת 2,3,6 תנאים מסוימים. בנוסף, בבדיקת PET עם עכברים גם ללא ספק הראתה כי BAT יכול להיות מודגש עם 18 F-FDG 41 42. בדו"ח זה, אנו מדגימים כיצד הארה Cerenkov נפלטת מ18 F-FDG יכולה להיות מנוצלת עבור BAT הדמיה בחיות קטנות באמצעות מערכת הדמיה אופטית. הגישה שלנו מספקת שיטה מהירה, זולה ונוחה של ההדמיה BAT לבעלי חיים קטנים. טכניקה זו יכולה לשמש כחלופה לשיטת הדמיה PET עם 18 F-FDG, במיוחד למעבדות ללא מתקני PET.

Protocol

הערה: יש לבצע כל המחקרים בבעלי החיים תחת פרוטוקולים מוסדיים אושרו והנחיות טיפול בבעלי החיים.

.1 בBAT ההדמיה Vivo CLI עם 18 F-FDG

הדמיה 1.1 רקע:

  1. לפני 18 הזרקת F-FDG, מקום ארבעה עכברים בעירום בחדר אינדוקציה כי כבר מחובר עם מאוזן isoflurane עם חמצן למשך 5 דקות כדי לגרום להרדמה. לאחר מכן למקם את ארבעת עכברים מורדמים לתוך מכשיר ההדמיה.
  2. לרכוש את תמונת רקע עם הפרמטרים הבאים: מסנן פתוח, f = 1, בן = 8, FOV = D, וזמן חשיפה = 120 שניות, טמפרטורת שלב = 37 מעלות צלזיוס.

1.2 הדמיה BAT עם 18 F-FGD:

  1. הזרק עכברים מורדמים עם 280 μCi של 18 F-FDG בPBS דרך הווריד בוריד הזנב. לאחר ההזרקה, להחזיר את העכברים לכלוב מצויד במזון ומים.
    הערה: זה שנחוץדרוש כדי להזריק לווריד 18 F-FDG להשיג ניגוד הגון סביב אזור BAT. רק ניגוד חלש מאוד שניתן לראות עם אותה הכמות של 18 F-FDG אם נעשה שימוש בזריקה intraperitoneal.
  2. לרכוש תמונות CLI ב30, 60, ו120 דקות לאחר הזרקת 18 F-FDG עם אותם הפרמטרים כמו הדמיה רקע (צעד 1.1.2). עבור כל פגישת הדמיה, לאפשר 5 דקות לreinduction ההרדמה.
  3. כדי לכמת את יחס האות לרעש (S / N), להשתמש בממשק תוכנת הדמיה כדי לצייר שתי ROIs שווה בגודל האליפסה מעל BAT interscapular ואזור סמוכה לBAT (אזור ההפניה) (איור 1b).

1.3 תיקוף מקור CLI:

  1. הרדימי ארבעה עכברים ולהזריק עכברים עם 280 μCi של 18 F-FDG לווריד.
  2. להקריב דקות עכברי 60 לאחר ההזרקה של 18 F-FDG על ידי הזרקה של נתרן pentobarbital (200 מ"ג / קילוגרם, IP). להסיר את הסקי בזהירותn מאזור interscapular. תמונה כל העכברים עם אותם הפרמטרים כאמור לעיל (1.1.2), באותו הזמן (איור 2 א).
  3. מוציא בזהירות את רקמת interscapular הלבנה השומן (WAT) ובת, ולאחר מכן תמונת העכברים גזורים עם אותם הפרמטרים (איור 2b).
  4. מתמונות CLI, לחשב את התרומה מבת על ידי שימוש בשתי ROIs עם המשוואה הבאה: R (BAT) = (CLI ב -CLI) (BAT) / (CLI ב -CLI) (-הוסר BAT), שבו החזר על השקעה הוא לאזור interscapular והחזר על ההשקעה ב הוא לאזור ההתייחסות (איור 2b).

2 BAT Imaging Application

2.1 ניטור הפעלה עם NE

  1. לחלק עכברים בעירום לשתי קבוצות (n = 4 כל אחד).
  2. הזרק קבוצה אחת עם נוראפינפרין (NE) (50 μl, 10mm) intraperitoneally. השתמש בקבוצה השנייה כמערכות בהופעלו איl. לאחר 30 דקות, להרדים שני קבוצות עם isoflurane למשך 5 דקות, ולאחר מכן הווריד להזריק כל עכבר עם 18 F-FDG (220 μCi).
    הערה: זריקת intraperitoneal של NE צריכה להיות 30 דקות לפני 18 הזרקת F-FDG להימנע באופן דרמטי התססה העכברים.
  3. תמונת דקות עכברי 60 לאחר 18 הזרקת F-FDG באמצעות אותם הפרמטרים כמו הפרוטוקולים לעיל.

הפעלת 2.2 ניטור תחת חשיפה קרה

  1. מדוד את טמפרטורות הגוף של העכברים בחדר הקר עם מדחום רקטלי. טמפרטורות צריכה להיות על 30 מעלות צלזיוס.
  2. תמונת דקות עכברי 60 לאחר 18 הזרקת F-FDG על ידי שימוש באותם פרמטרים הדמיה כפרוטוקולים לעיל. השתמש בעכברים שנשמרים בטמפרטורת חדר (25 ° C) כשולטים, ותמונתם עם אותו.
  3. למחקר חשיפה לקור, למקם את העכברים בחדר קר (4 מעלות צלזיוס) במשך 4 שעות לפני 18 הזרקת F-FDG ולחזור מ 'קרח לחדר הקר לאחר כל פגישת הדמיה ולאחר שחלים מהרדמה.
  4. פרמטרים כאמור לעיל.

שחרור משרות 2.3 ניטור של BAT תחת הרדמה ארוכה

  1. להרדמה ארוכה (60 - 70 דקות), להזריק עכברי intraperitoneally עם קטמין / xylazine ולשמור אותם תחת הרדמה ל60 - 70 דקות בטמפרטורת חדר.
  2. ברגע שהעכברים מורדמים, להזריק 18 F-FDG (220 μCi) לווריד דרך וריד הזנב.
  3. תמונת דקות עכברי 60 לאחר 18 הזרקת F-FDG על ידי שימוש באותם פרמטרים כמו הפרוטוקולים לעיל.

.3 ספקטרלי unmixing וMultispectral Cerenkov הארת טומוגרפיה לימודים

  1. הרדימי עכבר למשך 5 דקות, ולאחר מכן להזריק 300 μCi 18 F-FDG לווריד. לרכוש תמונות multispectral 60 דקות לאחר הזרקת 18 F-FDG מצד הגב של החיה עם הפרמטרים הבאים: f = 1, בן = 16, רכישהזמן = 300 שניות למסנן, מסנני פליטה = 580, 600, 620, 640, 660 ו680 ננומטר.
  2. לנהל unmixing רפאים עם החיים ההדמיה 4.3.1 תוכנה ובחר שני מרכיבים (BAT ואותות נוקבים) וunmixing האוטומטי (איור 4).
  3. לנהל את שחזור 3D על פי השיטה שדווחה על ידי et קואו אל. 28,43. לשלב את ספקטרום פליטת Cerenkov למודל התפשטות האור המפוזר, להחיל הסדרת טיחונוב בNNLS (ריבועים לפחות לא שלילי) אופטימיזציה של השאריות, וליצור טומוגרפיה פני השטח (המשמש לcoregistration תמונת 3D) מהדמית מבנה האור (איור 5 ).
    הערה: לקבלת unmixing הרפאים CLI multispectral וטומוגרפיה, לפחות 5 תמונות עם פילטרים שונים יש צורך.

Representative Results

באיור 1, BAT interscapular (איור 1 א) היה מודגש בכל נקודות הזמן (30, 60, 120 דקות), והניגוד בין אזור התייחסות BAT ויכול להיות שנצפה (איור 1b) בקלות. יש לציין, את קווי המתאר של תמונת BAT משתקפים באופן הדוק המראה הפיזי שלה, שבו יש קווי המתאר משולשים. יחסי האות בין אזור התייחסות BAT והיו 2.37, 2.49, ו2.53 לקפל ב30, 60, ו120 דקות לאחר ההזרקה (איור 1 א).

מניסוי נתיחת הצעד חכם, 85% מהאות באתר interscapular שמקורו מBAT (איור 2). עם זאת, עדיין יש איזה אות השיורי הממוקמת ליד השפה העליונה של BAT, אשר ככל הנראה מקורו ברקמה שיורית BAT ורקמות סמוכות אחרות הכוללות כלי דם ושרירים.

זה כבר דווח כי הפעלת BAT יכולה להיות מושג באמצעותנוראפינפרין טיפול (NE) וחשיפה לקור 3,6. ראשית, אנו נצפו הפעלת BAT עם NE באותה הקבוצה של עכברים עם ובלי טיפול NE בהרדמה קצרה (5 דקות) isoflurane. הנתונים הראו אות CLI גבוהה באופן משמעותי בתנאי שטופל NE (1.23 פי) מאשר ללא טיפול NE (איור 3 א).

במחקרים בבני אדם, בבדיקת PET הראתה כי נבדקים תחת חשיפה הקרה היו הרבה יותר גבוה 18 ספיגת F-FDG בBAT מאלה בטמפרטורת חדר 6. במחקר בעכברים זה, עלייה של 39% ב18 ספיגת F-FDG נצפתה בBAT של בעלי החיים שטופלו בחשיפה קרה (איור 3 ב).

בעכברים, פעילות BAT יכולה להיות מושפעת על ידי הרדמה שונה משטרים 3,41. לדוגמא, 18 ספיגת F-FDG בBAT יכולה להיות ירידה משמעותית אחרי שעה אחת של הרדמה עם קטמין 41. השוואת uptak 18 F-FDGדואר באותה הקבוצה של עכברים תחת (5 דקות עם isoflurane) קצרות והרדמה ארוכה (דקות 70 עם קטמין / xylazine) משטרים, ירידת 54% ב18 ספיגת BAT F-FDG נצפה בקבוצה מורדמת עם קטמין / xylazine ( איור 3 ג).

זה ידוע היטב כי חלבונים (כגון המוגלובין בדם וציטוכרום C במיטוכונדריה) המכיל heme יכול להוביל לקליטה קלה משמעותית, וצפוי כי כלי דם בשפע בBAT 1 ישנו את הספקטרום של CLI, והרפאים צורה מאזור BAT תהיה שונה מאזורים אחרים. מתקבל על הדעת, טכניקות unmixing רפאים מאפשרות לנו להפריד את ספקטרום שני CLI. מתרשים 4 א, ​​אין אזור מסוים היה מסומן מהתמונה הצרופה של מרכיב מס '1 (# Unmix 1), והספקטרום המתאים (קו כחול באיור 4d) דומה לספקטרום הפליטה של 18 F בתקשורת טהורה, שבו CLI מקרוב התעצמתיty מתואם באופן הפוך לריבוע של אורך הגל 18,20. הנתונים אלה מצביעים על כך שUnmix # 1 מיוצג אות נוקבת CLI, שהוא כנראה ממעמקים רדודים מאוד, כגון 18 הצטברות F-FDG בעור. השיא של מס '2 הקשת הצרופה (קו אדום) היה בסביבות 640 ננומטר, מה שמרמז האות הייתה מBAT. מעניין, בניגוד להנחתה המשמעותית של עוצמת ננומטר CLI קצר יותר מאשר 640, לא חלו ירידה דרמטית של עוצמת נצפתה פעם אחת זה הגיע לשיאו (קו אדום באיור 4), המצביע על חדירה לרקמות טובה יותר של האור הנפלט באורכי גל ארוכים יותר.

