التصوير الوظيفي والقياس الكمي لمستودعات الدهون الحرارية في الفئران باستخدام نهج قائم على التصوير المصغر PET / MR.
Method Article
التصوير الوظيفي والقياس الكمي لمستودعات الدهون الحرارية في الفئران باستخدام نهج قائم على التصوير المصغر PET / MR.
يتم التعرف الآن على الخلايا الشحمية البنية والبيج كأهداف علاجية محتملة للسمنة ومتلازمات التمثيل الغذائي. تعد طرق التصوير الجزيئي غير الغازية ضرورية لتوفير رؤى مهمة حول مستودعات الدهون الحرارية هذه. هنا ، يقدم البروتوكول طريقة قائمة على التصوير بالأشعة فوق البنفسجية / التصوير بالرنين المغناطيسي لتقييم نشاط الخلايا الشحمية البنية البنية والبيج في الأنسجة الدهنية البنية بين الكتفين (iBAT) والأنسجة الدهنية البيضاء الإربية تحت الجلد (iWAT). تم تحقيق التصور والقياس الكمي لمستودعات الدهون الحرارية باستخدام [18F] FDG ، وهو تناظري الجلوكوز غير القابل للاستقلاب ، باعتباره المقتفي الإشعاعي ، عند دمجه مع المعلومات التشريحية الدقيقة التي يوفرها التصوير بالرنين المغناطيسي. تم إجراء التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير بالرنين المغناطيسي بعد 7 أيام من التأقلم البارد وتم إجراء قياس كمية لإشارة [18F] FDG في مستودعات دهنية مختلفة لتقييم التعبئة النسبية للأنسجة الدهنية الحرارية. إزالة iBAT زادت بشكل كبير من امتصاص [18F] FDG في iWAT من الفئران.
استجابة للاحتياجات الغذائية المتغيرة، تعمل الأنسجة الدهنية كمخزن مؤقت للطاقة لاعتماد إما تخزين الدهون أو وضع التعبئة لتلبية احتياجات الجسم1. علاوة على ذلك ، تلعب الأنسجة الدهنية أيضا وظيفة رئيسية في التنظيم الحراري ، من خلال عملية تسمى توليد الحرارة غير المرتعشة ، وتسمى أيضا التوليد الحراري الاختياري. ويتحقق ذلك عادة عن طريق النسيج الدهني البني (BAT) ، الذي يعبر عن مستوى وفير من بروتين غشاء الميتوكوندريا غير المقترن 1 (UCP1). كحامل بروتون ، يولد UCP1 الحرارة عن طريق فصل نقل البروتون وإنتاج ATP 2. عند التحفيز البارد ، يتم تشغيل توليد الحرارة في BAT عن طريق تنشيط الجهاز العصبي الودي (SNS) ، يليه إطلاق النورادرينالين (NE). يرتبط NE بالمستقبلات الأدرينالية β3 ويؤدي إلى ارتفاع AMP الدوري داخل الخلايا (cAMP). ونتيجة لذلك، فإن المشاركة المعتمدة على cAMP/PKA ل CREB (بروتين ربط عنصر استجابة cAMP) تحفز نسخ Ucp1 عن طريق الربط المباشر على عناصر استجابة CREB (CRE)2. بالإضافة إلى BAT ، توجد الخلايا الشحمية الشبيهة باللون البني أيضا داخل الأنسجة الدهنية البيضاء وبالتالي تسمى الخلايا البيج أو البني في الأبيض1,3. استجابة لمحفزات محددة (مثل البرد) ، يتم إعادة تشكيل هذه الخلايا البيج الهادئة لإظهار ميزات متعددة تشبه اللون البني ، بما في ذلك قطرات الدهون متعددة المواقع ، والميتوكوندريا المعبأة بكثافة ، وتعبير UCP1 المعزز 3,4,5.
أظهرت الدراسات التي أجريت على الحيوانات أن الخلايا الشحمية البنية والبيج تمتلك فوائد استقلابية متعددة تتجاوز تأثيرها في تقليل الدهون ، بما في ذلك تحسس الأنسولين ، وخفض الدهون ، ومكافحة الالتهاب ، ومكافحة تصلب الشرايين6,7. في البشر ، ترتبط كمية الدهون البيج / البني عكسيا بالعمر ومؤشر مقاومة الأنسولين واضطرابات القلب والتمثيل الغذائي 8. علاوة على ذلك ، فإن تنشيط الخلايا الشحمية البيج / البني في البشر إما عن طريق التأقلم البارد أو ناهض مستقبلات الأدرينالية β3 يمنح الحماية ضد سلسلة من الاضطرابات الأيضية4،9،10. تشير هذه الأدلة مجتمعة إلى أن تحريض الأنسجة الدهنية البنية والبيج هو استراتيجية علاجية محتملة لإدارة السمنة ومضاعفاتها الطبية ذات الصلة8.
