Name: Ein duales Tracer-PET-MRT-Protokoll zur quantitativen Messung der Aufnahme regionaler Energiesubstrate im Gehirn bei der Ratte (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 10 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie mit dualem PET-MRT die regionale Aufnahme von Glukose und Ketonen im Rattengehirn quantitativ messen. Diese Methode ermöglicht detaillierte Analysen des Energiestoffwechsels im Gehirn.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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 (http://pavi.dinf.usherbrooke.ca) für ihre Hilfe.

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
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Narkotisieren Sie die Ratte in einer Induktionskammer. Verwenden Sie während des gesamten Protokolls 2 % Isofluran und 1,5 L/min Sauerstoff zur Anästhesie. Überprüfen Sie durch einen Fußnagelreiz, ob das Tier vollständig narkotisiert ist. ACHTUNG: Die Inhalation von Isofluran kann in Einzelfällen Kopfschmerzen, Schwindel oder Bewusstlosigkeit verursachen; es sollte stets in Anwesenheit einer Umlüftungsanlage in einem ausreichend belüfteten Raum verwendet werden.</li>
	<li>Platzieren Sie die Ratte kopfvoran in Bauchlage auf dem MRT-Untersuchungstisch mit einer Nasenkappe für Isofluran. Positionieren Sie die Atem- und Rektalsonden. Überwachen Sie während des Experiments die Atemfrequenz und halten Sie die Körpertemperatur mittels einer automatischen Warmlufterwärmung bei 37 °C.</li>
	<li>Aufnahme von T2-gewichteten MR-Bildern mithilfe einer schnellen Spin-Echo-Impulssequenz mit den zuvor beschriebenen Aufnahmeparametern11. Legen Sie die Ratte während der Erholungsphase nach der Narkose auf eine beheizte Unterlage.</li>
</ol>
2. PET-Aufnahmen mit zwei Tracern
<ol>
	<li>Verwenden Sie einen PET-Scanner für Kleintiere, der mit Avalanche-Photodioden-Detektoren ausgestattet ist, ein axiales Sichtfeld von etwa 7,5 cm und eine isotrope räumliche Auflösung von 1,2 mm17 aufweist. Aufgrund der kurzen physikalischen Halbwertszeit muss 11C vor jedem Experiment vor Ort mittels Protonenbestrahlung von natürlichem Stickstoff (über die 14N(p,α)11C-Kernreaktion) in einem Zyklotron hergestellt werden.</li>
	<li>Fasten Sie die Ratte 18 Stunden vor der PET-Bildgebung. Das Fasten ermöglicht eine höhere Aufnahme von 11C-AcAc und 18F-FDG im Gehirn und verbessert dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis.</li>
	<li>Narkotisieren Sie die Ratte in einer Induktionskammer. Überführen Sie die Ratte auf eine Heizmatte mit einer Nasenkappe für Isofluran. Beginnen Sie zu diesem Zeitpunkt die Synthese von 11C-AcAc. Die Synthese dauert 18 Minuten ab dem Ende der Bestrahlung, wie zuvor beschrieben1.</li>
	<li>Positionieren Sie die Ratte seitlich liegend. Bereiten Sie einen mit heparinisiertem 0,9-%-Natriumchlorid-Lösung (Salzlösung) gefüllten PE50-Polyethylenkatheter vor. Legen Sie den Katheter in die Schwanzvene zur Tracer-Injektion. Legen Sie einen zweiten Katheter in die mittlere ventrale Schwanzarterie zur Blutentnahme während der gesamten Aufnahmen.</li>
	<li>Überführen Sie die Ratte schnell auf den Scanner-Tisch in Bauchlage mit Kopfvoraus, ausgestattet mit einer Nasenkappe für Isofluran. Positionieren Sie die Atem- und Rektalsonden. Überwachen Sie während des Experiments die Atemfrequenz und halten Sie die Körpertemperatur mit einem automatisierten Warmluftsystem konstant bei 37 °C. Fahren Sie den Scanner-Tisch in den Scanner hinein, um gleichzeitige Aufnahmen von Gehirn und Herz sicherzustellen. Als anatomische Orientierung positionieren Sie den Rand des Sichtfelds an den Augen der Ratte (mithilfe von Laserlinien).</li>
	<li>Stellen Sie anhand einer konzentrierten 11C-AcAc-Lösung (~1 GBq/ml) eine Spritze mit etwa 50 MBq Radioaktivität bereit (ein Bereich von 45–55 MBq ist akzeptabel). Stellen Sie das Volumen mit Salzlösung auf 300 μl ein. ACHTUNG: Radioaktivität kann gesundheitsschädlich sein. Sie sollte stets hinter einem Bleischild gehandhabt werden. Der Experimentator sollte einen Körperschutzdosimeter und einen Ringdosimeter tragen. Während des Experiments sollte zudem ein Geigerzähler eingeschaltet sein.</li>
	<li>Befestigen Sie die Spritze an einer Injektionspumpe. Beginnen Sie die Bolusinjektion von 11C-AcAc mit einer Rate von 1 ml/min (Injektionsdauer: ~19 Sekunden). Verwenden Sie eine zweite Pumpe, um unmittelbar nach Beendigung der 11C-AcAc-Injektion eine Injektion von 300 μl Salzlösung mit einer Rate von 1 ml/min zu starten, was für eine optimale Tracerzufuhr in den Blutkreislauf wichtig ist.</li>
	<li>Starten Sie die dynamische PET-Datenaufnahme 30 Sekunden vor Beginn der Bolusinjektion über eine Gesamtdauer von 20,5 Minuten. Die 30-Sekunden-Datenaufnahme vor der Tracerinjektion liefert eine Messung der Umgebungsstrahlung, die anschließend von den PET-Daten subtrahiert wird. Stellen Sie den regulären Abtastmodus und das Energiefenster auf 250–650 keV ein.</li>
	<li>Entnehmen Sie zwei Blutproben à 200 μl etwa 15 und 18 Minuten nach Beginn der 11C-AcAc-Injektion. Spritzen Sie nach jeder Entnahme heparinisierte Salzlösung in den Katheter, um Blutgerinnung zu verhindern. Notieren Sie jeweils den Zeitpunkt zu Beginn und Ende der Blutentnahme und verwenden Sie die mittlere Zeit. Zentrifugieren Sie bei 6.000 U/min für 5 Minuten und gewinnen Sie das Plasma. Messen Sie die Radioaktivitätszählraten im Plasma mithilfe eines Gammazählers, der mit dem PET-Scanner kalibriert ist.</li>
	<li>Nach der 11C-AcAc-Aufnahme sollte eine Wartezeit von 20 Minuten eingehalten werden, um sicherzustellen, dass der Großteil der Radioaktivität zerfallen ist. Die Dauer kann zwischen 15 und 30 Minuten variieren. Bewegen Sie das Scannerbett nicht und lassen Sie die Ratte währenddessen weiterhin unter Isofluran-Narkose.</li>
	<li>Während dieser Zeit stellen Sie anhand einer konzentrierten 18F-FDG-Lösung (~5,5 GBq/μl) eine Spritze mit etwa 50 MBq bereit. Gehen Sie exakt wie in den Schritten 2.6 und 2.7 beschrieben vor. Starten Sie eine dynamische Aufnahme über eine Gesamtdauer von 40,5 Minuten, einschließlich der 30 Sekunden vor der Injektion. Entnehmen Sie zwei Blutproben à 200 μl etwa 30 und 35 Minuten nach Beginn der 18F-FDG-Injektion.</li>
	<li>Am Ende der 18F-FDG-Aufnahme entnehmen Sie eine letzte Blutprobe à 200 μl. Zentrifugieren Sie und gewinnen Sie das Plasma. Lagern Sie die Plasma­proben bei -80 °C für die Glukose- und AcAc-Analyse.</li>
	<li>Platzieren Sie die Ratte abschließend während der Aufwachphase auf einer Heizmatte. Halten Sie das Tier für eine longitudinale Nachbeobachtung oder töten Sie es alternativ für die Entnahme von Gehirnproben und weitere biochemische Untersuchungen.</li>
	<li>Rekonstruieren Sie die PET-Bilder entsprechend den folgenden zeitlichen Sequenzen: 1 × 30 Sekunden; 12 × 5 Sekunden; 8 × 30 Sekunden; und n × 300 Sekunden, wobei n = 3 für die 11C-AcAc-Aufnahme und n = 7 für die 18F-FDG-Aufnahme gilt.</li>
</ol>
3. Analyse von Plasma-Glukose und AcAc
<ol>
	<li>Messen Sie den Plasma-Glukose- und AcAc-Spiegel mit einem klinischen Chemieanalysator. Führen Sie die Analysen innerhalb von 48 Stunden nach der Blutentnahme durch, um die Decarboxylierung von AcAc zu Aceton zu minimieren. Bestimmen Sie die Glukosekonzentration mit dem DF40-Kit, wie zuvor beschrieben18, und AcAc mit einem offenen Kanal2. Diese Art von Analysator ist genauer als Teststreifen (0,1 μM) und verfügt über ein breites Nachweisfenster.</li>
</ol>
4. Quantitative PET-Analyse
<ol>
	<li>Verwenden Sie die PMOD-Software oder ein vergleichbares System zur Analyse von PET-Bildern an Kleintieren.</li>
	<li>Plasma-Zeit-Aktivitäts-Kurve (TAC)
	<ol>
		<li>Laden Sie die 18F-FDG-Daten. Summieren Sie die Bild-Frames der ersten 60 Sekunden nach der Injektion (wenn der Tracer hauptsächlich im Blut ist).</li>
		<li>Zeichnen Sie mithilfe eines manuellen Zeichnungswerkzeugs ein Volumen interessierender Bereiche (VOI) in den Blutpool des linken Ventrikels (ein großer Pool, zentriert im unteren Teil der Bilder). Zeichnen Sie das VOI etwa 1 mm innerhalb der Kante des Blutpools (rote Voxel), um sicherzustellen, dass kein Gewebe einbezogen wird, und um eine Übersprechung der Geweberadioaktivität in den Blutpool zu vermeiden (Abbildung 1A). Kopieren Sie das VOI auf die gesamte dynamische Bildserie und erzeugen Sie eine Kurve der Radioaktivität als Funktion der Zeit (TAC).</li>