טומוגרפיה Multispectral Cerenkov הארה (msCLT) שימשה לשחזור 3D. msCLT כבר דווח בעבר על ידי קואו et al. 28,43, והוא בנוי מסדרה של תמונות מישוריים 2D רכשו עם מספר מסנני bandpass הצרים (> 5 מסננים). תמונות 3D המשוחזרות הן coregistered עם טומוגרפיה משטח שנוצר מאור המבנה, והתמונות עולות כי חלק ניכר מאות CLI מקור מבת interscapular (איור 5). למרבה הפלא, תמונת העטרה (איור 5 א) באופן ברור מתארת ​​שתי אונות של BAT, אשר דומות מתאר המשולש של BAT שמוצג באיור 5e מקרוב.

איור 1
איור 1: (א) קווי המתאר משולשים של BAT interscapular (חץ כחול) בעכבר; (משמאל) BAT מכוסה ברקמת שומן לבנה, ובת (מימין) חשופה. תמונות CLI (ב) לעכבר ב30 ו60 דקות לאחר 18 F-FDG (280 μCi) הזרקה תוך ורידית. התמונות ברורות להתוות את קווי המתאר של BAT. ניתוח כמותי של אות CLI מinte (ג)אזור rscapular BAT ואזור התייחסות. הדפס מהתייחסות 42. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2: (א) נציג תמונות של עכברים לפני (משמאל) ואחרי (מימין) הסרת BAT. (ב) כימות מצביעות על כך שCLI> 85% מקורם BAT. הדפס מהתייחסות 42. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3:(א) נציג תמונות CLI של BAT של עכברים עם (משמאל) ובלי (מימין) גירוי NE תחת ההרדמה isoflurane קצרה. (ב) ניתוח כמותי של אותות CLI משתי קבוצות ב( א) (n = 4 לכל קבוצה). (ג) נציג תמונות CLI של BAT של עכברים עם (משמאל) ובלי (מימין) גירוי קר בהרדמה isoflurane קצרה. (ד) ניתוח כמותי של אותות CLI משתי קבוצות שמוצגים ב( ה) (n = 3 - 4 לכל קבוצה). (ה) נציג תמונות CLI של BAT ב60 דקות לאחר הזרקת 18 F-FDG בהרדמה isoflurane קצר (5 דקות) (משמאל) וקטמין / הרדמה xylazine (70 דקות) (מימין). (ו) ניתוח כמותי של אותות CLI משתי קבוצות שמוצגים ב( ז) (n = 4 לכל קבוצה). הדפס מהתייחסות 42. טיעוןse לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4:. Unmixing ספקטרלי לCLI הנוקב וBAT CLI (א) Unmix # 1 מראה כי אות CLI נוקבת מ18 F-FDG מופצת על כל הגוף (הספקטרום בלתי מעורבבים לתמונה זו מוצג ב( ד) (קו כחול )). (ב) Unmix # 2 מצביע על כך שהרוב המכריע של CLI באתר interscapular הוא מבת (הספקטרום הצרוף מוצג ב( ד) (קו אדום)). שיא CLI הוא סביב 640 ננומטר. תמונה ממוזגת של Unmix # 1 ומס '2 (ג). ספקטרום CLI של Unmix # 1 ומס '2 (ד). הדפס מהתייחסות 42. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. </ P>

איור 5
איור 5: טומוגרפיה Multispectral Cerenkov הארה (- ד) שחזור 3D של התמונות.. ניתן לראות Interscapular BAT בעטרה (א), sagittal (ב), ורוחבי צפיות (ג), כמו גם בתמונה 3D (ד); צורת BAT הפיזי (ה) מוצגת (חץ כחול) שנמצא בקורלציה עם תמונות משוחזרות. הדפס ולהתאים מהתייחסות 42. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Discussion

מחקר הקשורים לBAT נערך במשך כמה עשורים. בעבר, זה היה נחשב לבעל אין רלוונטי פיסיולוגי משמעותית במהלך הבגרות אנושית 1. BAT עם זאת, ההדמיה האחרונה בקנה מידה גדולה קלינית PET עם 18 F-FDG וחקירות אחרות אישרו עדיין קיים בחזה העליון, הצוואר ומקומות אחרים במבוגרים 2,3. מחקרים שנעשו לאחרונה מומלץ בחום שBAT ממלא תפקיד חשוב ב2,6 השמנת יתר והסוכרת. מחקרים אחרים מצביעים על כך שגם BAT ממלא תפקידים חשובים בתהליך של הזדקנות 12 ושהפעילות שלה יכולה להיות משופרת באמצעות פעילות גופנית 10,44.

גם במחקרים בבני אדם קליניים ומחקר פרה קליני, בבדיקת PET עם 18 F-FDG היא השיטה הנפוצה ביותר ללימודי BAT. עם זאת, למחקרים בבעלי חיים פרה קליניים, PET הוא בדרך כלל הרבה יותר יקר מאשר הדמיה אופטית. בפרוטוקול זה, אנו מראים כי CLאני עם 18 F-FDG יכול להיות מיושם על BAT הדמיה אופטי בבעלי חיים קטנים. כמו טכניקות אופטיות אחרות הדמיה, הגבלת רקמות חודרות ורגישות נמוכה למטרות עמוקות הם המגבלות הפנימיות של CLI 25,32. עם זאת, לאחרונה ספינלי et al. הוכיח כי אות CLI הגונה יכולה להיבחן עם עומק רקמה 10 מ"מ עם 32 P 28,43, וThorek et al. הראה כי חדירת מ"מ 16 ניתן להשיג בבלוטות הלימפה של חולים לאחר הזרקת 18 F-FDG 39, 40. בהשוואה להדמית PET, CLI ניתן לבצע עם מערכת הדמיה העלות נמוכה יחסית. לאחרונה, Thorek et al. הוכיחו כי גבוהה באופן משמעותי את הרגישות ניתן להשיג עם CLI כמויות נמוכות של 18 F-FDG שנצברו (כ 2Ci) בצומת של חולים 39, 40 בדיקות. במבחנה הראו שאות CLI מ0.01 Ci 90Y הייתה לזיהוי ב25,32,33 פתרון

במהלך ניסויים, מצאנו כי בניגוד CLI של BAT עם 18 F-FDG קשור מאוד לשיטות ההזרקה. הזרקה תוך ורידית של 18 F-FDG יכולה לספק ניגוד מצוין לBAT interscapular, תוך זריקת intraperitoneal עם אותה הכמות של 18 F-FDG הראה לעומת זאת חלש באזור BAT.

unmixing ספקטרלי, טכניקה מעשית מאוד כדי להפריד בין שתי קבוצות של אותות, כבר בשימוש נרחב בדימות פלואורסצנטי. זה ידוע היטב כי הספיגה של 18 F-FDG לא היעד ספציפי מאוד, ומטרות שונות / רקמות בעלי תכונות הנחתה אור שונות. מצאנו השיא של ספקטרום CLI של BAT הוא סביב 640 ננומטר, והנתונים אלה משקפים את ההקשרים בפועל של BAT. שחזור 3D של יחסי ציבור זהotocol מאוד מפורמט, כי זה יכול להתבצע עם מערכת הדמיה אופטית זמינה מסחרי המבוססת על מאפייני diffusive אור באורכי גל שונים. עם גישה זו, אנו יכולים להימנע מהשימוש במערכת הדמיה מיוחדת שדורשת להציג תמונות זווית מרובה לשחזור 3D.

עבור שניהם unmixing הרפאים ושחזור 3D, נדרש מינימום גבוה יותר של 600 ספירת פוטון מכל תמונה בBAT. לשם כך, binning הגדולה (בן = 16), תחנה קטנה f (f = 1) וזמן רב רכישה (5 דקות) יש צורך עבור כל תמונה.

לסיכום, רתימת המיקום ייחודי וצורה של BAT וגבוהה באופן משמעותי את ספיגת של 18 F-FDG בBAT, אנו מדגימים כיצד BAT בבעלי חיים קטנים ניתן הדמיה אופטית עם 18 F-FDG באמצעות טכניקת CLI. שיטה זו יכולה לשמש באופן מהימן לBAT הדמיה ומעקב אחר הפעלת BAT. בנוסף, אנחנו גם מראים כי unmixing הרפאים וRECO 3Dnstruction הם מעשיים וכימות 3D נפח אפשרי למחקרים עתידיים.

Disclosures

פרסום מאמר וידאו זה נתמך על ידי פרקין אלמר חברה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optical Imaging system Perkin Elmer IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated
CCD Size: 2.7 cm x 2.7 cm
Pixels: 2048 x 2048
Quantum Efficiency: 85%
Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm 2
Dark Current: <100 electrons/s/cm 2
Lens: f 0.95 50 mm
CCD Cooling: Cooled to 90 degree. 
18F-FDG IBA Molecular
norepinephrine Sigma N5785-250MG
Ketamine/Xylazine Sigma K113-10ML

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
  2. Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New Eng. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
  3. Nedergaard, J., Bengtsson, T., Cannon, B. Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. Amer. J. Physiol. Endocrinol. Metabolism. 293, 444-452 (2007).
  4. Tseng, Y. H., et al. New role of bone morphogenetic protein 7 in brown adipogenesis and energy expenditure. Nature. 454, 1000-1004 (2008).
  5. Zhang, H., et al. Cross talk between insulin and bone morphogenetic protein signaling systems in brown adipogenesis. Mol. Cell. Biol. 30, 4224-4233 (2010).
  6. van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. New Eng. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
  7. Zingaretti, M. C., et al. The presence of UCP1 demonstrates that metabolically active adipose tissue in the neck of adult humans truly represents brown adipose tissue. FASEB J. 23, 3113-3120 (2009).
  8. Chen, Y. I., et al. Anatomical and Functional Assessment of Brown Adipose Tissue by Magnetic Resonance Imaging. Obesity. 20, 1519-1526 (2012).
  9. Chen, Y. C., et al. Measurement of human brown adipose tissue volume and activity using anatomic MR imaging and functional MR imaging. J. Nucl. Med. 54, 1584-1587 (2013).
  10. Bostrom, P., et al. A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature. 481, 463-468 (2012).
  11. Yoneshiro, T., et al. Age-related decrease in cold-activated brown adipose tissue and accumulation of body fat in healthy humans. Obesity. 19, 1755-1760 (2011).
  12. Mattson, M. P. Perspective: Does brown fat protect against diseases of aging. Ageing Res. Rev. 9, 69-76 (2010).
  13. Stephens, M., Ludgate, M., Rees, D. A. Brown fat and obesity: the next big thing. Clin. endocrinol. 74, 661-670 (2011).
  14. Harms, M., Seale, P. Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential. Nat. Med. 19, 1252-1263 (2013).
  15. Farmer, S. R. Obesity: Be cool, lose weight. Nature. 458, 839-840 (2009).
  16. Inokuma, K., et al. Uncoupling protein 1 is necessary for norepinephrine-induced glucose utilization in brown adipose tissue. Diabetes. 54, 1385-1391 (2005).
  17. Isler, D., Hill, H. P., Meier, M. K. Glucose metabolism in isolated brown adipocytes under beta-adrenergic stimulation. Quantitative contribution of glucose to total thermogenesis. Biochem. J. 245, 789-793 (1987).
  18. Robertson, R., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54, 355-365 (2009).
  19. Spinelli, A. E., et al. Cerenkov radiation allows in vivo optical imaging of positron emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 55, 483-495 (2010).
  20. Liu, H., et al. Molecular optical imaging with radioactive probes. PloS One. 5, e9470 (2010).
  21. Ran, C., Zhang, Z., Hooker, J., Moore, A. In vivo photoactivation without 'light': use of Cherenkov radiation to overcome the penetration limit of light. Mol. Imaging. Biol. 14, 156-162 (2012).
  22. Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., Harpstrite, S., Piwnica-Worms, D. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PloS One. 5, e13300 (2010).
