Name: Neuroinflammation 的 PET 成像 11C DPA-713 在小鼠缺血性中风模型中的应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 1 s
Description: 学习使用TSPO-PET成像技术在小鼠缺血性中风模型中实时定量神经炎症的空间分布和程度，并通过离体放射自显影验证活体成像结果。该方法可显著提高实验效率。

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作者感谢Buckwalter实验室（特别是Todd Peterson博士）提供了小鼠模型并实施了dMCAO和假手术。此外，作者感谢Invicro公司的Thomas Liguori在VivoQuant图像分析软件方面提供的技术协助，感谢斯坦福大学SCi3小动物成像中心的Tim Doyle博士、Laura Pisani博士和Frezghi Habte博士在本成像方案开发过程中提供的建议与帮助，以及感谢放射化学设施（特别是Jun Park博士）在[11C]DPA-713合成过程中给予的支持。

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作者声明无利益冲突。

本文所述方案介绍了一种利用[11C]DPA-713-PET。TSPO-PET 是目前研究最广泛的用于可视化和量化神经炎症的成像生物标志物 体内 迄今为止，TSPO 在脑内胶质细胞中的表达于炎症期间上调，从而允许对神经炎症进行无创检测与定量。此外，该技术具有高度可转化性，使其成为临床与临床前研究中的重要工具。本方案及代表性结果强调了使用 [11C]DPA-713 PET 用于检测和监测卒中及其他神经系统疾病中的神经炎症改变 体内.
本研究采用3月龄C57BL/6雌性小鼠进行远端大脑中动脉闭塞（dMCAO）手术。选择该模型的原因在于其可产生高度可重复的、局限于体感皮层的梗死灶，相较于其他脑卒中模型（例如，大脑中动脉闭塞（MCAO）线栓法），该模型能建立变异性较低的永久性局灶性缺血模型14。脑卒中模型的正电子发射断层扫描（PET）成像具有优势，即可通过同一只动物对侧半球内的感兴趣区域（ROI）作为脑内自身参考区域。由于手术本身可能引发一定程度的炎症反应，因此在实验设计中必须纳入接受假手术的小鼠作为对照，假手术组仅进行开颅和脑膜操作而不闭塞动脉。仅开颅操作即可导致下方神经组织受损，并可能引入病原体，从而引发与脑卒中无关的免疫反应20。因此，假手术后出现一定程度的炎症反应是预期之内的，应与dMCAO组平行评估，以排除信号仅源于手术本身的可能性。为避免在dMCAO队列分析中混入非脑卒中引起的手术相关炎症，必须进行MR成像以确认脑卒中手术成功并形成梗死灶。MRI还可提供结构参考框架，这对于准确勾画梗死区及对侧半球的感兴趣区域（ROI）至关重要。此外，精确的图像处理，包括图像配准和ROI定义，也是确保定量结果可靠所必需的。
在使用碳-11标记的放射性示踪剂进行PET和自显影研究时，必须牢记一些额外的限制条件。必须充分考虑碳-11的短半衰期（20.33分钟），其使用通常仅限于拥有现场回旋加速器的研究机构。应提前确定合适的放射性物质运输路线、给药剂量和数据采集时间点，并制定详细的实验流程计划，以确保团队能够快速高效地开展工作。本研究的设计和设置旨在同时对4只小鼠进行成像，以提高使用碳-11示踪剂时可获得的数据产出量。理想情况下，当碳-11示踪剂送达成像设施时，所有小鼠应已完成插管并正在进行CT扫描，以确保在注射前放射性示踪剂的衰减最小化。该逐步操作方案最好由至少3名研究人员组成的团队来执行，以便快速完成插管、剂量测量、示踪剂注射、PET扫描以及在显著放射性衰变发生前完成脑组织切片。同时启动4只小鼠的PET扫描和注射操作需要两人协作完成。在注射前立即开始PET数据采集的原因是为了准确且完整地捕捉示踪剂在血液及感兴趣区域中的药代动力学和药效动力学分布过程。许多步骤可能需要经过严格培训和反复练习，以确保实验顺利进行。特别是本方案依赖于对C57BL/6小鼠成功实施尾静脉插管，由于其尾部毛发颜色较深，操作本身可能存在困难；若在脑卒中发生后进行成像，或对同一批小鼠在多个时间点进行成像，则难度可能进一步增加。
PET成像的另一个注意事项是需仔细记录放射性示踪剂的剂量以及残留活性的测量值，包括测量的确切时间。这对于在扫描时对注射剂量进行准确的衰变校正至关重要，并用于获得示踪剂摄取量的精确测量结果即， % ID/g) 计算每个 ROI 的数值。为确保图像分析的准确性，必须知晓每只小鼠在扫描时所含放射性物质的精确活度。因此，建议将扫描仪计算机与活度计的时钟同步，以避免使用半衰期较短的同位素（如 C-11）时产生误差。
准确的PET图像定量也可能受到扫描仪及其设置准确性的限制。因此，为了确保PET/CT图像的准确量化，对扫描仪的CT和PET两部分均进行质量控制检查至关重要。CT质量控制检查包括X射线源预热、暗场/亮场校准以及中心偏移校准。这些校准用于测量并校正系统噪声，必须在数据采集前按照扫描仪制造商的建议执行。PET扫描仪也应进行相应的校准。这通常涉及对一个&#34;标准/PET模体&#34;进行扫描，该模体内含有已知放射性活度浓度的物质。在制备标准品时，最好使用与研究中相同的放射性核素、与单只小鼠给药剂量相当的活度、体积接近小鼠体液量，并采用与动物成像相同的采集参数。本方案中使用一个装有用水稀释的放射性示踪剂的20 mL注射器作为标准品，随后的PET成像结果将用于根据校准探测器测得的实际剂量计算校正因子。该校正因子可应用于实验中获取的成像数据，以确保对PET图像中感兴趣区域的示踪剂摄取量进行准确量化。此方法不仅考虑了放射性核素的正电子射程，还计入了扫描当天存在的任何背景放射性活度。由于活度计是生成该校正因子的关键组成部分，因此必须按照制造商的指导定期对其进行校准。
当进行 离体 放射自显影中，注射后选择安乐死的最佳时间点至关重要，以确保目标区域具有较高的信噪比。注射后30分钟被选为[11C]DPA-713 自动放射显影，基于动态 PET 成像期间获取的数据即， 的 体内 以动态TACs为指导，同时考虑到C-11的半衰期较短，以及脑组织取出后切片和曝光所需的时间。鉴于此，[11C]DPA-713 自放射显影必须在另一组小鼠上进行，以便注射更高剂量的[11C]DPA-713 剂量及麻醉状态下灌注和处死的时间点为30分钟。进行小规模 体内 在开展研究前对3-4只小鼠进行PET初步研究 离体 放射自显影将有助于确定放射自显影的最佳时间点。另一个需要考虑的因素是 离体 自显影技术中，一个需要考虑的问题是：在注射后是否让小鼠苏醒，还是持续保持其麻醉状态直至安乐死。保持小鼠处于麻醉状态可模拟扫描时的条件，确保放射性示踪剂的分布或排泄动力学不受苏醒过程的影响。此外，这种方法避免了小鼠苏醒后再进行麻醉所造成的额外应激。最后，一个有益的补充是 离体 该方案是通过免疫组织化学染色（在放射性衰变后）评估用于自显影的脑切片中的局部损伤，以获得梗死部位和体积的高分辨率图像。
由于使用碳-11标记示踪剂存在局限性，本方案可轻松修改为适用于氟-18（半衰期109.77分钟）标记的TSPO示踪剂，后者可能更适用于无现场回旋加速器的实验场所。此外，本方案描述了四只小鼠同步成像的设置。尽管在使用碳-11示踪剂时，这种高通量方法最为理想，但本方案也可根据使用单只小鼠成像床的实验需求进行调整。对本方案所述技术进行周密规划和持续培训，将有助于利用[11C]DPA-713，可广泛应用于探究神经炎症在其他啮齿类动物神经系统疾病模型中的发病机制及进展作用。此外，该技术还可用于评估 体内 对靶向小胶质细胞/巨噬细胞的免疫调节治疗的反应

中风是美国第五大死因，也是导致残疾的主要原因1缺血性卒中占这些病例的绝大多数（约87%），是由于脑部局部血流中断所引起例如， 由血凝块或脂肪沉积物引起。受影响区域的氧气和营养供应随之减少，并引发复杂的病理级联反应，导致脑卒中核心区域（梗死区）以及周围区域的神经元死亡。神经炎症是导致这种损伤过程中的关键环节，常驻脑内免疫细胞（小胶质细胞）和浸润的外周免疫细胞（中性粒细胞、T细胞、B细胞以及单核细胞/巨噬细胞）均被认为参与了这一破坏性级联反应。2,3活化的微胶质细胞和巨噬细胞是这一神经炎症反应的核心，已有研究报道其在缺血性脑卒中后既具有有害作用，也具有有益作用2因此，必须评估 体内 卒中后这些细胞的贡献。
PET 是一种强大的三维分子成像技术，可实现对生物过程的可视化观察 体内 通过使用带有正电子（β+）发射放射性核素标记的特定分子，例如 11C, 13N, 15O 和 18F. 这种非侵入性方法相较于 离体 方法（例如， 免疫组织化学）相比，它能够在活体完整受试者中实时获取分子信息，并支持纵向研究。对TSPO（活化小胶质细胞和外周髓系细胞的标志物）进行PET成像，可提供量化和追踪体内先天免疫细胞反应的方法，可用于评估卒中后的炎症反应以及对治疗干预的响应。TSPO曾被称为外周型苯二氮䓬受体，是一种18 kDa的蛋白质，被认为在胆固醇转运和神经甾体合成中发挥重要作用。4此外，有证据表明TSPO参与神经炎症和神经元存活过程5,6，有报道称，在多种涉及炎症的神经系统疾病（包括中风）中，其表达增加7，痴呆8，帕金森病9 多发性硬化症10TSPO 位于线粒体外膜，在外周组织中高表达，尤其在与类固醇相关的组织中例如， 腺体）以及心脏、肾脏和肺中观察到的中等水平10然而，在健康的大脑中，TSPO 水平较低，且主要局限于胶质细胞。6,11神经元损伤（如中风中所观察到的）发生后，中枢神经系统（CNS）中的TSPO水平会显著升高。这种TSPO的上调可用于成像神经炎症。 体内 表达水平可准确反映炎症的严重程度。因此，本方法的目的是准确量化体内 使用TSPO-PET研究缺血性脑卒中 小鼠模型中神经炎症的贡献
已开发出多种TSPO示踪剂用于神经炎症的PET成像。本文描述了使用[11C]DPA-71312进行TSPO-PET成像的方法，这是一种有前景的第二代TSPO示踪剂，与历史上更常用的[11C]PK1119513相比，其信噪比更高，非特异性结合更低。以dMCAO小鼠卒中模型为例进行该方法的阐述14。该模型涉及颞部开颅术和远端大脑中动脉的永久性结扎，导致体感皮层发生局灶性缺血。由于该模型具有高度可重复的缺血性损伤和较低的死亡率，在临床前卒中研究中具有优势。迄今为止，尚未见在dMCAO啮齿类动物模型中开展TSPO-PET成像研究的报道。然而，既往在小鼠和大鼠中使用大脑中动脉闭塞（MCAO）模型（一种更为严重且变异较大的卒中模型）进行的PET成像研究表明，TSPO表达自卒中后第3天开始升高，并在第7天左右达到峰值15,16,17,18。因此，我们在dMCAO术后第6天进行PET成像，以匹配TSPO表达升高的时间窗。评估了[11C]DPA-713在脑内同侧（梗死侧）和对侧半球的摄取情况。TSPO-PET与结构MRI联合使用，可精确定义梗死区及对侧感兴趣区域（ROI）。本文介绍了基于图谱和基于MRI的两种ROI分析方法，用于计算[11C]DPA-713的摄取。同时评估了脾脏中的放射性示踪剂摄取，以探究各组间外周炎症水平。该方法有望为卒中及其他神经系统疾病中特定神经免疫相互作用的空间-时间动态及其作用提供关键见解。

<table><tbody><tr><td>西门子 Inveon PET/CT 扫描仪</td><td>西门子</td><td>版本 4.2</td><td></td></tr><tr><td>MRI 扫描仪</td><td>瓦里安</td><td></td><td>7 特斯拉</td></tr><tr><td>ParaVision 软件</td><td>布鲁克</td><td>版本 6.0.1</td><td>MRI 操作软件</td></tr><tr><td>VivoQuant 软件</td><td>InVicro</td><td>版本 2.5</td><td>图像分析软件</td></tr><tr><td>Inveon 研究工作区软件</td><td>西门子</td><td>版本 4.2</td><td>扫描仪操作软件。包含 microQView 后处理管理软件</td></tr><tr><td>剂量校准仪</td><td>Capintech</td><td></td><td>CRC-15 PET</td></tr><tr><td>Typhoon 磷屏成像仪 9410</td><td>GE 医疗</td><td>8149-30-9410</td><td></td></tr><tr><td>蝶形导管</td><td>SAI Infusion Technologies</td><td>BFL-24</td><td>27.5 G 针头</td></tr><tr><td>1 mL 注射器</td><td>BD</td><td></td><td></td></tr><tr><td>胰岛素注射器</td><td>BD</td><td>329461</td><td>0.5 mL 带针胰岛素注射器</td></tr><tr><td>20 mL 注射器&amp;nbsp;</td><td>VWR</td><td>BD302831</td><td>BD 带刻度滑动接头注射器</td></tr><tr><td>组织胶</td><td>Santa Cruz Animal Health</td><td>sc-361931</td><td>3 mL</td></tr><tr><td>加热灯</td><td>Fluker</td><td>27002</td><td>5.5&quot; 带夹具和开关的爬行动物加热灯</td></tr><tr><td>0.9% 无菌生理盐水</td><td>辉瑞</td><td>00409-4888-10</td><td>注射用 0.9% 氯化钠，10 mL</td></tr><tr><td>眼润滑剂</td><td>Watson Rugby</td><td>PV926977</td><td>人工泪液润滑眼膏，1/8 盎司</td></tr><tr><td>Chux 吸水垫</td><td>赛默飞世尔科技</td><td>1420662</td><td>一次性吸水垫</td></tr><tr><td>虹膜剪</td><td>世界精密仪器公司</td><td>503708-12</td><td>11.5 cm，直型，12 件装</td></tr><tr><td>手术胶带</td><td>3M Durapore</td><td>1538-0</td><td>1/2&quot; × 10 码卷，丝质，低致敏性</td></tr><tr><td>小鼠 PET 床</td><td>自制</td><td></td><td>4 只小鼠 PET 床</td></tr><tr><td>打火机</td><td>Bic</td><td>UDP2WMDC</td><td></td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>Henry Schein</td><td>NDC 11695-6776-2</td><td>Isothesia，吸入性麻醉剂，250 mL</td></tr><tr><td>氧气</td><td>Praxair</td><td>UN1072</td><td>压缩气体</td></tr><tr><td>自显影暗盒</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-21700-34</td><td>铝制，8&quot; × 10&quot;</td></tr><tr><td>自显影胶片</td><td>GE 生命科学</td><td>28-9564-78</td><td>存储磷屏 BAS-IP SR 2025 E 超高分辨率，20 &amp;times; 25 cm，仅屏幕</td></tr><tr><td>切片机刀片</td><td>赛默飞世尔科技</td><td>30-508-35</td><td>MB35 Premier 一次性刀片，34&amp;deg; 切割角</td></tr><tr><td>切片机</td><td>Microm</td><td></td><td>HM 550</td></tr><tr><td>显微镜载玻片</td><td>费舍尔科技</td><td>12-550-15</td><td>Superfrost&amp;trade; Plus 显微镜载玻片</td></tr><tr><td>OCT 包埋液</td><td>VWR</td><td>25608-930</td><td>用于 -10&amp;deg;C (14&amp;deg;F) 及以下温度冷冻切片的水溶性甘醇和树脂配方</td></tr><tr><td>冷冻模具</td><td>Poly sciences</td><td>18646A-1</td><td>一次性石蜡模具</td></tr><tr><td>保鲜膜</td><td>Saran</td><td>25700001300</td><td></td></tr><tr><td>消毒剂</td><td>Virkon S</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

缺血性卒中小鼠模型中使用[11c]dpa-713进行神经炎症的pet成像

PET Imaging of Neuroinflammation Using [11C]DPA-713 in a Mouse Model of Ischemic Stroke

神经炎症是缺血性脑卒中后病理级联反应的核心环节。无创性分子影像技术有望深入揭示特定神经免疫相互作用在脑卒中过程中的时间动态及其作用。特别是针对18 kDa转位蛋白（TSPO）的正电子发射断层扫描（PET）成像，TSPO是活化的小胶质细胞及外周髓系细胞的标志物，可为检测和追踪神经炎症提供有效手段 体内. 此处，我们介绍一种利用[11C]N,N-二乙基-2-[2-(4-甲氧基苯基)-5,7-二甲基吡唑并[1,5-a]嘧啶-3-基]乙酰胺([11C]DPA-713）在远端大脑中动脉闭塞（dMCAO）小鼠与假手术小鼠中作为有前景的第二代TSPO-PET放射性示踪剂的应用。在dMCAO术后第2天进行磁共振成像（MRI），以确认脑卒中发生并确定梗死部位及体积。在dMCAO术后第6天进行正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）成像，以捕捉脑卒中后TSPO水平升高的峰值时期。通过PET图像定量分析评估[C11通过检测dMCAO小鼠和假手术小鼠脑组织和脾脏中C]DPA-713的水平，评估中枢和外周炎症反应程度。 体内 [11C]DPA-713 脑摄取通过以下方法确认 离体 放射自显影

通过磁共振成像（MRI）确认小鼠脑卒中模型建立成功，并同时对4只小鼠进行[11C]DPA-713正电子发射断层扫描（PET）。在手动绘制脑部感兴趣区域（ROI）并进行半自动分割脑图谱分析之前，先将PET、CT和MR图像进行配准，以研究示踪剂在同侧和对侧脑区的摄取情况（图2）。
PET/CT 图像和时间-放射性曲线（TACs—放射性示踪剂活性随时间变化）显示，同侧半球与对侧半球相比，[11C]DPA-713 摄取增加（图 3A）。通过对 50–60 分钟时间段的动态 PET 脑图像进行定量分析，采用手动绘制感兴趣区（ROI）的方法发现，在 dMCAO 小鼠中，同侧（梗死）半球的示踪剂摄取（% ID/g）显著高于对侧半球，但在假手术小鼠中无此差异（图 3B）。在 dMCAO 小鼠与假手术小鼠之间，也观察到同侧半球摄取增加。使用图谱法时，同侧与对侧半球之间未观察到显著差异，这可能是由于图谱中的 ROI 范围大于梗死区域（通常局限于体感皮层），从而稀释了信号。然而，所有 ROI 均观察到 dMCAO 小鼠的整体摄取高于假手术小鼠，这与既往使用 MCAO 模型小鼠的研究结果一致，表明梗死区以外区域的 TSPO 表达增加19。无论是采用哪种方法，dMCAO 小鼠的同侧/对侧比值均高于假手术小鼠；但使用脑图谱法时，该差异仅在皮层中具有统计学意义，而 ROI 法因组内变异较大导致显著性降低。通过增加每组小鼠数量可能克服此问题。对脾脏中 [11C]DPA-713 摄取的定量分析显示，各组之间无显著差异（图 4）。
脑部dMCAO小鼠PET成像结果通过离体高分辨率数字放射自显影技术得到验证（图5）。在梗死组织中观察到[11C]DPA-713摄取增加，而周围健康脑组织中信号可忽略不计。对这些图像的定量分析显示，dMCAO小鼠患侧与对侧的摄取比值范围为1.4至2.09。
<img alt="手术准备设置，包括注射器和手术工具，并配有成像设备。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57243/57243fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图1"> 
图1： PET 扫描仪和工作区设置。 所有工作区域均覆盖保护性吸水垫，以创建无菌环境。(A) 校准完成后，将一个可同时成像4只小鼠的3D打印小鼠床固定在扫描仪中，并将4只小鼠的鼻罩连接至麻醉系统。(B) PET 成像所需设备需提前准备就绪，包括装有生理盐水的27.5 G 导管、眼用润滑剂、乙醇棉片、加热灯、手术胶带、组织粘合剂、0.5 mL 剂量注射器、剪刀和打火机。(C) 用于放射性示踪剂注射时，将装有生理盐水的冲洗注射器和剪刀置于扫描仪后方。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57243/57243fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="共配准工作流程，PET/CT 到 MRI，示意图，脑图谱拟合，ROI 手动绘制。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57243/57243fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 2"> 
图 2：同侧/对侧 ROI 及左右半球分割脑图谱 PET 图像分析流程。 使用图像分析软件，通过手动绘制感兴趣区域（ROI）以及半自动化的三维半脑分割图谱方法，测定同侧和对侧 ROI 中的示踪剂摄取。首先进行自动的三维 PET/CT 配准，随后在 CT 图像中定义的小鼠颅骨范围内，手动配准脑部 MRI。使用 3D ROI 工具，参照 MRI 上的梗死区域，手动绘制同侧（红色）和对侧（绿色）ROI。在半脑分割方法中，载入三维左右分割的小鼠脑图谱，并根据 CT 图像定义的颅骨范围进行拟合。用于定量分析的该三维小鼠脑图谱中的脑 ROI 包括：左侧皮层（深灰色）、左侧海马（矢车菊蓝）、左侧纹状体（深粉色）、右侧皮层（番茄红）、右侧海马（绿色）和右侧纹状体（青色）。各区域中 [11C]DPA-713 的摄取值以 nCi/cc 表示，并通过归一化至每只小鼠扫描时的衰变校正剂量，进一步转换为 %ID/g。 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57243/57243fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="dMCAO与假手术组的PET/CT成像及图谱分析；包含ROI和脑图谱方法的结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57243/57243fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图3"> 
图3：dMCAO与假手术小鼠中[11C]DPA-713脑摄取的代表性体内成像结果。(A) 动态PET/CT图像及时间-放射性曲线（TACs）显示，接受dMCAO手术的小鼠（n = 3）同侧皮层中[11C]DPA-713摄取增加，假手术组小鼠（n = 3）仅有轻微升高；dMCAO小鼠在梗死侧与对侧脑组织间的注射剂量百分比（%ID/g）差异显著更大。(B) PET定量分析（50–60 min总和）结果显示，采用ROI方法在同侧ROI区域，以及采用半脑分割脑图谱方法在皮层（Ctx）区域，放射性摄取均显著升高；而在海马（HC）或纹状体（Str）中未发现显著差异。两种分析方法均显示同侧与对侧比值升高，但仅在采用脑图谱方法分析皮层（Ctx）时具有统计学显著性。* (p &lt;0.05)，*** (p &lt;0.001) <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57243/57243fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="荧光成像 dMCAO 与假手术组；脾脏摄取水平以 %ID/g 条形图比较；科学分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57243/57243fig4v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 4"> 
图 4： dMCAO 小鼠与假手术小鼠中 [11C]DPA-713 脾脏摄取的代表性 体内 成像结果。(A) [11C]DPA-713 动态 PET/CT 图像显示 dMCAO（n = 3）和假手术组（n = 3）小鼠的脾脏感兴趣区域（ROIs）。(B) 定量结果显示，dMCAO 小鼠与假手术小鼠之间的脾脏摄取无显著差异。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57243/57243fig4v2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="核成像，放射性热图，示意图，高低活性区域，科学数据可视化。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57243/57243fig5v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 5"> 
图5：代表性放射自显影结果。 数字化放射自显影图像显示，同侧半脑的[11C]DPA-713摄取量较对侧半脑增加。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57243/57243fig5v2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

通过转位蛋白18 kDa（TSPO）的正电子发射断层扫描（PET）成像，可无创地观察神经炎症在脑部疾病发生与进展过程中的动态作用。本方案描述了在缺血性脑卒中动物模型小鼠中，利用TSPO-PET结合离体（ex vivo）放射自显影技术检测神经炎症的方法。

缺血性卒中小鼠模型中使用[11C]DPA-713进行神经炎症的PET成像

神经炎症是缺血性脑卒中后病理级联反应的核心环节。非侵入性分子成像技术有望提供……

本实验的总体目标是利用TSPO-PET和MR成像技术，精确量化缺血性脑卒中鼠模型中神经炎症的空间分布和范围，并通过离体自显影技术验证这些活体成像结果。我非常高兴与您分享这份逐步指南，介绍如何使用PET成像技术在活体受试者中可视化神经炎症。本示例中，我们以脑卒中鼠模型为例进行说明。那么，为何要使用这种技术呢？原因有几点。首先，神经炎症是指发生在中枢神经系统中的炎症，被认为与许多脑部疾病密切相关，并且实际上是这些疾病的重要基础，包括中风，以及阿尔茨海默病、多发性硬化症、帕金森病等，此类疾病不胜枚举。因此，拥有这些能够真正帮助我们研究这些生物学现象的技术显得极为重要。其次，PET成像技术相较于一些更传统的技术具有多项优势。例如，大多数传统技术在很大程度上依赖于人和小鼠的死后脑组织，尽管这些技术已提供了许多重要见解，但其本质上是静态的，这意味着它们只能告诉我们某一特定时间点的信息。由于我们已知大脑和免疫系统都具有高度动态性，因此我们需要一种技术，能够在活体、完整的系统中实时捕捉这些分子过程，即在它们的天然环境中进行观测，而正电子发射断层扫描（PET）成像正是实现这一目标的方法。本文将展示如何使用一种特定的PET放射性示踪剂DPA-713，该示踪剂已知可结合TSPO（即易位蛋白，translocator protein）。我们将具体演示如何同时对四只小鼠进行动态注射与成像，而不仅仅局限于单只小鼠。这之所以意义重大，是因为它显著提高了在同一批示踪剂条件下每天可成像的小鼠数量，从而极大地优化和简化了实验流程。尽管这在技术上具有挑战性，但仍衷心希望本视频能够为您进行该操作提供指导，使您能够在自己的实验室中完成这一实验。首先将麻醉后的小鼠俯卧位放置在PET/CT扫描仪的床面上，确保小鼠身体伸直并稳固地置于鼻罩中。使用柔软的外科胶带将每只小鼠的头部和身体固定在床面上，注意胶带的放置位置不应限制小鼠的呼吸。待动物固定于床面且呼吸稳定后，打开激光十字准线，移动扫描床，使十字准线与四只小鼠的脑部对齐。将扫描床移至成像位置，尽量使小鼠脑部位于视野中心。采集小鼠的定位像以确认其位置，如有必要，可通过拖动界面上的视野框来调整位置。最后，在扫描仪软件中单击“开始工作流程”以启动 CT 扫描，并确保选择显示交互式用户提示，以便在示踪剂注射前手动启动 PET 扫描。当小鼠自动从 CT 位置移至 PET 位置后，准备扫描仪后方的放射性示踪剂注射操作。在平台边缘放置防护性吸水垫，并确保剪刀和打火机已备好在旁。用剪刀剪开封闭的导管管路。检查导管管路中无气泡，并通过注入10至20 µL生理盐水冲洗，确认套管仍位于静脉内，然后将预先量好的药物剂量分别装入四个导管的注射器中，记录每只小鼠接受的对应剂量。当PET扫描准备就绪时点击“确定”，同时启动10秒计时器。在扫描仪后方安排两名研究人员，手持剂量注射器，当计时器归零时，同时为四只小鼠注射。每只导管用50至100微升生理盐水冲洗，以确保全部剂量进入尾静脉，然后再次使用打火机封住管路。接下来，使用剂量校准仪测量注射器，获得残留放射性活度值。记录下数值及其记录时间。扫描完成后，使用运动控制面板中的“水平归位”按钮将PET床恢复至原始位置。将小鼠从扫描仪中取出，并小心移除导管。轻轻按压插管部位以防止过度出血。然后使用剂量校准器测量导管中的残留活性。最后，打开后处理管理软件以重建数据，该软件将根据第一个文件生成的直方图数据自动重建每次扫描。进行 PET 分析时，首先打开图像分析软件，单击“打开数据”图标以加载 CT 图像，然后选择“追加数据”图标以加载动态 PET 数据。通过下拉菜单中的时间序列操作符对数据进行视觉质量控制。选择参考和全局选项，并为颜色标尺设置适当的最小值和最大值。逐帧可视化动态 PET 数据，验证放射性摄取情况，并检查扫描过程中是否存在任何运动干扰。然后，使用算术函数创建平均 PET 图像。选择“平均选定”，取消选择“参考”，并确保选中输入1、输入2和输入，以对所有 PET 帧进行平均。转到“数据管理器”选项卡，将平均图像拖动至输入1位置，以便利用平均PET图像可视化PET信号。然后，点击最小/最大值工具中的自动计算，重新调整颜色标尺。接下来，使用“重新定向配准”下拉菜单中的自动3D功能，将CT图像配准至平均PET文件。选择参考图像（Ref）和输入图像1（Input 1），并选择“刚性、快速、输入图像1到参考图像”配准方式。在三个维度上目视检查配准效果，并在“手动3D”选项卡中使用平移和旋转功能进行必要的手动调整。当对配准结果满意后，选择输入图像2（Input 2）和输入图像（Input），然后点击对勾标记，将配准结果应用于所有PET帧。在数据管理器（DM）中右键单击 CT 和 PET 文件，并另存为原始格式。接下来，从下拉菜单中选择裁剪功能，拖动图像边界，逐个裁剪小鼠脑干以下的头部区域。手动重新调整 PET 和 CT 图像的方向，使颅骨在所有维度上保持正直。使用界面左上角的“追加数据”按钮加载该小鼠的MR图像。通过手动3D重定向移动MR图像，并将其与CT图像中的颅骨对齐。接下来，在“可视化控制器”选项卡中取消选中PET可视化，仅使用MR和CT图像绘制感兴趣区域（ROI）。在3D ROI工具中，单击“添加ROI”按钮以创建新的ROI，并将其命名为Infarct。选择Spline工具，通过左键单击绘制ROI边界，右键单击以闭合边界。随后，创建另一个新的ROI，并将其标记为contralateral。右键单击梗死 ROI 并选择导出。然后将 ROI 移动到位置 2，输入 1，以实现新 ROI 的可视化和手动重新定位。仅选择输入 1 时，勾选 ROI 框，并选择“仅查看”，以便在不重新定位的情况下可视化梗死 ROI。在重定向配准菜单中，使用“运算符”功能进行左右翻转，并手动将新的感兴趣区域（ROI）移动到对侧的相同位置。然后选择“算术”运算符，对新的 ROI 应用乘以 2 的标量乘法，以实现对 ROI 的独立定量分析。返回 3D ROI 工具。转到专家与实验选项卡，点击导入 ROI 按钮。在对话框中选择输入 1，以将新体积加载为对侧 ROI。最后，右键点击平均 PET 图像并卸载该图像，然后重新打开 PET。使用3D ROI工具中的“导出结果”图标生成定量摄取结果。所得PET/CT图像和时间-活度曲线显示，同侧半球的放射性示踪剂摄取高于对侧半球。采用手动绘制ROI方法，对动态PET脑图像进行定量分析，结果显示在dMCAO小鼠中，同侧半球示踪剂摄取量较对侧半球显著增加（50至60分钟的总和数据），但在假手术小鼠中未观察到该差异。观看该技术视频后，您应能够准确理解如何通过TSPO-PET结合自动和手动图像分析方法，在缺血性脑卒中动物模型小鼠中准确、高效地定量神经炎症。重要的是，您还应能够利用离体数字放射自显影技术验证这些活体研究结果。由于碳-11的半衰期极短，在开展该实验前制定清晰的实验方案和时间安排至关重要，以最大限度地提高所获数据的数量和质量。完成此操作后，可进一步采用其他方法（如免疫组织化学）来回答更多问题，例如胶质细胞活化与TSPO表达之间的相关性。需要注意的是，使用放射性物质可能具有极高的危险性。为尽量减少暴露，操作时应穿戴防护服，使用铅屏蔽装置，并尽可能增加与放射源的距离。

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医学

Neuroinflammation 的 PET 成像 [11C] DPA-713 在小鼠缺血性中风模型中的应用

来源： Chaney, A. M., et.al. 利用[11C]DPA-713对缺血性卒中模型小鼠进行神经炎症的PET成像。 J. Vis. Exp. (2018)。...

TSPO-PET/CT成像用于检测缺血性脑卒中 小鼠模型中的梗死形成

来源：Ouyang, Y., 等．小鼠脑缺氧缺血期间的同步PET/MRI成像．J. Vis. Exp.

小鼠模型中脑缺氧-缺血所致脑损伤的成像

利用临床前正电子发射断层扫描结合可注射放射性探针18F-氟脱氧葡萄糖，可对大鼠脑缺血所致的脑损伤进行无创成像和研究。此外，使用包含感兴趣区域（VOI）脑模板的现代软件工具，可显著提高从这些研究中获得的定量信息。...

使用18F-FDG进行活体大鼠脑缺血的无创成像与分析

本文所述方法采用正电子发射断层扫描与磁共振成像同步成像技术。在脑缺氧-缺血模型中，损伤期间及之后会出现扩散和葡萄糖代谢的动态变化。该模型中不断进展且不可重复的损伤特性要求必须进行同步采集，才能获得有意义的多模态成像数据。...

小鼠脑缺氧缺血期间的同步PET/MRI成像

本文介绍了一种通过局部注射不可逆的内皮型一氧化氮合酶（eNOS）抑制剂（L-Nio）在小鼠白质中诱导局灶性脑卒中的方法。文中展示了两种立体定位手术变体、逆行神经元示踪、新鲜组织标记与分离技术，拓展了该技术的潜在应用范围。...

一种用于研究轴突变性及白质神经生物学的多功能小鼠皮层下白质卒中模型

我们介绍一种用于测量[14C]-碘代安替比林（IAP）摄取并评估参与中枢性卒中后疼痛（CPSP）的神经底物激活情况的实验方案，该方案适用于啮齿类动物模型。...

脑卒中后中枢性疼痛大鼠脑内[14C]-碘安替比林的放射自显影测量

本方案描述了联合近红外荧光（NIRF）成像与微型计算机断层扫描（microCT）技术用于可视化脑血栓栓塞的应用。该技术可实现对血栓负荷及其演变过程的定量分析。NIRF成像技术可用于观察离体脑组织中荧光标记的血栓，而microCT技术则利用金纳米颗粒在活体动物体内实现血栓的可视化。...

结合近红外荧光成像与显微计算机断层扫描直接可视化脑血栓栓塞

本研究展示了一种基于多模态超声成像平台的无创成像技术，用于缺血性脑卒中的成像。该系统可通过光声成像量化脑组织的血氧水平，并通过声学血管造影评估脑部灌注损伤情况。...

集成光声、超声和血管造影断层成像（PAUSAT）用于缺血性卒中全脑无创成像

本文介绍了一种通过经颅电凝法在C57BL/6J小鼠中建立远端大脑中动脉阻塞（dMCAO）模型的实验方案，并对随后的神经行为学表现及组织病理学特征进行评估。...

采用远端中动脉阻塞技术诱导小鼠急性缺血性脑卒中

采用全光学方法，在清醒且行为正常的小鼠脑卒中新兴核心区域，利用荧光生物传感器同时记录神经元Ca2+活动，以诱导缺血性脑卒中。...

在活动小鼠中同时进行光栓塞与光纤光度法以诱导并监测缺血性脑卒中

学习使用TSPO-PET成像技术在小鼠缺血性中风模型中实时定量神经炎症的空间分布和程度，并通过离体放射自显影验证活体成像结果。该方法可显著提高实验效率。

缺血性卒中小鼠模型中使用[¹¹C]DPA-713进行神经炎症的PET成像

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