		<li>Verwenden Sie in einer Tabellenkalkulation die Radioaktivitätszählwerte der beiden während der Aufnahme entnommenen Plasma-Proben, um die Plasma-TAC zu korrigieren (Abbildung 1B). Verwenden Sie die folgende Gleichung: 
		<img alt="Korrekturformel für IDIF, Bildkorrekturverfahren; Gleichungen; wissenschaftliche Datenanalyse" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq1.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000"> 
		Eine gewisse Glättung der Plasma-TAC kann durchgeführt werden.</li>
		<li>Überprüfen Sie, ob Rest-Radioaktivität von 11C-AcAc in den ersten 30 Sekunden der 18F-FDG-Aufnahme vor der Injektion vorhanden ist. Falls ja, subtrahieren Sie den folgenden Faktor von allen nachfolgenden Zeit-Frames der TAC: 
		<img alt="Diagramm der exponentiellen Zerfallsgleichung, R×e^{-(ln2/t_{1/2})×T}, Analyse des radioaktiven Zerfalls." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq2.jpg" width="150" data-altupdatedat="1787630408000">, 
		bei der R die Rest-Radioaktivität, t1/2 die Halbwertszeit von 11C (20,4 min) und T der Zeit-Frame2,13 ist. Die Rest-Radioaktivität von 11C-AcAc nach einer Wartezeit von 20 min kann bis zu 1,5 % der maximalen 18F-FDG-Zählwerte betragen.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>18F-FDG/MRT-Koregistrierung
	<ol>
		<li>Wenden Sie die Koregistrierung, die mit den 18F-FDG-Bildern erzielt wurde, auf die 11C-AcAc-Bilder an. Dies ist notwendig, da 11C-AcAc-Bilder ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen und eine automatische Koregistrierung schwierig ist.</li>
		<li>Laden Sie die entsprechenden MRT-Daten. Laden Sie alle 28 18F-FDG-Zeit-Frames in derselben Orientierung wie die MRT-Bilder (auf drei Achsen).</li>
		<li>Berechnen Sie das summierte 18F-FDG-Bild aus den 28 Zeit-Frames. Dadurch entsteht ein Bild mit höheren Zählraten, das sich leichter für die Koregistrierung mit MRT-Bildern verwenden lässt als einzelne Bild-Frames.</li>
		<li>Führen Sie die automatische Koregistrierung des summierten 18F-FDG-Bildes mit den MRT-Bildern durch (Abbildung 2). Wenden Sie die Transformation auf alle einzelnen 18F-FDG-Bild-Frames an. Speichern Sie die Transformation, die später auf die 11C-AcAc-Bilder angewendet wird.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Volumina interessierender Bereiche (VOIs)
	<ol>
		<li>Wählen Sie mithilfe einer Segmentierungssoftware wie PMOD die MRT-Daten aus und wählen Sie die bevorzugte Ebene für die manuelle Zeichnung. Wählen Sie je nach Größe der Hirnregion und Bildkontrast das manuelle oder halbautomatische Zeichnungswerkzeug. Orientieren Sie sich bei der Lokalisierung der Hirnstrukturen an einem standardisierten Rattenhirn-Atlas19.</li>
		<li>Zeichnen Sie die VOIs. Wie in Abbildung 3 dargestellt, segmentieren Sie das gesamte Gehirn, den Cortex, Hippocampus, Striatum und Kleinhirn, aber auch andere Regionen können gewählt werden. Speichern Sie die VOIs, die später auf die koregistrierten 18F-FDG- und 11C-AcAc-Bilder angewendet werden.</li>
		<li>Wenden Sie die VOIs auf die koregistrierten 18F-FDG-Bilder an. Wählen Sie die VOI-Statistik, um die Hirn-TAC darzustellen. Korrigieren Sie gegebenenfalls die TAC, indem Sie die zerfallskorrigierte mittlere Radioaktivität der ersten 30 Sekunden von allen nachfolgenden Zeit-Frames subtrahieren.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Berechnung der zerebralen Stoffwechselrate
	<ol>
		<li>Laden Sie die Hirn- und entsprechende Plasma-TACs.</li>
		<li>Wählen Sie das kinetische Patlak-Plot-Modell20,21. Setzen Sie die lumped constant auf 0,4822 und die entsprechende Plasma-Glukosekonzentration (Abbildung 4B). Legen Sie die maximale relative Abweichung vom Patlak-Plot auf 5 % fest. Passen Sie die Daten an das Modell an.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>11C-AcAc-Bilder
	<ol>
		<li>Berechnen Sie das summierte 18F-FDG-Bild aus den ersten 24 Zeit-Frames, um dieselbe Anzahl an Frames wie beim 11C-AcAc-Scan zu erhalten. Andernfalls schlägt die 11C-AcAc/MRT-Koregistrierung fehl. Führen Sie die automatische Koregistrierung von 18F-FDG mit MRT durch. Speichern Sie den Transformationsprozess, der für die Koregistrierung der 11C-AcAc-Bilder verwendet wird.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 4.2 und 4.3 für die 11C-AcAc-Bilder. Verwenden Sie in Schritt 4.6.1 die 18F-FDG-Transformation und wenden Sie sie auf alle einzelnen 11C-AcAc-Bild-Frames an. Wiederholen Sie die Schritte 4.4 und 4.5 und verwenden Sie die gespeicherten 18F-FDG-VOIs. Setzen Sie die lumped constant auf 1.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Tremblay, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+synthesis+of+11C-acetoacetic+acid%2C+a+key+alternate+brain+fuel+to+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Radiat.+Isot%22%5BJournal%5D)">Automated synthesis of 11C-acetoacetic acid, a key alternate brain fuel to glucose.</a> Appl. Radiat. Isot. 65, 934-940 (2007).</li>
<li>Pifferi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mild+experimental+ketosis+increases+brain+uptake+of+11C-acetoacetate+and+18F-fluorodeoxyglucose%3A+a+dual-tracer+PET+imaging+study+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Nutr.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Mild experimental ketosis increases brain uptake of 11C-acetoacetate and 18F-fluorodeoxyglucose: a dual-tracer PET imaging study in rats.</a> Nutr. Neurosci. 14, 51-58 (2011).</li>
<li>Lopez-Grueso, R., Borras, C., Gambiniy, J., Vina, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((El+envejecimiento+y+la+ovariectomia+causan+una+disminucion+del+consumo+cerebral+de+glucosa+in+vivo+en+ratas+Wistar%5BTitle%5D)+AND+%22Revista+Espanola+de+Geriatria+y+Gerontologia%22%5BJournal%5D)">El envejecimiento y la ovariectomia causan una disminucion del consumo cerebral de glucosa in vivo en ratas Wistar.</a> Revista Espanola de Geriatria y Gerontologia. 45, 136-140 (2010).</li>
<li>Fueger, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+animal+handling+on+the+results+of+18F-FDG+PET+studies+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl.+Med%22%5BJournal%5D)">Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice.</a> J. Nucl. Med. 47, 999-1006 (2006).</li>
<li>Luo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+7-+and+19-month-old+Tg2576+mice+using+multimodal+in+vivo+imaging%3A+limitations+as+a+translatable+model+of+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Characterization of 7- and 19-month-old Tg2576 mice using multimodal in vivo imaging: limitations as a translatable model of Alzheimer's disease.</a> Neurobiol. Aging. 33, 933-944 (2012).</li>
<li>Poisnel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+regional+cerebral+glucose+uptake+in+an+APP%2FPS1+model+of+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Increased regional cerebral glucose uptake in an APP/PS1 model of Alzheimer's disease.</a> Neurobiol. Aging. 33, 1995-2005 (2012).</li>
<li>Kenney, J. M., Marinelli, L. D., Woodard, H. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracer+studies+with+radioactive+phosphorus+in+malignant+neoplastic+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Tracer studies with radioactive phosphorus in malignant neoplastic disease.</a> Radiology. 37, 683-690 (1941).</li>
<li>Cunnane, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+fuel+metabolism%2C+aging%2C+and+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Nutrition%22%5BJournal%5D)">Brain fuel metabolism, aging, and Alzheimer's disease.</a> Nutrition. 27, 3-20 (2011).</li>
<li>Shimoji, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+cerebral+glucose+metabolic+rates+in+the+anesthetized+rat+by+dynamic+scanning+with+18F-FDG%2C+the+ATLAS+small+animal+PET+scanner%2C+and+arterial+blood+sampling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl.+Med%22%5BJournal%5D)">Measurement of cerebral glucose metabolic rates in the anesthetized rat by dynamic scanning with 18F-FDG, the ATLAS small animal PET scanner, and arterial blood sampling.</a> J. Nucl. Med. 45, 665-672 (2004).</li>
<li>Tantawy, M. N., Peterson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simplified+%5B18F%5DFDG+image-derived+input+function+using+the+left+ventricle%2C+liver%2C+and+one+venous+blood+sample%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Simplified [18F]FDG image-derived input function using the left ventricle, liver, and one venous blood sample.</a> Mol. Imaging. 9, 76-86 (2010).</li>
<li>Roy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ketogenic+diet+increases+brain+glucose+and+ketone+uptake+in+aged+rats%3A+A+dual+tracer+PET+and+volumetric+MRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The ketogenic diet increases brain glucose and ketone uptake in aged rats: A dual tracer PET and volumetric MRI study.</a> Brain Res. , (2012).</li>
<li>Yu, A. S., Lin, H. D., Huang, S. C., Phelps, M. E., Wu, H. M. Quantification of cerebral glucose metabolic rate in mice using 18F-FDG and small-animal PET.. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYu%2C+AS+%22J.+Nucl.+Med.%22">J. Nucl. Med.</a>. 50, 966-973 (2009).</li>
<li>Bentourkia, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PET+study+of+11C-acetoacetate+kinetics+in+rat+brain+during+dietary+treatments+affecting+ketosis%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Endocrinol.+Metab%22%5BJournal%5D)">PET study of 11C-acetoacetate kinetics in rat brain during dietary treatments affecting ketosis.</a> Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 296, 796-801 (2009).</li>
<li>Menard, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abnormal+in+vivo+myocardial+energy+substrate+uptake+in+diet-induced+type+2+diabetic+cardiomyopathy+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Endocrinol.+Metab%22%5BJournal%5D)">Abnormal in vivo myocardial energy substrate uptake in diet-induced type 2 diabetic cardiomyopathy in rats.</a> Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 298, 1049-1057 (2010).</li>
<li>Liistro, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+glucose+overexposure+and+lack+of+acute+metabolic+flexibility+in+obesity+and+type+2+diabetes%3A+a+PET-%5B18F%5DFDG+study+in+Zucker+and+ZDF+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Brain glucose overexposure and lack of acute metabolic flexibility in obesity and type 2 diabetes: a PET-[18F]FDG study in Zucker and ZDF rats.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 30, 895-899 (2010).</li>
<li>Croteau, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-derived+input+function+in+dynamic+human+PET%2FCT%3A+methodology+and+validation+with+11C-acetate+and+18F-fluorothioheptadecanoic+acid+in+muscle+and+18F-fluorodeoxyglucose+in+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Nucl.+Med.+Mol.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Image-derived input function in dynamic human PET/CT: methodology and validation with 11C-acetate and 18F-fluorothioheptadecanoic acid in muscle and 18F-fluorodeoxyglucose in brain.</a> Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 37, 1539-1550 (2010).</li>
<li>Bergeron, M., Cadorette, J., Beaudoin, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+evaluation+of+the+LabPETTM+APD-based+digital+PET+scanner%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Nucl.+Sci%22%5BJournal%5D)">Performance evaluation of the LabPETTM APD-based digital PET scanner.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 56, 10-16 (2009).</li>
<li>Freemantle, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+response+to+a+ketogenic+breakfast+in+the+healthy+elderly%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nutr.+Health+Aging%22%5BJournal%5D)">Metabolic response to a ketogenic breakfast in the healthy elderly.</a> J. Nutr. Health Aging. 13, 293-298 (2009).</li>
<li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+rat+brain+in+stereotaxic+coordinates.+sixth+edn%22">The rat brain in stereotaxic coordinates. sixth edn</a>. , Elsevier. (2007).</li>
<li>Patlak, C. S., Blasberg, R. G., Fenstermacher, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphical+evaluation+of+blood-to-brain+transfer+constants+from+multiple-time+uptake+data%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Graphical evaluation of blood-to-brain transfer constants from multiple-time uptake data.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 3, 1-7 (1983).</li>
<li>Patlak, C. S., Blasberg, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphical+evaluation+of+blood-to-brain+transfer+constants+from+multiple-time+uptake+data.+Generalizations.%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Graphical evaluation of blood-to-brain transfer constants from multiple-time uptake data. Generalizations.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 5, 584-590 (1985).</li>
<li>Sokoloff, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+14C+deoxyglucose+method+for+the+measurement+of+local+cerebral+glucose+utilization%3A+theory%2C+procedure%2C+and+normal+values+in+the+conscious+and+anesthetized+albino+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurochem%22%5BJournal%5D)">The 14C deoxyglucose method for the measurement of local cerebral glucose utilization: theory, procedure, and normal values in the conscious and anesthetized albino rat.</a> J. Neurochem. 28, 897-916 (1977).</li>
<li>Robinson, A. M., Williamson, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+roles+of+ketone+bodies+as+substrates+and+signals+in+mammalian+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Physiological roles of ketone bodies as substrates and signals in mammalian tissues.</a> Physiol Rev. 60, 143-187 (1980).</li>
<li>Blomqvist, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+R-beta-%5B1-11C%5Dhydroxybutyrate+in+PET+studies+of+regional+cerebral+uptake+of+ketone+bodies+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Use of R-beta-[1-11C]hydroxybutyrate in PET studies of regional cerebral uptake of ketone bodies in humans.</a> Am. J. Physiol. 269, 948-959 (1995).</li>
<li>Blomqvist, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+acute+hyperketonemia+on+the+cerebral+uptake+of+ketone+bodies+in+nondiabetic+subjects+and+IDDM+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Endocrinol.+Metab%22%5BJournal%5D)">Effect of acute hyperketonemia on the cerebral uptake of ketone bodies in nondiabetic subjects and IDDM patients.</a> Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 283, 20-28 (2002).</li>
<li>Soret, M., Bacharach, S. L., Buvat, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Partial-volume+effect+in+PET+tumor+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl.+Med%22%5BJournal%5D)">Partial-volume effect in PET tumor imaging.</a> J. Nucl. Med. 48, 932-945 (2007).</li>
<li>Jiang, L., Mason, G. F., Rothman, D. L., de Graaf, R. A., Behar, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+substrate+oxidation+during+hyperketonemia+in+the+fasted+anesthetized+rat+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Cortical substrate oxidation during hyperketonemia in the fasted anesthetized rat in vivo.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 31, 2313-2323 (2011).</li>
<li>Melo, T. M., Nehlig, A., Sonnewald, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal-glial+interactions+in+rats+fed+a+ketogenic+diet%5BTitle%5D)+AND+%22Neurochem.+Int%22%5BJournal%5D)">Neuronal-glial interactions in rats fed a ketogenic diet.</a> Neurochem. Int. 48, 498-507 (2006).</li>
<li>Yudkoff, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+brain+amino+acid+metabolism+to+ketosis%5BTitle%5D)+AND+%22Neurochem.+Int%22%5BJournal%5D)">Response of brain amino acid metabolism to ketosis.</a> Neurochem. Int. 47, 119-128 (2005).</li>
<li>Matsumura, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+microPET+performance+in+analyzing+the+rat+brain+under+different+types+of+anesthesia%3A+comparison+between+quantitative+data+obtained+with+microPET+and+ex+vivo+autoradiography%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Assessment of microPET performance in analyzing the rat brain under different types of anesthesia: comparison between quantitative data obtained with microPET and ex vivo autoradiography.</a> Neuroimage. 20, 2040-2050 (2003).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

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...

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 Gehirnzu messen 1. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine Technik mit viel höherer Auflösung (0,1 mm × 0,1 mm Auflösung in der Ebene) als die PET und wird benötigt, um anatomische Hirnregionen eindeutig zu lokalisieren, die für die regionale PET-Analyse des Energiestoffwechsels des Gehirns erforderlich sind.
PET-Daten werden üblicherweise als standardisierte Aufnahmewerte (SUV)2-6 ausgedrückt. SUV sind die Gewebeaktivitätskonzentration, normiert durch den Bruchteil der injizierten Dosis/Gewichtseinheit, wie ursprünglich vor über 70 Jahren vorgeschlagen7. Diese Geräte sind nach wie vor weit verbreitet, da sie einfachere PET-Erfassungs- und Bildanalysemethoden erfordern. Eine wichtige Einschränkung besteht jedoch darin, dass SUVs relative und keine absoluten Einheiten sind, was es schwierig macht, die Ergebnisse verschiedener Studien zu vergleichen. Diese Vergleichsschwierigkeit kann zu widersprüchlichen Befunden in der Literatur über die Glukoseaufnahme im Gehirn bei älteren Menschen beitragen8. Daher hat der quantitative Hirnumsatz (CMR; μmol/100 g/min) besondere Vorteile9-11. Die Erzeugung von CMR-Werten erfordert eine dynamische PET-Erfassung und die Plasmaradioaktivität wird als Funktion der Zeit gezählt, d. h. der Plasma-Zeit-Aktivitäts-Kurve (TAC) oder der Eingangsfunktion. Die Eingabefunktion kann durch mehrere Blutproben während der PET-Aufnahme9,12 oder durch die IDIF-Methode (Image-Derived Input Function) ermittelt werden, bei der eine interessierende Region aus einem Blutpool (linker Ventrikel des Herzens oder große Arterie) entnommen wird11,13-16.
Ziel
Das Ziel unserer Methode war es, zum ersten Mal die Aufnahme der beiden Schlüsselenergiesubstrate des Gehirns, Glukose und Ketone, mittels PET und MRT bei Nagetieren quantitativ zu vergleichen. 11C-AcAc und 18F-FDG wurden nacheinander bei ein und demselben Tier angewendet. Das Protokoll wurde entwickelt, um die regionale Aufnahme in verschiedenen relevanten Hirnstrukturen (Kortex, Hippocampus, Striatum und Kleinhirn) zu messen, die in den MRT-Bildern deutlich sichtbar sind. Das Protokoll war auch speziell dazu gedacht, eine quantitative Analyse der Tracer-Hirnaufnahme, d.h. der CMR sowohl von 18F-FDG als auch von 11C-AcAc, zu ermöglichen. Obwohl dieses Protokoll entwickelt wurde, um Gehirnenergiesubstrate zu untersuchen, könnten die von uns verwendeten Radiotracer durch andere ersetzt werden, und die gleiche Methodik kann verwendet werden, um verschiedene funktionelle Prozesse des Gehirns zu untersuchen.
Vorteile gegenüber bestehenden Methoden
PET und MRT erfordern nicht, dass das Tier nach der Anschaffung getötet wird. Daher sind Folgestudien von Behandlungen möglich. Auf diese Weise können Ausgangsdaten, gefolgt von einer Versuchsbedingung, innerhalb desselben Tieres gemessen werden, wodurch sowohl die biologische Variabilität als auch die Anzahl der erforderlichen Tiere reduziert werden. Ein wesentlicher Vorteil unseres dualen Tracer-PET-Protokolls besteht darin, die Aufnahme beider Tracer im selben Tier unter denselben physiologischen Bedingungen innerhalb derselben Bildgebungssitzung zu vergleichen, wodurch noch mehr biologische Variabilität und systematische Diskrepanzen reduziert werden. Dieses duale Tracer-PET-Protokoll ist vor allem aufgrund der kurzen physikalischen Halbwertszeit von 11C (20,4 min) und der schnellen biologischen Auswaschung von 11C-AcAc möglich, die bei der zweiten Erfassung mit 18F-FDG nur eine minimale Restradioaktivität von 11C hinterlassen. Die MRT-Untersuchung ist ein wichtiges Merkmal dieses Protokolls, da sie es ermöglicht, die Traceraufnahme in bestimmten Hirnbereichen zu untersuchen. Darüber hinaus ermöglicht diese Methode ein absolutes quantitatives Maß für die Aufnahme von Hirntracern im Gegensatz zu relativen Einheiten, die mit der SUV-Methode erhalten werden. Schließlich haben 11C-AcAc-Bilder ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis, da die AcAc-Aufnahme im Gehirn unter physiologischen Bedingungen relativ gering ist, was die automatische Registrierung von 11C-AcAc- und MR-Bildern schwierig macht. Da die Aufnahmen von 11C-AcAc und 18F-FDG sequentiell sind (keine Bewegung des Tieres), kann die Ausrichtung von 18F-FDG auf MRT auf 11C-AcAc-Bilder angewendet werden.
Schlüsselpapiere, in denen das Protokoll verwendet wurde
Wir haben das duale Tracer-PET-Protokoll in einer Studie verwendet, in der der Vergleich des nüchternen Zustands und der ketogenen Diät (KD) bei jungen Ratten durchgeführtwurde 2. Wir zeigten, dass sowohl das Fasten als auch die KD sowohl die Aufnahme von 11C-AcAc als auch von 18F-FDG im Gehirn signifikant erhöhen. Dies waren jedoch keine quantitativen Ergebnisse, da wir zu diesem Zeitpunkt nicht die dynamische PET-Bildgebung und die kinetische Modellierungsmethode der Tracer verwendeten. Danach führten wir eine regionale und quantitative Studie zum Hirnstoffwechsel bei gealterten Ratten durch, in der der Effekt des Alterns und einer KD auf die Aufnahme von 11C-AcAc und 18F-FDG im Gehirn untersucht wurde11. Wir zeigten auch, dass der prozentuale Anteil der Verteilung über die Gehirnregionen zwischen 11C-AcAc und 18F-FDG unterschiedlich war. Darüber hinaus war nicht nur die CMR von 11C-AcAc, sondern auch die von 18F-FDG im gesamten Gehirn sowie im Striatum gealterter Ratten auf der KD erhöht.

<table><tbody><tr><td>MRT-Scanner</td><td>Varian</td><td></td><td>7 Tesla</td></tr><tr><td>PET-Scanner für Kleintiere</td><td>Gamma Medica</td><td></td><td>Lab-PET/-Triumph</td></tr><tr><td>Heizmatte</td><td>Sunbeam</td><td>PN 143937</td><td></td></tr><tr><td>Heizsystem</td><td>SA Instruments</td><td>761 100 Rev B</td><td></td></tr><tr><td>Atemwegs-Gating</td><td>SA Instruments</td><td>SAII's P-resp</td><td></td></tr><tr><td>Klinisch-chemischer Analysator</td><td>Siemens Healthcare Diagnosis</td><td>765000.931</td><td>Dimension Xpand Plus</td></tr><tr><td>Polyethylen-Schlauch 50&nbsp;</td><td>Becton Dickinson</td><td>427411</td><td></td></tr><tr><td>Einspritzpumpe</td><td>KD Scientific</td><td>Modell 210</td><td></td></tr><tr><td>Gamma-Zähler</td><td>GMI</td><td>Packard Cobra II</td><td></td></tr><tr><td>Zentrifuge</td><td>Thermo Scientific</td><td>75002416</td><td>Heraeus Pico 21</td></tr><tr><td>PMOD Software</td><td>PMOD Technologies</td><td></td><td>PMOD 3.2 Version</td></tr><tr><td>Geigerzähler</td><td>Fluke Biomedical</td><td>ASM-990</td><td>Fortschrittliches Untersuchungsmessgerät</td></tr><tr><td>Reagenz</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isofluran</td><td>Abbott Laboratories, Ltd</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>0,9 % NaCl-Lösung</td><td>Hospira</td><td>4888010</td><td></td></tr><tr><td>Heparin</td><td>Sandoz</td><td>1004336</td><td></td></tr><tr><td>Isopropenylacetat</td><td>Aldrich</td><td>11778</td><td>99 %</td></tr> <tr><td>Methyllithium</td><td>Aldrich</td><td>197343</td><td>1,6 M</td></tr><tr><td>THF</td><td>Aldrich</td><td>87371</td><td></td></tr><tr><td>Flex Reagenz Kartusche Glukose</td><td>Siemens Healthcare Diagnose</td><td>DF40</td><td></td></tr><tr><td>Trizma Base</td><td>Sigma</td><td>T6066-500G</td><td>Präparat Tris Puffer 100 mM pH 7,0</td></tr><tr><td>Natriumoxamat</td><td>Sigma</td><td>O2751</td><td>20 mM</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Roche</td><td>10128015001</td><td>0,15 mM</td></tr><tr><td>b-Hydroxybutyrat Dehydrogenase</td><td>Toyobo</td><td>HBD-301</td><td>1 U/ml</td></tr></tbody></table>

ein duales tracer-pet-mrt-protokoll zur quantitativen messung der aufnahme regionaler energiesubstrate im gehirn bei der ratte

A Dual Tracer PET-MRI Protocol for the Quantitative Measure of Regional Brain Energy Substrates Uptake in the Rat

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.

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. <str...

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.

Ein duales Tracer-PET-MRT-Protokoll zur quantitativen Messung der Aufnahme regionaler Energiesubstrate im Gehirn bei der Ratte

We present a method for comparing the uptake of the brain&#39;s two key energy substrates: glucose and ketones (acetoacetate [AcAc] in this case) in the ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die regionale Aufnahme der beiden wichtigsten Energiestoffe des Gehirns, Glukose und Ketone, mithilfe von PET und MRT bei Nagetieren quantitativ zu vergleichen. Dazu wird zunächst eine Magnetresonanztomographie des Gehirns durchgeführt, um anatomische Hirnregionen zu lokalisieren. Als zweiter Schritt erfolgen PET-Aufnahmen mit Kohlenstoff-11-Acetoacetat und Fluor-18-Desoxyglukose (FDG), die Bilder der zerebralen Keton- und Glukoseaufnahme liefern. Anschließend werden die PET- und MRT-Bilder registriert. Um die regionale zerebrale Aufnahme beider PET-Tracer zu messen, werden Ergebnisse erhalten, die die regionale zerebrale Stoffwechselrate von Glukose und Ketonen basierend auf Zeit-Aktivitäts-Kurven des Gehirns und des Plasmas zeigen. Diese Technik kann helfen, zentrale Fragen im Bereich des zerebralen Energiestoffwechsels während des Alterns zu beantworten, beispielsweise, ob eine mit dem Alter abnehmende Glukoseverwertung ebenfalls für die wichtigsten alternativen Gehirnbrennstoffe, die Ketone, gilt. Das eigentliche Bildfeld des Scanners stellt einen wichtigen Faktor und eine Einschränkung dar, um korrekt aufgenommene Bilder sowohl des Gehirns als auch des Herzens zu erhalten.Das aktuelle Tiermodell erfordert ein Sichtfeld von 7,5 Zentimetern, um die Verteilung der Zielorgane abzudecken. Testscans dienen der Bestimmung der endgültigen Position des Scannertisches. Wir fügten erstmals die Idee für diese Methode hinzu, als uns bewusst wurde, dass Ketone für den Energiestoffwechsel des Gehirns wichtig sind, obwohl bisher fast nichts darüber bekannt ist.Wie das Gehirn sie verwendet, wird demonstriert werden, indem das Verfahren ruhig betrachtet wird. Eine wissenschaftliche Mitarbeiterin und Michelle Ett, eine Doktorandin vom Molecular Imaging Center Sherbrooke, beginnen damit, dass Ratten mindestens sieben Tage lang in der Tieranlage akklimatisiert werden, bevor mit diesem Protokoll begonnen wird. Anschließend werden Gehirn-MRT-Scans ein bis zwei Wochen vor der Dual-Tracer-PET durchgeführt, um eine vollständige Erholung des Tieres von der Anästhesie zu gewährleisten. Positionieren Sie die Ratte kopfvoran in Bauchlage auf dem MRT-Untersuchungstisch und bringen Sie eine Nasenkappe für Iso-Fluoran an.Positionieren Sie außerdem Atem- und Rektalsonden, sodass die Atemfrequenz überwacht und die Körpertemperatur mit einem automatisierten Luftwärmesystem bei 37 Grad Celsius gehalten werden kann. Erstellen Sie T2-gewichtete MRT-Bilder des Gehirns mithilfe einer schnellen Spin-Echo-Pulssequenz. Nach Abschluss der Bildgebung wird die Ratte auf eine beheizte Unterlage gelegt, und die Erholung von der Anästhesie wird überwacht. Fasten Sie die Ratte 18 Stunden vor der PET-Bildgebung.Verwenden Sie einen Kleintier-PET-Scanner mit Avalanche-Photodioden-Detektoren und einem axialen Sichtfeld von etwa 7,5 Zentimetern sowie einer isotropen räumlichen Auflösung von 1,2 Millimetern. Beginnen Sie damit, die Ratte in eine Induktionskammer zu stellen. Anschließend überführen Sie die Ratte auf eine Heizmatte mit einer Nasenkappe für Isofluran und vergewissern Sie sich, dass das Tier vor der Bildaufnahme vollständig anästhesiert ist.Beginnen Sie zu diesem Zeitpunkt mit der Synthese von Kohlenstoff-11-Acetoacetat, da die Synthese 18 Minuten ab dem Ende der Bestrahlung in Anspruch nimmt. Bereiten Sie außerdem einen PE-50-Polyäthylenkatheter vor, der mit einer heparinisierten 0,9-%-Natriumchloridlösung gefüllt ist. Positionieren Sie die Ratte seitlich liegend und führen Sie den Katheter in die Schwanzvene zur Tracerinjektion ein.Bringen Sie einen zweiten Katheter in der mittleren ventralen Schwanzarterie zur Blutentnahme während der gesamten Aufnahmen an. Überführen Sie die Ratte nun rasch auf den Kopf voran liegenden Untersuchungstisch in Bauchlage, wobei die Nasenkappe angebracht bleibt. Bewegen Sie anschließend den Untersuchungstisch in den Scanner, um eine gleichzeitige Abbildung von Gehirn und Herz sicherzustellen, und positionieren Sie als anatomischen Orientierungspunkt den Rand des Sichtfeldes auf den Augen der Ratte.Überwachen Sie die Atemfrequenz und halten Sie die Körpertemperatur während des gesamten Experiments bei 37 Grad Celsius. Bereiten Sie anschließend mittels einer konzentrierten Kohlenstoff-11-Acetoacetat-Lösung mit etwa einem Giga ERL pro Milliliter eine Spritze mit ungefähr 50 Megal Radioaktivität vor. Ein Bereich von 45 bis 55 Megal ist akzeptabel.Danach das Volumen mit Kochsalzlösung auf 300 Mikroliter einstellen. Die Spritze in eine Injektionspumpe einsetzen und die Bolusinjektion des radioaktiven Tracers mit einer Geschwindigkeit von einem Milliliter pro Minute bei einer Injektionsdauer von etwa 19 Sekunden einstellen. Anschließend eine zweite Pumpe so einrichten, dass sie unmittelbar 300 Mikroliter Kochsalzlösung mit einer Geschwindigkeit von einem Milliliter pro Minute zuführt, um eine optimale Injektion des Tracers in den Blutkreislauf sicherzustellen.Stellen Sie den regulären Abtastmodus und das Energiefenster auf 250 bis 650 Kiloelektronenvolt ein und beginnen Sie 30 Sekunden vor der Bolusinjektion mit der dynamischen PET-Datenaufnahme. Die gesamte Scan-Dauer sollte 20 Minuten und 30 Sekunden betragen. Die 32. Aufnahme vor der Tracerinjektion liefert eine Messung der Umgebungsgrundlinie, die anschließend von den PET-Daten subtrahiert wird.Entnehmen Sie zwei Blutproben à 200 Mikroliter etwa 15 und 18 Minuten nach Beginn der Injektion von Kohlenstoff-11-Acetoacetat und spritzen Sie nach jeder Probenentnahme hepariesiertes Kochsalz in den Katheter, um eine Blutgerinnung zu vermeiden. Notieren Sie die Zeit zu Beginn und am Ende der Blutentnahme und berechnen Sie die mittlere Zeit. Die Proben sollten fünf Minuten bei 6.000 U/min zentrifugiert werden, um das Plasma zu gewinnen.Danach werden die Radioaktivitätszählungen mithilfe eines mit dem PET-Scanner kalibrierten Gammazählers gemessen. Nach der Kohlenstoff-11-Acetoacetat-Aufnahme wird eine Wartezeit von 20 Minuten eingelegt, um sicherzustellen, dass der größte Teil der Radioaktivität zerfallen ist. Währenddessen wird mit einer konzentrierten FDG-Lösung eine Spritze mit etwa 50 Megal vorbereitet.Passen Sie das Volumen erneut mit Kochsalzlösung an und richten Sie die Infusionspumpe wie zuvor beschrieben ein. Starten Sie nun eine dynamische Aufnahme mit einer Gesamtdauer von 40,5 Minuten, wieder inklusive 30 Sekunden vor der Injektion. Sammeln Sie zwei Blutproben à 200 Mikroliter etwa 30 und 35 Minuten nach Beginn der FDG-Injektion.Danach am Ende der FDG-Aufnahme eine letzte 200-Mikroliter-Blutprobe entnehmen. Sobald die Aufnahme abgeschlossen ist, rekonstruieren Sie die PET-Bilder gemäß dem folgenden Zeitrahmen: Sequenzen eins mal 30, zwölf mal fünf, acht mal 30 und n mal 300 Sekunden, wobei n gleich drei für die Kohlenstoff-11-Acetoacetat-Aufnahme und n gleich sieben für die FDG-Aufnahme ist. Zur Analysebeginn verwenden Sie P-Modus-Software oder ein gleichwertiges System zur PET-Bildanalyse an Kleintieren, um eine Plasmazeit-Aktivitätskurve zu generieren.Laden Sie zuerst die FDG-Daten und anschließend einige Bildaufnahmen für die ersten 60 Sekunden nach der Injektion, wenn sich der Tracer hauptsächlich im Blut befindet. Verwenden Sie danach ein manuelles Zeichentool, um ein Volumen von Interesse (VOI) im Blutpool der linken Ventrikelhöhle etwa einen Millimeter innerhalb der Kante des Blutpools einzuzeichnen. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Gewebe einbezogen wird, und es wird vermieden, dass die Radioaktivität des Gewebes in den Blutpool übertritt.Kopieren Sie dann das VOI in die gesamte dynamische Bilddatenreihe und erzeugen Sie eine Kurve der Radioaktivität als Funktion der Zeit. Korrigieren Sie anschließend in einer Tabellenkalkulation die Zeit-Aktivitätskurve des Plasmas anhand der Radioaktivitätszählungen der beiden während der Aufnahme entnommenen Plasma­proben. Verwenden Sie dazu die hier dargestellte Gleichung.Überprüfen Sie außerdem, ob Reststrahlung von Kohlenstoff-11-Acetoacetat in den ersten 30 Sekunden der FDG-Aufnahme vor der Injektion vorhanden ist. Falls ja, subtrahieren Sie den folgenden Faktor von allen nachfolgenden Zeitfenstern der Zeit-Aktivitäts-Kurve. Laden Sie anschließend alle 28 FDG-Zeitfenster in derselben Ausrichtung wie die MR-Bilder und berechnen Sie das summierte FDG-Bild.Führen Sie anschließend eine automatische Koregistrierung des summierten FDG-Bildes auf die MRT-Bilder durch. Wenden Sie die Transformation auf alle einzelnen FDG-Bildsequenzen an, und speichern Sie die Transformation, die später auf die Bilder des Kohlenstoffs 11-Acetoacetats angewendet wird. Dies ist notwendig, da Kohlenstoff 11.Acetoacetat-Bilder weisen ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis auf, weshalb eine automatische Koregistrierung schwierig ist. Anschließend mittels Segmentierungssoftware die MRT-Daten auswählen und die bevorzugte Ebene für die manuelle Zeichnung festlegen. Je nach Gehirn, Regiongröße und Bildkontrast kann das manuelle oder das halbautomatische Zeichnungswerkzeug verwendet werden.Die Hirnstrukturen entsprechend einem standardisierten Segment eines Rattenhirnatlanten lokalisieren, wie hier dargestellt: die gesamte Großhirnrinde, das Hippocampus, das Satu und das Kleinhirn oder andere Bereiche, falls erforderlich. Speichern Sie die ROI (Regionen des Interesses), die anschließend auf die koregistrierten FDG- und Kohlenstoff-11-Acetoacetat-Bilder angewendet werden. Wenden Sie zunächst die ROI auf die koregistrierten FDG-Bilder an.Wählen Sie bei Bedarf die VO-i-Statistik aus, um die zeitliche Aktivitätskurve des Gehirns darzustellen. Korrigieren Sie die Kurve, indem Sie die zerfallskorrigierte mittlere Radioaktivität der ersten 30 Sekunden von allen nachfolgenden Zeitfenstern subtrahieren, um eine Berechnung der zerebralen Stoffwechselrate durchzuführen, und laden Sie die zeitlichen Aktivitätskurven für das Gehirn und das entsprechende Plasma. Wählen Sie dann das kinetische Modell für die LAC-Plot-Analyse aus, setzen Sie die lumped constant auf 0,48 und geben Sie die entsprechende Plasma-Konzentration an.Stellen Sie die maximale relative Abweichung vom Plac-Plot auf 5 % ein und passen Sie die Daten an das Modell an. Führen Sie anschließend die Co-Registrierung von Kohlenstoff-11-Acetoacetat mit MRT durch. Berechnen Sie zunächst das summierte FDG-Bild der ersten 24 Zeitfenster, um die gleiche Anzahl von Bildern wie beim Kohlenstoff-11-Acetoacetat-Scan zu erhalten.Verwenden Sie anschließend den FDG-zu-MRT-Transformationsprozess zur Koregistrierung der Bilder mit Kohlenstoff-11-Acetoacetat. Wiederholen Sie die Berechnungen der Plasmazeitaktivitätskurve und die Schritte zur Koregistrierung für die Bilder mit Kohlenstoff-11-Acetoacetat. Wenden Sie die FDG-Transformation auf alle einzelnen Bildrahmen der Kohlenstoff-11-Acetoacetat-Bilder an.Verwenden Sie abschließend die gespeicherten FDG-VoIs und berechnen Sie erneut die zerebrale Stoffwechselrate, wobei die lumped constant auf eins gesetzt wird. Hier sehen wir, dass während des Co-Registrationsprozesses die MRT-Bilder fixiert sind und sich die PET-Bilder aufgrund einer Ausrichtung in der axialen Ebene bewegen. Dieses Diagramm zeigt die kinetische Modellierung der gesamten FDG-Aufnahme im Gehirn.Im P-Modus-Software nach der Aufnahme in das Gehirn wird der stationäre Zustand erreicht. Die Kurve ergibt eine Gerade, deren Steigung dem Fluss in das Gehirn entspricht. Typische Werte für den Gehirnzufluss und das Verteilungsvolumen im gesamten Gehirn für FDG betragen etwa 0,0165 pro Minute hoch minus eins bzw. ungefähr 0,6425 Milliliter Blut pro Milliliter Gewebe.Die erwartete zerebrale Stoffwechselrate von Glukose im gesamten Gehirn beträgt ungefähr 25 µmol pro Minute und 100 Gramm nach diesem Verfahren. Andere Methoden wie die Western-Blot-Analyse können durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten. Zum Beispiel, ob die Expression von Glukose- und Ketonkörper-Transportern im Gehirn unter einer bestimmten Bedingung verändert ist.Mit der Entwicklung dieser Technik haben wir ein neues Fenster für Forscher geöffnet, die an der Stoffwechsel von Hirnantigenen interessiert sind, um physiologische und pathologische Prozesse im Zusammenhang mit Alterung, neurodegenerativen Erkrankungen und Tumorentwicklung sowie deren Behandlung bei Nagetieren und anderen Tiermodellen zu untersuchen. Die Arbeit mit Strahlung erfordert zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen. Handhabung des radioaktiven Tracers hinter dem Bleischild.Das Tragen eines Körpersensors und eines Ringdosimeters ist für dieses Experiment erforderlich. Die Durchführung von Personal- und Bereichsuntersuchungen mit einem Geigerzähler ist entscheidend, um einen kontaminationsfreien Arbeitsplatz sicherzustellen.

a-dual-tracer-pet-mri-protocol-for-quantitative-measure-regional

Research

Forschung

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowissenschaften

Ein Dual-Tracer-PET-MRT-Protokoll zur quantitativen Messung der regionalen Hirnenergiesubstrataufnahme bei der Ratte

Hirnschäden infolge zerebraler Ischämie können nicht-invasiv abgebildet und an Ratten untersucht werden, wobei eine präklinische Positronen-Emissions-Tomographie in Verbindung mit der injizierbaren radioaktiven Sonde 18F-Fluordesoxyglucose verwendet wird. Darüber hinaus erhöht die Verwendung moderner Softwaretools, die VOI-Gehirnvorlagen (Volume of Interest) enthalten, die quantitativen Informationen, die aus diesen Studien gewonnen werden, drastisch.

Nicht-invasive Bildgebung und Analyse der zerebralen Ischämie in lebenden Ratten mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie mit<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Das hier vorgestellte Verfahren verwendet die gleichzeitige Positronenemissionstomographie und Magnetresonanztomographie. In der zerebrale Hypoxie-Ischämie-Modell, dynamischen Veränderungen in Verbreitung und Glukosestoffwechsel während und nach der Verletzungsgefahr. Die sich entwickelnde und reproduzierbaren Schäden in diesem Modell erfordert simultane Erfassung, wenn sinnvolle multimodaler Bildgebungsdaten erworben werden sollen.

Gleichzeitige PET / MRT-Bildgebung während Maus zerebrale Hypoxie-Ischämie

Wir haben die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) auf die einseitige Hemisphäre des Rattengehirns angewendet, indem wir eine 25-mm-Spirale 8 1 cm lateral zum Scheitel auf der biaurikulären Linie platziert und die Spule um 45° gewinkelt haben. Für rTMS wurde für mehr als 20 min eine hauseigene Wasserkühlung eingesetzt.

Repetitive transkranielle Magnetstimulation auf die Einseitige Hemisphäre von Rattenhirn

Die Proteinsynthese ist ein kritischer biologischer Prozess für Zellen. Im Gehirn ist es für adaptive Veränderungen erforderlich. Die Messung der Raten der Proteinsynthese im intakten Gehirn erfordert sorgfältige methodische Überlegungen. Hier stellen wir die l-[1-14C]-eucinquantitative autoradiographische Methode zur Bestimmung der regionalen Raten der zerebralen Proteinsynthese in vivo vor.

Quantitative autoradiografische Methode zur Bestimmung der regionalen Raten der zerebralen Proteinsynthese in Vivo

Nach der Überprüfung durch Blut-Sauerstoff-Niveau-abhängigen funktionelle Magnetresonanztomographie (BOLD fMRT), die der entsprechenden somatosensorischen Fass Feld Kortex Bereich (genannt S1BF) korrekt aktiviert, die wichtigsten Ziel dieser Studie ist es, Laktat Inhalt zu quantifizieren Schwankungen in den aktivierten Ratte Gehirnen von lokalisierten Proton Magnetische Resonanzspektroskopie (1H-MRS) bei 7 T.

Funktionelle Magnet-Resonanz-Spektroskopie bei 7 T in der Ratte Barrel Cortex während der Whisker-Aktivierung

Dieses Manuskript beschreibt zwei Radiotracer-Verwaltungsprotokolle für FDG-PET (konstante Infusion und Bolus plus Infusion) und vergleicht sie mit der Bolus-Administration. Zeitliche Auflösungen von 16 s sind mit diesen Protokollen erreichbar.

Radiotracer Administration for High Temporal Resolution Positron Emission Tomography of the Human Brain: Application to FDG-fPET

Dieses Protokoll hat das Ziel, in vivo Myelin-Änderungen (Demyelination und Remyelination) durch Positronen-Emissionstomographie (PET) Bildgebung in einem Tiermodell der Multiplen Sklerose zu überwachen.

Positronen-Emissionstomographie-Bildgebung zur In-Vivo-Messung des Myelingehalts im Lysolecithin-Rattenmodell der Multiplen Sklerose

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Gewinnung stabiler Ruhezustandsdaten der funktionellen Magnetresonanztomographie (rs-fMRT) von einer Ratte, die niedrig dosiertes Isofluran in Kombination mit niedrig dosiertem Dexmedetomidin verwendet.

Erfassung von funktionellen Magnetresonanztomographiedaten im Ruhezustand bei ratten

Hier stellen wir ein experimentelles Bildgebungsprotokoll zur Quantifizierung der Herzfunktion und -morphologie mittels hochauflösender Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie für Kleintiere vor. Es werden sowohl Mäuse als auch Ratten betrachtet, wobei die unterschiedlichen Anforderungen an Computertomographie-Kontrastmittel für die beiden Arten diskutiert werden.

Hochauflösende kardiale Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie für Kleintiere

Quantitative Messungen des Sauerstoff- und Glukosestoffwechsels mittels PET sind etablierte Technologien, aber Details zu praktischen Protokollen werden in der Literatur nur spärlich beschrieben. In diesem Beitrag wird ein praktisches Protokoll vorgestellt, das erfolgreich auf einem hochmodernen Positronen-Emissions-Tomographie-Computertomographen implementiert wurde.

Multi-Tracer-Studien des Sauerstoff- und Glukosestoffwechsels im Gehirn mit einem Flugzeit-Positronen-Emissions-Tomographie-Computertomographen

Die Erfassung von Daten der dynamischen Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Rekonstruktion in Zeitrahmen ermöglicht die Analyse der metabolischen Hirnkonnektivität auf der Ebene eines einzelnen Probanden. Wir beschreiben eine Methode zur Erfassung von [18F]FDG-dynamischen PET-Daten des Rattengehirns und erhalten eine Konnektivitätsmatrix durch die Extraktion von Zeit-Aktivitäts-Kurven der interessierenden Volumina.

Untersuchung der metabolischen Konnektivität des Gehirns mit Hilfe der dynamischen Positronen-Emissions-Tomographie von 2-Desoxy-2-[18F]Fluoro-D-Glukose auf Einzelprobenebene

Erfahren Sie, wie Sie mit dualem PET-MRT die regionale Aufnahme von Glukose und Ketonen im Rattengehirn quantitativ messen. Diese Methode ermöglicht detaillierte Analysen des Energiestoffwechsels im Gehirn.

Ein duales Tracer-PET-MRT-Protokoll zur quantitativen Messung der Aufnahme regionaler Energiesubstrate im Gehirn bei der Ratte

Weitere Videos entdecken