Waiting
Login-Verarbeitung ...

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

Biology

Visualisering og kvantificering af brunt og beige fedtvæv hos mus ved hjælp af [18F]FDG Micro-PET/MR Imaging

Published: July 1, 2021 doi: 10.3791/62460
Automatic Translation
*1,2, *3, 3, 3, 1,2,4
1State Key Laboratory of Pharmaceutical Biotechnology, The University of Hong Kong, 2Department of Medicine, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, 3Department of Diagnostic Radiology, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, 4School of Biomedical Sciences, Institute of Vascular Medicine, Chinese University of Hong Kong
* These authors contributed equally

Summary

Funktionel billeddannelse og kvantation af termogene fedtdepoter i mus ved hjælp af en mikro-PET/MR-billeddannelsesbaseret tilgang.

Abstract

Brune og beige adipocytter anerkendes nu som potentielle terapeutiske mål for fedme og metaboliske syndromer. Ikke-invasive molekylære billeddannelsesmetoder er afgørende for at give kritisk indsigt i disse termogene fedtdepoter. Her præsenterer protokollen en PET/MR-billeddannelsesbaseret metode til at evaluere aktiviteten af brune og beige adipocytter i museinterscapulært brunt fedtvæv (iBAT) og inguinalt subkutant hvidt fedtvæv (iWAT). Visualisering og kvantificering af de termogene fedtdepoter blev opnået ved hjælp af [18F]FDG, den ikke-metaboliserbare glucoseanalog, som radioracer, når den kombineres med de præcise anatomiske oplysninger fra MR-billeddannelse. PET/MR-billeddannelsen blev udført 7 dage efter, at kold akklimatisering og kvantation af [18F]FDG-signal i forskellige fedtdepoter blev udført for at vurdere den relative mobilisering af termogent fedtvæv. Fjernelse af iBAT øgede i væsentlig grad kold-fremkaldt [18F]FDG-optagelse i iWAT hos musene.

Introduction

Som reaktion på skiftende ernæringsmæssige behov fungerer fedtvæv som en energicache til at vedtage enten lipidlagring eller mobiliseringstilstand for at imødekomme kroppens behov1. Desuden spiller fedtvæv også en nøglefunktion i termoregulering via en proces kaldet ikke-rystende termogenese, også kaldet fakultativ termogenese. Dette opnås typisk ved det brune fedtvæv (BAT), som udtrykker rigeligt niveau af mitokondrier membranprotein, der afkopper protein 1 (UCP1). Som protonbærer genererer UCP1 varme ved at frakovarme protontransporten og ATP-produktionen2. Ved kold stimulering sættes termogenese i BAT i gang ved aktivering af det sympatiske nervesystem (SNS) efterfulgt af frigivelse af noradrenalin (NE). NE binder sig til de β3 adrenerge receptorer og fører til forhøjelse af intracellulær cyklisk AMP (cAMP). Som følge heraf stimulerer cAMP/PKA-afhængigt engagement af CREB (cAMP response element-bindende protein) Ucp1-transkription via direkte binding på CREB-responselementer (CRE)2. Ud over BAT findes brunlignende adipocytter også i hvidt fedtvæv og kaldes derfor beige eller brite (brun-i-hvid) celler1,3. Som reaktion på specifikke stimuli (såsom kulde) ombygges disse ellers stillestående beige celler til at udvise flere brunlignende træk, herunder multilokulære lipiddråber, tætpakkede mitokondrier og forstørret UCP1-ekspression3,4,5.

Dyreforsøg har vist, at brune og beige adipocytter besidder flere metaboliske fordele ud over dets fedtreducerende virkning, herunder insulinsensibilisering, lipidsænkende, antiin inflammation og anti-aterosklerose6,7. Hos mennesker er mængden af beige/brunt fedt omvendt korreleret med alder, insulinresistensindeks og kardiometaboliske lidelser8. Desuden giver aktivering af beige/brune adipocytter hos mennesker ved enten kold akklimatisering eller β3 adrenerge receptoragonist beskyttelse mod en række metaboliske lidelser4,9,10. Disse beviser tyder tilsammen på, at induktion af brunt og beige fedtvæv er en potentiel terapeutisk strategi til håndtering af fedme og de dermed forbundne medicinske komplikationer8.