ومن المثير للاهتمام أنه على الرغم من أنها تشترك في وظيفة مماثلة، فإن الخلايا الشحمية البيج والبني الكلاسيكي مشتقة من سلائف مختلفة ويتم تنشيطها بواسطة آليات متداخلة ولكنها متميزة1. لذلك ، في الجسم الحي التصوير والقياس الكمي للخلايا الشحمية البنية والبيج ضرورية لتحقيق فهم أفضل للتحكم الجزيئي لهذه الأنسجة الدهنية. في الوقت الحالي، لا يزال التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) 18F-fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) جنبا إلى جنب مع التصوير المقطعي المحوسب (CT) هو المعيار الذهبي لتوصيف الخلايا البنية والبيج المولدة للحرارة في الدراسات السريرية8. يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) مجالات مغناطيسية قوية ونبضات ترددات الراديو لإنتاج هياكل تشريحية مفصلة. بالمقارنة مع التصوير المقطعي المحوسب ، يولد التصوير بالرنين المغناطيسي صورا للأعضاء والأنسجة الرخوة بدقة أعلى. يتم توفير بروتوكول هنا للتصور والقياس الكمي للدهون البنية والبيج الوظيفية في نماذج الفئران بعد التأقلم مع التعرض للبرد ، وهي طريقة شائعة وأكثر موثوقية للحث على التحمير الدهني. يمكن تطبيق هذه الطريقة لتوصيف مستودعات الدهون الحرارية في نماذج حيوانية صغيرة بدقة عالية.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
يتبع البروتوكول الموضح أدناه إرشادات رعاية الحيوان لجامعة هونغ كونغ. كانت الحيوانات المستخدمة في الدراسة من الفئران C57BL / 6J البالغة من العمر 8 أسابيع.
1. العمليات الجراحية للحيوانات والتحدي البارد
2. معايرات Micro-PET / MR وإعداد سير العمل
ملاحظة: يتم إجراء التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الدقيق/التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام نظام PET/MR متسلسل (انظر جدول المواد). يتم وضع كل ماوس على سرير التصوير ؛ المسح الضوئي الأول باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي بحثا عن مرجع تشريحي (عرض كشفي) قبل التقدم إلى مركز مجال رؤية PET (FOV) للحصول على صورة ثابتة [18F] FDG PET ، تليها تصوير MR كمرجع تشريحي. يتم إنشاء سير عمل تصوير في برنامج تشغيل الماسحة الضوئية (انظر جدول المواد) لتمكين عمليات المسح الضوئي التلقائية والمتسلسلة PET/MR قبل جلسة التصوير.
3. حقن [18F] FDG
4. اقتناء Micro-PET / MR
5. تحليل ما بعد التصوير
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
خضعت ثلاث مجموعات من الفئران (n = 3 لكل مجموعة) لتصوير micro-PET / MR في هذه الدراسة ، حيث تم إيواؤها إما في الحياد الحراري (30 درجة مئوية) أو الباردة (6 درجات مئوية) لمدة 7 أيام. قامت مجموعة واحدة من الفئران (n = 3) بإزالة iBAT (iBATx) قبل العلاج البارد (الشكل 1A). أدت هذه الطريقة إلى تغيير نشاط الأنسجة الدهنية البيضاء في جميع الفئران الثلاثة. على وجه الخصوص ، لوحظت زيادة ملحوظة في امتصاص [18F] FDG في iWAT باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الدقيق / التصوير
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
في هذه الدراسة ، تم وصف التصوير القائم على PET / MR وتحديد كمية الأنسجة الدهنية الوظيفية البنية والبيج في الحيوانات الصغيرة. تستخدم هذه الطريقة نظير الجلوكوز غير القابل للاستقلاب [18F] FDG كعلامة حيوية للتصوير لتحديد الأنسجة الدهنية ذات الطلب العالي على الجلوكوز بطريقة غير جراحية. يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي تباينا جيدا في الأنسجة الرخوة ويمكن أن يميز الأنسجة الدهنية الدهنية بشكل أفضل عن الأنسجة الرخوة والعضلات المجاورة. عندما يقترن ذلك ب PET ، فإن هذا يتيح التصوير وتحديد كمية الخلايا الدهنية المنشطة نتيجة...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
وليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
نشكر دعم المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (NSFC) - صندوق العلماء الشباب الممتاز (هونغ كونغ وماكاو) (81922079) ، وصندوق البحوث العام لمجلس هونغ كونغ للمنح البحثية (GRF 17121520 و 17123419) ، وصندوق البحوث التعاوني لمجلس هونغ كونغ للمنح البحثية (CRF C7018-14E) لتجارب التصوير على الحيوانات الصغيرة.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 0.9٪ محلول ملحي معقم | BBraun | 0.9٪ تسريب كلوريد الصوديوم ، 500 مل | |
| حقنة 5 مل | Terumo | SS05L | 5 مل حقنة Luer Lock |
| جرعة معاير | Biodex | Atomlab 500 | |
| زيوت تشحيم العين | Alcon Duratears | مرهم تشحيم العين المعقم ، 3.5 جم | |
| حقنة الأنسولين | Terumo | 10ME2913 | 1 مل حقنة أنسولين مع إبرة |
| برنامج InterView Fusion | Mediso | الإصدار 3.03 | برنامج المعالجة اللاحقة وتحليل الصور |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet ، مخدر استنشاق ، 250 مل | |
| كيتامين | الفسان الدولية BV | HK-37715 | محلول حقن الكيتامين 10٪ ، 10 مل |
| أكسجين طبي | Linde HKO | 101-HR | غاز مضغوط ، نقاء 99.5٪ |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 مجم / مل محلول ميلوكسيكام للحقن للكلاب والقطط ، 10 مل | |
| نانو سكان PET / MR ماسح | ضوئي Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan | Mediso | الإصدار 3.0 | Scanner برنامج التشغيل |
| مقاطع الجرح | Reflex 7 | 203-100 | 7 مم مقاطع الجرح المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 20 مقطعا |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | محلول حقن زيلازين 2٪ ، 30 مل |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission