Die Positronen-Emissions-Tomographie für Kleintiere ermöglicht die Beurteilung der beiden Hauptenergiesubstrate des Gehirns: Glukose und Ketone. Bei dem vorliegenden Verfahren werden 11C-Acetoacetat und 18F-Fluordesoxyglukose nacheinander in jedes Tier injiziert, und ihre Aufnahme wird quantitativ in spezifischen Gehirnregionen gemessen, die aus den Magnetresonanzbildern bestimmt werden.
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Methodenartikel
Ein duales Tracer-PET-MRT-Protokoll zur quantitativen Messung der Aufnahme regionaler Energiesubstrate im Gehirn bei der Ratte
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Wir stellen eine Methode vor, um die Aufnahme der beiden Schlüsselenergiesubstrate des Gehirns: Glukose und Ketone (in diesem Fall Acetoacetat [AcAc]) in der Ratte zu vergleichen. Bei der entwickelten Methode handelt es sich um eine Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Protokoll für Kleintiere, bei der jedem Tier nacheinander 11C-AcAc und 18F-Fluordesoxyglucose (18F-FDG) injiziert werden. Diese Dual-Tracer-PET-Erfassung ist aufgrund der kurzen Halbwertszeit von 11°C (20,4 min) möglich. Die Ratten werden sieben Tage vor dem PET-Protokoll auch einer Magnetresonanztomographie (MRT) unterzogen. Vor der Bildanalyse werden PET- und MRT-Bilder koregistriert, um die Messung der regionalen Hirnaufnahme (Kortex, Hippocampus, Striatum und Kleinhirn) zu ermöglichen. Ein quantitatives Maß für die Aufnahme von 11C-AcAc und 18F-FDG im Gehirn (zerebrale Stoffwechselrate; μmol/100 g/min) wird durch kinetische Modellierung unter Verwendung der IDIF-Methode (Image-Derived Input Function) bestimmt. Unser neues Dual-Tracer-PET-Protokoll ist robust und flexibel. Die beiden verwendeten Tracer können durch unterschiedliche Radiotracer ersetzt werden, um andere Prozesse im Gehirn auszuwerten. Darüber hinaus ist unser Protokoll auf die Untersuchung der Brennstoffversorgung des Gehirns bei verschiedenen Erkrankungen wie normalem Altern und neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson anwendbar.
Einleitung
Kontext und Begründung
Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ermöglicht die minimal-invasive Untersuchung von funktionellen Prozessen im Gehirn. Glukose ist das wichtigste Energiesubstrat des Gehirns, aber bei Glukosemangel sind Ketone (Acetoacetat [AcAc] und β-Hydroxybutyrat) die wichtigsten alternativen Energiesubstrate. Der Energiestoffwechsel des Gehirns wurde umfassend durch PET unter Verwendung des gebräuchlichsten PET-Tracers, 18F-Fluordesoxyglucose (18F-FDG), einem Glukoseanalogon, untersucht. Unsere Gruppe hat kürzlich einen neuartigen Radiotracer -11C-AcAc - entwickelt, um den Ketonstoffwechsel im Ge....
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Protokoll
Alle Experimente wurden gemäß den Vorschriften des Ausschusses für Tierversuche der Université de Sherbrooke und des Canadian Council on Animal Care durchgeführt. Das Versuchsprotokoll wurde von der institutionellen Ethikkommission für Tierversuche genehmigt (Protokoll #011-09).
1. Gehirnanatomie mit MRT
- Lassen Sie die Ratten mindestens 7 Tage vor dem Protokoll in der Tieranlage akklimatisieren. Führen Sie die Gehirn-MRT-Scans 1–2 Wochen vor dem Dual-Tracer-PET-Protokoll durch, um eine vollständige Erholung von der Anästhesie zu ermöglichen.
- Narkotisieren Sie die Ratte in einer Induktionskammer. Verwenden Sie während d....
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Ergebnisse
Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, ist die Aufnahme von 11C-AcAc im Gehirn selbst gering. Wie bereits erwähnt, ist die Ketonaufnahme durch das Gehirn während eines kurzzeitigen Fastens sehr niedrig. Die Aufnahme von 11C-AcAc ist in der Zungen- und Wangenmuskulatur höher. Tatsächlich werden Ketone rasch von der Skelettmuskulatur der Ratte aufgenommen23. Im Gegensatz dazu findet sich die Aufnahme von 18F-FDG hauptsächlich im Gehirn und in der Wangenmuskulatur.
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Diskussion
Kritische Schritte
Ein entscheidender Schritt bei diesem dualen Tracer-PET-Protokoll besteht darin, gleichzeitig den linken Ventrikel des Herzens und das Gehirn scannen zu können. Dazu wird ein PET-Scanner mit einer ausreichenden axialen Länge, d.h. mindestens 7,5 cm, benötigt. Es sind einige Testscans erforderlich, um die genaue Position des Scannertisches (x-, y- und z-Werte) zu bestimmen, an dem das Gehirn und das Herz korrekt gescannt werden.
Auch die Trac.......
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Offenlegungen
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.
Danksagungen
Diese Studie wurde finanziell unterstützt vom Fonds de la recherche en santé du Québec, den Canadian Institutes of Health Research, der Canadian Foundation for Innovation und dem Canada Research Chairs Secretariat (SCC). Das Sherbrooke Molecular Imaging Center ist Teil des FRQS-finanzierten Étienne-Le Bel Clinical Research Center. Die Autoren danken Mélanie Fortier, Jennifer Tremblay-Mercier, Alexandre Courchesne-Loyer, Dr. Fabien Pifferi, Dr. M'hamed Bentourkia, Dr. Otman Sarrhini, Dr. Jacques Rousseau, Caroline Mathieu und Mélanie Archambault für ihre großzügige Unterstützung und technische Hilfe. Die Autoren danken der Bildanalyse- und Visualisierungsplattform (htt....
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| MRT-Scanner | Varian | 7 Tesla | |
| PET-Scanner für Kleintiere | Gamma Medica | Lab-PET/-Triumph | |
| Heizmatte | Sunbeam | PN 143937 | |
| Heizsystem | SA Instruments | 761 100 Rev B | |
| Atemwegs-Gating | SA Instruments | SAII's P-resp | |
| Klinisch-chemischer Analysator | Siemens Healthcare Diagnosis | 765000.931 | Dimension Xpand Plus |
| Polyethylen-Schlauch 50 | Becton Dickinson | 427411 | |
| Einspritzpumpe | KD Scientific | Modell 210 | |
| Gamma-Zähler | GMI | Packard Cobra II | |
| Zentrifuge | Thermo Scientific | 75002416 | Heraeus Pico 21 |
| PMOD Software | PMOD Technologies | PMOD 3.2 Version | |
| Geigerzähler | Fluke Biomedical | ASM-990 | Fortschrittliches Untersuchungsmessgerät |
| Reagenz | |||
| Isofluran | Abbott Laboratories, Ltd | B506 | |
| 0,9 % NaCl-Lösung | Hospira | 4888010 | |
| Heparin | Sandoz | 1004336 | |
| Isopropenylacetat | Aldrich | 11778 | 99 % |
| Methyllithium | Aldrich | 197343 | 1,6 M |
| THF | Aldrich | 87371 | |
| Flex Reagenz Kartusche Glukose | Siemens Healthcare Diagnose | DF40 | |
| Trizma Base | Sigma | T6066-500G | Präparat Tris Puffer 100 mM pH 7,0 |
| Natriumoxamat | Sigma | O2751 | 20 mM |
| NADH | Roche | 10128015001 | 0,15 mM |
| b-Hydroxybutyrat Dehydrogenase | Toyobo | HBD-301 | 1 U/ml |
Referenzen
- Tremblay, S., et al. Automated synthesis of 11C-acetoacetic acid, a key alternate brain fuel to glucose. Appl. Radiat. Isot. 65, 934-940 (2007).
- Pifferi, F., et al. Mild....
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Nachdrucke und Genehmigungen