Interessant nok, selv om de deler lignende funktion, er beige og klassiske brune adipocytter afledt af forskellige forstadier og aktiveret af overlappende, men forskellige mekanismer1. Derfor er in vivo-billeddannelse og kvantificering af brune og beige adipocytter afgørende for at opnå en bedre forståelse af den molekylære kontrol af disse fedtvæv. I øjeblikket er 18F-fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) positronemissionstomografi (PET) scanning kombineret med computertomografi (CT) fortsat guldstandarden for karakterisering af termogene brune og beige celler i kliniske undersøgelser8. Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) bruger kraftige magnetfelter og radiofrekvensimpulser til at producere detaljerede anatomiske strukturer. Sammenlignet med CT-scanning genererer MR billeder af organer og blødt væv med en højere opløsning. Forudsat her er en protokol til visualisering og kvantificering af funktionelle brune og beige fedt i musemodeller efter akklimatisering til kold eksponering, en almindelig og mest pålidelig måde at fremkalde fedtbruning på. Denne metode kan anvendes til at karakterisere de termogene fedtdepoter i små dyremodeller med høj præcision.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Protokollen beskrevet nedenfor følger retningslinjerne for dyrepleje fra University of Hong Kong. De dyr, der blev anvendt i undersøgelsen, var 8 uger gamle C57BL/6J-mus.

1. Dyrekirurgiske indgreb og kold udfordring

  1. Udfør interscapular BAT (iBAT) dissektion.
    1. Anæstesi musene ved intraperitoneal injektion af ketamin/xylazin (100 mg/kg legemsvægt ketamin og 10 mg/kg legemsvægt xylazin). Efter anæstesi barberes musens hår fra nakken til lige under skulderspee.
    2. Placer musene på varmepuden efter desinfektion og lav et snit på 2 cm langs musens dorsale midterlinje.
    3. Fjern iBAT-puderne (bilaterale). I den sham-opererede gruppe skal du lave det samme snit, men lade iBAT-puderne være intakte.
    4. Luk snittet med 7 mm sårklemmer i rustfrit stål, når blødningen er stoppet.
    5. Efter operationen skal du give meloxicam (5 mg/kg i drikkevand) til musene i 6 dage og opbevare dem på en intensivafdeling (ICU) i 14 dage. Fjern klemmerne, så snart såret er helet (7-10 dage).
  2. Musens kolde udfordring: Hus musene ved termoneutralitet (30 °C) i 14 dage. På dag 13 kan du forkøle dyreburene i kulde (6 °C) natten over. På dag 14 sættes musene ved 6 °C i miljøkammeret i 7 dage. Placer to mus i hvert bur.

2. Mikro-PET/MR-kalibreringer og opsætning af arbejdsgange

BEMÆRK: Micro-PET/MR-billeddannelse udføres ved hjælp af et sekventielt PET/MR-system (se materialetabellen). Hver mus placeres på billeddannelsessengen; først scanne med MR for en anatomisk reference (spejdervisning), inden den går videre til midten af PET-synsfeltet (FOV) for en statisk [18F] FDG PET-erhvervelse, efterfulgt af MR-billeddannelse til anatomisk reference. Der oprettes en billedbehandlingsarbejdsgang i scannerens driftssoftware (se materialetabellen) for at muliggøre automatiserede, sekventielle PET/MR-scanninger forud for billedbehandlingen.

  1. Opret en billedbehandlingsarbejdsgang i driftssoftwaren, der omfatter statisk PET-erhvervelse, MR-erhvervelser til dæmpningskorrektion og anatomisk reference ved hjælp af henholdsvis T1-vævet 3D-billeddannelse og T2-vægtet 2D-billeddannelse.
  2. For at erhverve PET skal du indstille 400-600 keV niveau diskrimination, F-18 undersøgelse isotop, 1-5 tilfældighedstilstand og 20 min scanninger.
  3. For at opnå T1-vægtet MR (til dæmpningskorrektion) skal du indstille Gradient Echo-3D (TE = 4,3 ms, TR = 16 ms, FOV = 90 x 60 mm, antal excitationer (NEX) = 3, 28 skiver med 0,9 mm tykkelse, voxelstørrelse = 0,375 x 0,375 x 0,9 mm).
  4. For at erhverve T2-vægtet MR (anatomisk reference) skal du indstille Fast-spin Echo 2D (TE = 71,8 ms, TR = 3000 ms, FOV = 90 x 60 mm, NEX = 5, 32 skiver med 0,9 mm tykkelse, voxelstørrelse = 0,265 x 0,268 x 0,9 mm3).
  5. For at rekonstruere PET skal du bruge Tera-Tomo 3D (TT3D) algoritme (8 iterationer, 6 delmængder) med 1-3 tilfældighedstilstand og med henfald, dødtid, tilfældig, dæmpning og scatter korrektioner for at skabe billeder med en samlet 0,3 mm3 voxelstørrelse.
  6. Udføre en PET-aktivitetstest af mikro-PET/MR-scanneren en dag før billeddannelsesundersøgelsens start for at kontrollere nøjagtigheden af PET-kvantiteten.
    1. Forbered en 5 ml sprøjte fyldt med [18F]FDG som anbefalet af producentens retningslinjer (140-220 μCi/5-8 MBq i vand eller saltvand).
    2. Registrer sprøjtens aktivitet ved hjælp af en dosiskalibrator (se materialetabellen), og noter måletidspunktet.
    3. Vælg Interpolated Ellipse ROI for at tegne en VOI (Volume of Interest) på det rekonstruerede billede for at sammenligne den genvundne aktivitet med den værdi, der er målt som beskrevet ovenfor. Den genvundne aktivitet for en velkalibreret scanner er nøjagtig inden for ±5%.

3. Injektion af [18F]FDG

  1. Bestil en klinisk dosis på [18F]FDG (10 mCi/370 MBq) fra leverandøren til ankomst til billeddannelseslaboratoriet ca. 30 minutter før den første planlagte injektion. Sørg for at bære passende personlige værnemidler (PPE), såsom en laboratoriefrakke, handsker, personlig strålingsdosimeter, f.eks. Fingre, hele kroppen, når du modtager pakken, der indeholder radioaktive materialer. Skift handsker regelmæssigt for at forhindre krydskontaminering af radioaktiviteten og øge afstanden fra den radioaktive kilde så meget som muligt.
  2. Brug tangen til forsigtigt at overføre [18F]FDG-lagerhætteglasset bag et L-blok bordskjold.
  3. Dispenser en alikvot af [18F] FDG og fortynd med steriliseret saltvand for at give en samlet aktivitetskoncentration ved 200-250 μCi/7-9 MBq) i 100-150 μL.
  4. Træk [18F]FDG-opløsningen i en 1 ml sprøjte med nål (se materialetabel), mål radioaktiviteten ved hjælp af en dosiskalibrator, der er indstillet til F-18, og registrer måletidspunktet.
  5. Optag musens vægt inden injektion. Den tilberedte [18F]FDG-opløsning injiceres via halevenen. Vær opmærksom på injektionstiden og resten af sprøjtens radioaktivitet for at muliggøre korrektion af henfald.
  6. Sæt musen tilbage i buret, og tillad [18F]FDG-optagelse i 60 minutter før PET-scanninger.
  7. Beregn den injicerede [18F]FDG-aktivitet ved hjælp af følgende formel11:
    Injiceret aktivitet (μCi/MBq)
    = Aktivitet i sprøjten før injektion
    - aktivitet i sprøjten efter injektion

4. Erhvervelse af Mikro-PET/MR

  1. Tænd luftvarmeren til musesengen for at lade varm luft passere gennem den.
  2. Anæstesi musen ved hjælp af 5% isofluran (1 L / min medicinsk O2). Når musen er induceret, overføres musen til den varme museseng og opretholdes anæstesi ved 2% -3 % isofluran via en næsemaskekegle. Placer musen med hovedet på bidstangen, og sørg for, at musen ikke stikker ud uden for sengens diameter. Påfør øjensmøremiddel for at undgå tørring og dannelse af hornhindesår.
  3. Overvåg kropstemperaturen og respirationshastigheden ved hjælp af henholdsvis en termisk sonde og en åndedrætspude. Oprethold kropstemperaturen ved 36-37 °C og respirationshastigheden ved 70-80 vejrtrækninger i minuttet (bpm) ved at justere isofluranniveauet.
  4. Udfør en spejdervisning for at bestemme musens position. Juster musesengens position, så den omfatter hele musekroppen, og for at sikre, at mr's midterste synsfelt er i midten af musekroppen.
  5. Under PET-anskaffelsen i undersøgelseslistevinduet skal du vælge Scanningsområde ved tidligere anskaffelse for at bruge spejdervisningspositionen som beskrevet ovenfor. Klik på Forbered dig på at flytte dyrebedet fra MR til PET. Vælg OK for at starte PET-scanningen. Registrer injektionsdosis og tid målt før og efter [18F]FDG-administration i Radiopharmaceutical Editor. Indtast musens vægt under menuen Emneoplysninger .
  6. Når PET-scanningen er afsluttet, skal du vælge Forbered dig på at flytte til MR og gennemføre alle MR-anskaffelser i undersøgelseslistevinduet. Vælg OK for at starte MR-scanningerne.
  7. Når hele arbejdsgangen er afsluttet, skal du kort evaluere kvaliteten af de erhvervede MR-billeder ved hjælp af efterbehandlingssoftwaren (se Tabel over materialer). Klik på knappen Hjem for at flytte musesengen fra MR til den oprindelige position.
  8. Fjern forsigtigt musen fra scanneren, og returner den til et rent husbur med en opvarmet pude nedenunder for at muliggøre genopretning i varme omgivelser. Forsyn musen med mad og vand. Systemet er nu klar til næste mus i køen.
  9. Hvis du vil rekonstruere data, skal du vælge PET-anskaffelse i menuen Raw Scan for at indlæse den fuldførte PET-scanning. Vælg T1-vægtet MR-anskaffelse for oprettelse af materialekort. Rekonstruer dataene som beskrevet ovenfor (se trin 2.5).
  10. Følg de lokale og instituttets regler vedrørende pleje og håndtering af post-PET-billedmus. Betragt alle brugte sprøjter/nåle, handsker, sengetøj og fækalt materiale som radioaktivt affald, der kræver særlig håndtering/bortskaffelse i overensstemmelse med de lokale regler.

5. Analyse efter billeddannelse

  1. Åbn billedanalysesoftwaren (se Tabel over materialer), og klik på Indlæs DICOM-data for at hente de tilsvarende MR- og PET-billeder.
  2. Udfør medregistrering af MR- og PET-billede ved at trække disse billeder til displayvinduet. Klik på funktionen Automatisk registrering .
    1. Vælg Stiv transformation i rullemenuen Registreringsopsætning . Kontroller Skift og Rotation under menuen Stiv/Affin .
    2. Vælg T1-vægtet MR-anskaffelse som reference - og PET-anskaffelse som reslice i menuen Valg af global rolle .
    3. Undersøg registreringen i alle tre dimensioner for at sikre en perfekt tilpasning mellem MR- og PET-billeder. For at justere det manuelt skal du klikke på Manuel registrering.
  3. Brug Interpolated Ellipse ROI til at tegne VOI på vævet af interesse, dvs. iBAT og inguinal hvidt fedtvæv (iWAT) ved hjælp af MR-billede til reference. Brug penselværktøjet og viskelæderværktøjet til at definere VOI-grænsen; derfor anatomien af væv. Sørg for, at der ikke er nogen overlapningsoptagelse ved at bruge PET-billede for at undgå afsmitning fra naboorganerne. Gentag processen slide-by-slide, indtil hele VOI er afgrænset. Rediger om nødvendigt VOI'erne for at opretholde ensartede VOI-volumener mellem hver mus.
  4. Brug Ellipsoid VOI til at tegne en 3 mm3 VOI på lungen som referenceorgan. Undgå afsmitning fra det nærliggende hjerte og muskel.
  5. Når du er færdig, skal du klikke på Vis ROI-tabel for at omdøbe hver VOI. Optag den gennemsnitlige radioaktivitet med VOI og vævsvolumen i et regneark. Arkiver VOI-tegningerne og billeddataene til en datalagringsenhed.
  6. Beregn den standardiserede optagelsesværdi (SUV) for alle VOI'er ved hjælp af følgende ligning11:
    SUVmean = VOI-radioaktivitet i kBq / (Henfald - korrigeret injiceret dosis i kBq / musens kropsvægt i kg), idet der antages en vævstæthed på 1 g / ml.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Tre grupper af mus (n = 3 pr. gruppe) gennemgik mikro-PET/MR-billeddannelse i dette studie, hvor de blev anbragt ved enten termoneutralitet (30 °C) eller kulde (6 °C) i 7 dage. En gruppe mus (n = 3) fik fjernet deres iBAT (iBATx) før koldbehandling (figur 1A). Denne metode førte til en ændring af aktiviteten i det hvide fedtvæv i alle tre mus. Navnlig blev der observeret en bemærkelsesværdig stigning i [18F]FDG-optagelsen i iWAT ved hjælp af mikro-PET/MR-billeddannelse (figur 1B-C). Disse medregistrerede billeddannelsesdata er påvist som maksimal intensitetsfremskrivning (MIP), hvor iWAT var klart afgrænset for at muliggøre kvantificering af [18F]FDG-udbredelsen. Konsekvent var de multilokulære adipocytter, som er karakteristisk morfologi for beige adipocytter, mere udtalt i iWAT fra iBATx-mus sammenlignet med den sham-opererede gruppe (figur 1D).

For at verificere, om ændringer i iBAT- og iWAT-aktiviteter ved denne langvarige kolde induktion kan overvåges ved hjælp af mikro-PET/MR-billeddannelse, blev der udført billeddannelsesundersøgelser på de mus, der blev eksponeret for 30 °C og 6 °C, og resultaterne mellem grupperne blev sammenlignet. PET/MR-billeddannelse viste også, at mus, der udsættes for 6 °C, har markant forhøjet [18F]FDG-optagelse på iBAT i sham-opererede mus (figur 2A), hvilket er i overensstemmelse med den tidligere rapporterede litteratur11. Mus med deres iBAT fjernet (iBATx) før koldbehandling viste den højeste [18F]FDG-optagelse i iWAT blandt gruppen 30 °C og 6 °C (figur 2B). PET-billeder blev yderligere kvantificeret ved hjælp af en SUV-baseret tilgang. I iBAT forårsagede kold eksponering en 7 gange stigning i [18F]FDG-optagelsen sammenlignet med 30 °C-gruppen. I iWAT var [18F]FDG-optagelsen højere hos koldakklimatiserede iBATx-mus end de resterende grupper (figur 2C). Fjernelse af iBAT i de koldinducerede mus resulterede i en 8 gange stigning i optagelsen af iWAT sammenlignet med de termoneutrale mus, mens der kun blev observeret en beskeden stigning (2 gange), når iBAT var til stede hos mus.

Figure 1
Figur 1: Micro-PET/MR Imaging of inguinal white adipose tissue (iWAT) hos mus. Interscapulært brunt fedtvæv blev kirurgisk fjernet (iBATx). Efter genopretning blev musene anbragt ved 6 °C i 7 dage før analysen. A) Rutediagram for den kirurgiske og de efterfølgende procedurer. B) Illustration af musens og PET/MR-scannerens position. C) Maksimal intensitetsprojektion (MIP) af medregistrerede PET/MR-billeder. Hvide pile: Placering af iWAT. A: Forreste L: Venstre. (D) Hæmatoxylin og Eosin (HE) farvning af iWAT i sham og iBATx mus efter kold eksponering. Skalabjælke = 100 μm. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Repræsentativ in vivo [18F]FDG-optagelse i brunt fedtvæv i det interscapulære område (iBAT) og det indinale subkutane hvide fedtvæv (iWAT). Mus anbragt ved termoneutralitet (30 °C), koldakklimatiseret (6 °C) og kuldeakklimatiseret + iBATx blev underkastet [18F]FDG PET/MR-billeddannelse. A) Sagittal del af PET/MR-billeder, der viser iBAT hos mus. B) Aksial del af PET/MR-billeder, der viser bilateral iWAT. C) Kvantitativ analyse af [18F]FDG-udbredelsen i iBAT (venstre) og iWAT (højre). Gule pile: Placering af iBAT. Hvide pile: Placering af iWAT. n = 3 for hver gruppe. Værdier af SUVratio præsenteres som gennemsnitlige ±SD. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne undersøgelse blev en PET/MR-baseret billeddannelse og kvantificering af funktionelt brunt og beige fedtvæv i smådyr beskrevet. Denne metode anvender den ikke-metaboliserbare glucoseanalog [18F]FDG som en billeddannende biomarkør for at identificere fedtvævene med høj glukoseefterspørgsel på en ikke-invasiv måde. MR tilbyder god blødt vævskontrast og kan bedre differentiere fedtvæv fra det nærliggende bløde væv og muskler. Når det kombineres med PET, muliggør dette billeddannelse og kvantificering af de aktiverede adipocytter som følge af høj glukoseudnyttelse på en nøjagtig måde. De eksperimentelle betingelser, der er skitseret her, fremhæver muligheden for at anvende [18F]FDG PET til at studere opregulering af iBAT og iWAT in vivo og er potentielt nyttig til evaluering af den termogene virkning af nye lægemiddelkandidater. Derudover kan denne protokol let ændres til et format med høj gennemstrømning ved samtidig at afbilde flere mus ved hjælp af et specielt designet dyrebed og derved øge den statistiske kraft og tillid til billeddannelsesdataene til en reduceret pris og tid12,13.

I øjeblikket er [18F]FDG PET/CT fortsat den mest almindelige tilgang til visualisering af BAT hos mennesker og gnavere, og standardprotokoller er veletablerede8,11. I de senere år er der også flere undersøgelser, der bruger [18F]FDG PET/MR-billeddannelse til at vurdere BAT hos mennesker14,15,16. Derimod foreligger der ingen detaljeret beskrivelse af [18F]FDG PET/MRI for små dyr. Beskrevet her er en detaljeret protokol, der er afhængig af brugen af et kombineret PET- og MR-billeddannelsessystem i mus. Denne metode udnytter den højere opløsning af MR, især ved påvisning af fedtvæv, hvilket gør dem lette at identificere og segmentere sammenlignet med den almindeligt anvendte CT-metode. Den nuværende tilgang muliggør derfor en forbedret nøjagtighed af PET-kvantificering sammenlignet med PET/CT-metoden, som er af stor værdi for undersøgelser på små dyr med mere delikate fedtdepoter. Når man analyserer resultaterne af væv af interesse ved deres baselineoptagelse, bliver MR et vigtigt redskab til nøjagtigt at tegne VOI'erne for at sikre konsistens af deres volumener mellem mus og undgå inkludering af naboorganer. Derudover er nøjagtig billedbehandling såsom billedregistrering og VOI-afgrænsning vigtig for at muliggøre pålidelig kvantificering. Den anatomiske placering af den glukose-responsive BAT er forskellig mellem mennesker og mus. Mens den funktionelle BAT lokaliserer sig i den interscapulære region, identificerer [18F] FDG PET/MR-billeddannelsesbaseret analyse hovedsageligt funktionel BAT i den supraklavede region hos mennesker14,15,16.

Musenes faste- eller fodrestatus bør også tages i betragtning, når de udfører [18F]FDG-optagelseseksperimentet. I nogle undersøgelser fastes musene i flere timer eller endda natten over før optagelsesforsøget, da det antages, at endogen glukose vil konkurrere med [18F] FDG. I protokollen blev [18F]FDG ved fed status målt, og der blev stadig observeret et stærkt optagelsessignal i både iBAT og iWAT. Dette viser således, at det ikke er nødvendigt at sætte musene i fastestatus for robuste optagelsessignaler, som er mindre fysiologisk relevante. Faktisk bør man være forsigtig, når man undersøger BAT og beige adipocytter hos fastende dyr, da et tidligere fund har rapporteret, at det hypothalamiske neuropeptid Y (NPY)-medierede sultsignal virker på de medullære motoriske systemer for at hæmme BAT-termogenese ved at reducere den sympatiske innervering17. Konsekvent foreslås det hos mennesker, at de termogene adipocytter ved høje kalorigeniske kostvaner forbrænder ekstra kalorier for at opretholde energibalancen. I modsætning hertil aktiveres modreguleringsmekanismer ved næringsstofmangel for at undertrykke energispild.

En anden overvejelse for [18F]FDG PET-billeddannelse involverer ruterne til administration af radiotracer i mus. Intraperitoneale og intravenøse teknikker er to almindelige måder at injicere [18F] FDG i mus, og begge metoder resulterer i en relativt ens biodistribution af [18F] FDG i mus 60 minutter efter injektion18. Mens den intraperitoneale metode er relativt let at udføre, og injektionen kan udføres hurtigt for at undgå uønsket stress, der pålægges musene, er direkte injektion ved et uheld i tarmen almindelig og identificeres ikke umiddelbart, hvilket fører til upålidelige PET-resultater19. Intravenøs metode er den foretrukne metode og anvendes i denne undersøgelse. Vellykket haleveneinjektion kan bestemmes, når der observeres et synligt blodflashback før infusion, hvilket indikerer, at nålen er korrekt placeret inde i venen til infusion. En begrænsning af denne teknik er vanskeligheden ved at bemærke et synligt blodflashback, potentielt på grund af lavt blodtryk og tilstedeværelsen af mørkt hår på halerne. Dette kan overvindes ved at opvarme halen med en varm vaskeklud for at øge blodgennemstrømningen og dermed forbedre venens synlighed til nåleindsættelse.

En nøjagtig scanner og et relevant udstyr er andre vigtige faktorer for pålidelig kvantificering af PET-billeder. Det er bydende nødvendigt at udføre rutinemæssige kvalitetskontrolundersøgelser på PET- og MR-komponenter i scanneren. MR-kvalitetskontrol omfatter signal-støj-forholdsvurderingen på forskellige T1- og T2-vægtede sekvenser, som skal udføres ugentligt som anbefalet af scannerproducenten. For PET skal aktivitetsnøjagtigheden bestemmes ved hjælp af en sprøjte, der indeholder en kendt koncentration af radioaktivitet på ugentlig basis eller inden påbegyndelsen af en vigtig undersøgelse. Denne kvalitetskontroltest gør det også muligt at bestemme samregistrering af PET- og MR-billeder. Kalibreringen skal udføres, hvis den genvundne aktivitet falder uden for det anbefalede interval, eller der konstateres fejlregistrering mellem PET- og MR-billeder. Desuden bør dosiskalibratoren kalibreres regelmæssigt i overensstemmelse med fabrikantens retningslinjer, da dette er et vigtigt redskab til kvalitetskontrol af scanneren samt radioaktivitetsmåling til PET-billeddannelse.

Denne undersøgelse viser, at aktiveringen af fedtdepoter i både iBAT og iWAT hos mus kan visualiseres og kvantificeres ved hjælp af [18F] FDG PET/MR-billeddannelse ved udsættelse for kold temperatur. Den nuværende undersøgelse er imidlertid begrænset af, at [18F]FDG-optagelsen i iWAT var relativt lav, medmindre der ikke var iBAT. Dette indikerer, at sammenlignet med iBAT, der let aktiveres af kold stimulus, er beige adipocytter relativt tilbageholdende med at blive mobiliseret og fungerer mere som et backup termogent depot af iBAT hos mus. Der skal identificeres mere effektive metoder til at inducere [18F]FDG-signalet i iWAT og/eller andre fedtdepoter hos normale mus, såsom anvendelse af beigespecifikke aktivatorer eller stærkere kold udfordringstilstand, hvilket ligger uden for rammerne af den nuværende undersøgelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen interessekonflikter at oplyse.

Acknowledgments

Vi takker støtten fra National Natural Science Foundation of China (NSFC) - Excellent Young Scientists Fund (Hong Kong og Macau) (81922079), Hong Kong Research Grants Council General Research Fund (GRF 17121520 og 17123419) og Hong Kong Research Grants Council Collaborative Research Fund (CRF C7018-14E) til billeddannelsesforsøg med små dyr.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.9% sterile saline BBraun 0.9% sodium chloride intravenous infusion, 500 mL
5 mL syringe Terumo SS05L 5 mL syringe Luer Lock
Dose Calibrator Biodex Atomlab 500
Eye lubricant Alcon Duratears Sterile ocular lubricant ointment, 3.5 g
Insulin syringe Terumo 10ME2913 1 mL insulin syringe with needle
InterView Fusion software Mediso Version 3.03 Post-processing and image analysis software
Isoflurane Chanelle Pharma Iso-Vet, inhalation anesthetic, 250 mL
Ketamine Alfasan International B.V. HK-37715 Ketamine 10% injection solution, 10 mL
Medical oxygen Linde HKO 101-HR compressed gas, 99.5% purity
Metacam Boehringer Ingelheim 5 mg/mL Meloxicam solution for injection for dogs and cats, 10 mL
nanoScan PET/MR Scanner Mediso 3 Tesla MR
Nucline nanoScan software Mediso Version 3.0 Scanner operating software
Wound clips Reflex 7 203-100 7mm Stainless steel wound clips, 20 clips
Xylazine Alfasan International B.V. HK-56179 Xylazine 2% injection solution, 30 mL

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rosen, E. D., Spiegelman, B. M. What we talk about when we talk about fat. Cell. 156 (1-2), 20-44 (2014).
  2. Cannon, B., Brown Nedergaard, J. adipose tissue: function and physiological significance. Physiological Review. 84 (1), 277-359 (2004).
  3. Jal Wu,, et al. Beige adipocytes are a distinct type of thermogenic fat cell in mouse and. 150 (2), 366-376 (2012).
  4. Cypess, A. M., et al. Activation of human brown adipose tissue by a beta3-adrenergic receptor agonist. Cell Metabolism. 21 (1), 33-38 (2015).
  5. Ishibashi, J., Seale, P. Beige can be slimming. Science. 328 (5982), 1113-1114 (2010).
  6. Jal Schulz, T., et al. Brown-fat paucity due to impaired BMP signalling induces compensatory browning of white fat. Nature. 495 (7441), 379-383 (2013).
  7. Pal Cohen,, et al. Ablation of PRDM16 and beige adipose causes metabolic dysfunction and a subcutaneous to visceral fat switch. Cell. 156 (1-2), 304-316 (2014).
  8. Mal Cypess, A., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New England Journal of Medicine. 360 (15), 1509-1517 (2009).
  9. Aal vander Lans, A., et al. Cold acclimation recruits human brown fat and increases nonshivering thermogenesis. Journal of Clinical Investigation. 123 (8), 3395-3403 (2013).
  10. Jal Hanssen, M., et al. Short-term cold acclimation improves insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus. Nature Medicine. 21 (8), 863-865 (2015).
  11. Wang, X., Minze, L. J., Shi, Z. Z. Functional imaging of brown fat in mice with 18F-FDG micro-PET/CT. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 69, (2012).
  12. Greenwood, H. E., Nyitrai, Z., Mocsai, G., Hobor, S., Witney, T. H. High-throughput PET/CT imaging using a multiple-mouse imaging system. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (2), 292-297 (2020).
  13. Carter, L. M., Henry, K. E., Platzman, A., Lewis, J. S. 3D-printable platform for high-throughput small-animal imaging. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (11), 1691-1692 (2020).
  14. Jal Andersson,, et al. Estimating the cold-induced brown adipose tissue glucose uptake rate measured by (18)F-FDG PET using infrared thermography and water-fat separated MRI. Scientific Reports. 9 (18), 12358 (2019).
  15. Eal Lundstrom,, et al. Brown adipose tissue estimated with the magnetic resonance imaging fat fraction is associated with glucose metabolism in adolescents. Pediatric Obesity. 14 (9), (2019).
  16. Eal Lundstrom,, et al. Magnetic resonance imaging cooling-reheating protocol indicates decreased fat fraction via lipid consumption in suspected brown adipose tissue. PLoS One. 10 (4), 0126705 (2015).
  17. Nakamura, Y., Yanagawa, Y., Morrison, S. F., Nakamura, K. Medullary reticular neurons mediate neuropeptide Y-induced metabolic inhibition and mastication. Cell Metabolism. 25 (2), 322-334 (2017).
  18. Jal Fueger, B., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
  19. Vines, D. C., Green, D. E., Kudo, G., Keller, H. Evaluation of mouse tail-vein injections both qualitatively and quantitatively on small-animal PET tail scans. Journal of Nuclear Medicine Technology. 39 (4), 264-270 (2011).

Tags

Biologi udgave 173 brunt fedtvæv beige adipocytter termogenese glukoseoptagelse mikro-PET/MR-billeddannelse [18F]FDG
Visualisering og kvantificering af brunt og beige fedtvæv hos mus ved hjælp af [<sup>18F</sup>]FDG Micro-PET/MR Imaging
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, Q., Tan, K. V., Chang, H. C.,… More

Liu, Q., Tan, K. V., Chang, H. C., Khong, P. L., Hui, X. Visualization and Quantification of Brown and Beige Adipose Tissues in Mice using [18F]FDG Micro-PET/MR Imaging. J. Vis. Exp. (173), e62460, doi:10.3791/62460 (2021).

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