  23. Ruggiero, A., Holland, J. P., Lewis, J. S., Grimm, J. Cerenkov luminescence imaging of medical isotopes. J. Nucl. Med. 51, 1123-1130 (2010).
  24. Lewis, M. A., Kodibagkar, V. D., Oz, O. K., Mason, R. P. On the potential for molecular imaging with Cerenkov luminescence. Optics Letters. 35, 3889-3891 (2010).
  25. Mitchell, G. S., Gill, R. K., Boucher, D. L., Li, C., Cherry, S. R. In vivo Cerenkov luminescence imaging: a new tool for molecular imaging. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. 369, 4605-4619 (2011).
  26. Thorek, D. L., Ogirala, A., Beattie, B. J., Grimm, J. Quantitative imaging of disease signatures through radioactive decay signal conversion. Nat. Med. 19, 1345-1350 (2013).
  27. Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., Lewis, J. S., Grimm, J. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 11, 1-10 (2012).
  28. Spinelli, A. E., et al. Multispectral Cerenkov luminescence tomography for small animal optical imaging. Optics Express. 19, 12605-12618 (2011).
  29. Xu, Y., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53, 312-317 (2012).
  30. Liu, H., et al. Intraoperative imaging of tumors using cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. 53, 1579-1584 (2012).
  31. Thorek, D. L., et al. Positron lymphography: multimodal, high-resolution, dynamic mapping and resection of lymph nodes after intradermal injection of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 53, 1438-1445 (2012).
  32. Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52, 2009-2018 (2011).
  33. Spinelli, A. E., Marengo, M., Calandrino, R., Sbarbati, A., Boschi, F. Optical imaging of radioisotopes: a novel multimodal approach to molecular imaging. Quart. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 56, 280-290 (2012).
  34. Hu, Z., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Optics Express. 18, 24441-24450 (2010).
  35. Hu, Z., et al. Cerenkov luminescence tomography of aminopeptidase N (APN/CD13) expression in mice bearing HT1080 tumors. Mol. Imag. 12, 173-181 (2013).
  36. Zhong, J., et al. Cerenkov luminescence tomography for in vivo radiopharmaceutical imaging. Internatl. J. Biomed. Imaging. 2011, 641618 (2011).
  37. Zhong, J., Qin, C., Yang, X., Chen, Z., Tian, J. Fast-specific tomography imaging via Cerenkov emission. Mol. Imaging. Biol. 14, 286-292 (2012).
  38. Kothapalli, S. R., Liu, H., Liao, J. C., Cheng, Z., Gambhir, S. S. Endoscopic imaging of Cerenkov luminescence. Biomed. Optics Express. 3, 1215-1225 (2012).
  39. Spinelli, A. E., et al. First human Cerenkography. J. Biomed. optics. 18, 20502 (2013).
  40. Thorek, D. L., Riedl, C., Grimm, J. Clinical Cerenkov Luminescence Imaging of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 55, 1345-1350 (2014).
  41. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. J. Nucl. Med. 47, 999-1006 (2006).
  42. Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. In vivo optical imaging of interscapular brown adipose tissue with (18)F-FDG via Cerenkov luminescence imaging. PloS One. 8, e62007 (2013).
  43. Kuo, C., Coquoz, O., Troy, T. L., Xu, H., Rice, B. W. Three-dimensional reconstruction of in vivo bioluminescent sources based on multispectral imaging. J. Biomed. Optics. 12, 024007 (2007).
  44. Xu, X., et al. Exercise ameliorates high-fat diet-induced metabolic and vascular dysfunction, and increases adipocyte progenitor cell population in brown adipose tissue. Amer. J. Physiol. Regulatory, integrative and comparative physiology. 300, 1115-1125 (2011).

Tags

רפואה גיליון 92 הדמיה הארה Cerenkov רקמת שומן חומה 18F-FDG הדמיה אופטית, unmixing רפאים
Cerenkov הארת ההדמיה של רקמות Interscapular בראון שומן
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran,… More

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue. J. Vis. Exp. (92), e51790, doi:10.3791/51790 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter