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Research Article
Teresa Mann1, Jens Kurth2, Anne Möller3, Joanna Förster3, Brigitte Vollmar4, Bernd J. Krause2, Andreas Wree1, Jan Stenzel*3, Tobias Lindner*3
1Institute of Anatomy,Rostock University Medical Center, 2Department of Nuclear Medicine,Rostock University Medical Center, 3Core Facility Multimodal Small Animal Imaging,Rostock University Medical Center, 4Rudolf-Zenker-Institute for Experimental Surgery,Rostock University Medical Center
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ici, un protocole pour l'échantillonnage continu de sang pendant la formation image de PET/CT des rats pour mesurer la fonction d'entrée artérielle (AIF) est décrit. Le cathétérisation, l'étalonnage et la configuration du système et l'analyse des données de la radioactivité sanguine sont démontrés. Les données générées fournissent des paramètres d'entrée pour la modélisation biocinétique ultérieure.
Pour l'analyse quantitative et la modélisation bio-cinétique des données de tomographie/tomographie calculée par émission de positons (TEP/TC), la détermination de la concentration temporelle de temps-activité du sang également connue sous le nom de fonction d'entrée artérielle (AIF) est un point clé, particulièrement pour la caractérisation des modèles de maladies animales et l'introduction de radiotraceurs nouvellement développés. La connaissance de la disponibilité des radiotraceurs dans le sang aide à interpréter les données dérivées de la TEP/CT sur l'activité tissulaire. À cette fin, il est conseillé de mesurer le FRA lors de l'imagerie TEP/CT pendant l'imagerie TEP/CT. Contrairement à l'échantillonnage manuel du sang et aux approches dérivées de l'image, l'échantillonnage continu du sang en ligne présente plusieurs avantages. Outre la perte de sang réduite au minimum, il ya une meilleure résolution et une précision supérieure pour la mesure de l'activité sanguine. Cependant, le principal inconvénient de l'échantillonnage sanguin en ligne est la préparation coûteuse et longue pour cathétér les vaisseaux fémoraux de l'animal. Ici, nous décrivons un flux de travail facile et complet pour le cathétérisation et l'échantillonnage continu de sang pendant l'imagerie de PET/CT de petit animal et l'avons comparé à l'échantillonnage manuel de sang et à une approche image-dérivée. À l'aide de ce flux de travail hautement standardisé, la détermination de l'AIF de fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) est démontrée. En outre, cette procédure peut être appliquée à n'importe quel radiotraceur en combinaison avec différents modèles animaux pour créer une connaissance fondamentale des caractéristiques cinétiques et modèles de traceur. Cela permet une évaluation plus précise du comportement des produits pharmaceutiques, à la fois pour les approches diagnostiques et thérapeutiques dans la recherche préclinique des maladies oncologiques, neurodégénératives et myocardiques.
La tomographie par émission de positrons/tomographie calculée (TEP/TC) est une technologie d'imagerie nucléaire qui permet de visualiser les processus métaboliques dans l'organisme après l'injection d'un ligand étiqueté radioactif, également appelé traceur. Alors que le ligand est une molécule qui est impliquée dans une voie métabolique ou cible les protéines de surface cellulaire, l'étiquette radioactive est un radionucléide émettant du positron. Les rayons gamma sont indirectement émis par la désintégration du positron et permettent la détection de sa distribution dans l'organisme avec des détecteurs de TEP extracorporelles. De cette façon, différentes molécules cellulaires peuvent être ciblées : récepteurs et transporteurs de neurotransmetteurs, processus métaboliques comme la glycolyse ou des protéines mitochondriales comme la protéine translocator 18 kDa (TSPO) pour détecter les cellules gliales activées.
Dans la recherche préclinique, le TEP/CT est une méthode attrayante pour étudier les processus biochimiques d'une manière non-invasive in vivo, permettant ainsi des études longitudinales. Les données de TEP/CT appuient l'analyse des mécanismes de la maladie, l'évaluation des caractéristiques et de la pharmacocinétique des nouveaux médicaments et la validation des radiotraceurs actuels et nouveaux pour la recherche translationnelle.
Au cours des analyses PET/CT, trois états traceurs peuvent être définis (exemple du modèle de compartiment à 2 tissus) : Premièrement, le traceur circule dans le sang après son application (état 1; conc.[sang]). Deuxièmement, il pénètre dans le tissu par le lit capillaire et peut-il soit se déplacer librement dans l'espace extracellulaire ou est inspécifiquement lié à diverses structures cellulaires ou extracellulaires (état 2; conc.[unspec]). Troisièmement, le traceur peut être spécifiquement lié (avec ou sans piégeage métabolique) à sa molécule cible (état 3, conc.[spec]). Tous ces processus dynamiques entre les compartiments sont dans une certaine mesure bidirectionnels et les processus de diffusion sont décrits par des constantes de taux (K1, K2, K3 et k4). Bien que la concentration du traceur dans le sang (c.-à-d. l'état 1) soit appelée « Entrée », la concentration de traceurs liés de manière spécifique et spécifique (c.-à-d. état 2 et état 3) est appelée « Sortie » et peut être directement dérivée de l'image PET. Cette relation physiologique peut être affichée dans le modèle de compartiment à 2 tissus (figure 1).

Figure 1 : Le modèle compartimenté à deux tissus. Les conditions physiologiques des trois états traceurs différents et les processus dynamiques entre eux sont affichés. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Dans le cas idéal, le conc.[spec] est proportionnel à la concentration de sa molécule cible. Toutefois, la production de la mesure PET/CT est la somme de conc.[spec] et conc.[unspec]. Pour déterminer le conc.[spec] dans la région d'intérêt, en parallèle, le conc.[unspec] d'une région de référence dépourvue de la protéine/voie cible est déterminé. En utilisant des équations mathématiques appropriées, on peut maintenant calculer conc.[spec], le plus souvent en utilisant le modèle de compartiment (une approche de modélisation bio-cinétique). Cependant, dans de nombreux cas, une telle région de référence dépourvue de la protéine cible n'est pas disponible1,2. Dans ces cas, le conc.[sang] peut être utilisé pour déterminer conc.[spec]. Puisque le conc.[sang] varie en raison de l'effacement différent de foie et de rein, de l'excrétion, du flux sanguin, de la pénétration différente de barrière hémato-encéphalique et des facteurs liés à la maladie3,l'étalon-or actuel est de mesurer le conc.[ en parallèle à la TEP/TDM par prélèvement sanguin continu. Cela donne la fonction d'entrée artérielle (AIF), qui est définie comme conc.[sang] au fil du temps4. Il est à noter que l'échantillonnage continu du sang est considéré comme techniquement très difficile, en particulier chez les petits animaux comme les rats ou les souris5.
Ici, nous fournissons un protocole facile et pratique pour échantillonner continuellement le sang des rats par l'intermédiaire d'un shunt artériovenous (a-v) entre la veine fémorale et l'artère. Couplé à un système de détecteur-pompe disponible dans le commerce, nous sommes en mesure de générer un aIF continu en temps réel lors de la dynamique [18F]fluorodeoxyglucose ([18F]FDG)-PET/CT scans chez les rats et l'a comparé à des approches alternatives. La formation image de PET/CT a été exécutée dans les rats dawley mâles de sprague à un âge de 4 mois avec un poids moyen de 462 g - 33 g (déviation moyenne et standard) utilisant un balayage de PET/CT de multimodality.
Étant donné qu'une grande variété d'appareils est utilisé au cours de la série de mesures (étalonneur de dose, échantillonneur de sang en ligne, TEP/CT et compteur de puits), une procédure de contrôle de la qualité appelée étalonnage croisé est nécessaire pour vérifier l'exactitude quantitative de tous les systèmes et pour compenser les différences. L'étalonnage croisé dans le contexte de l'échantillonnage sanguin en ligne signifie que le taux de comptage d'une concentration d'activité donnée mesurée dans des images corrigées de TEP peut être converti en concentration mesurée avec le système twilite pour la même concentration. Par conséquent, une procédure d'étalonnage croisé entre le TEP/CT, le système d'échantillonnage de sang et le compteur de puits a été établie.
Cette méthodologie hautement standardisée fournit une approche puissante pour quantifier les processus métaboliques et cellulaires dans la recherche préclinique sur les petits animaux et constitue un moyen élégant d'améliorer la fiabilité et la reproductibilité du SIA. L'AIF peut ensuite être utilisé pour quantifier le traceur spécifiquement lié dans les tissus dans les données précliniques TEP/CT à l'aide de la modélisation biocinétique.
Toutes les manipulations et expériences sur les animaux ont été approuvées par le Comité national de recherche sur les animaux du Mecklembourg-Poméranie occidentale (LALLF M-V/7221.3-1.1-004/18, approbation: 03.04.2018). Les expériences ont été réalisées conformément aux Lignes directrices de l'ARRIVE.
REMARQUE : Les animaux ont été gardés dans des conditions standard (22 '2 'C, 12 h jour et nuit cycle) avec de l'eau et de la nourriture ad libitum. Tous les équipements nécessaires à la préparation du système de shunt, à la procédure d'exploitation et aux mesures réelles sont répertoriés dans le Tableau des matériaux.
1. Préparation et intervention chirurgicale pour le cathétérisation de l'animal
2. Configuration du système de shunt

Figure 2 : Schéma de la configuration de mesure. (A) Dessin schématique de la configuration de mesure. (B) Photo du système de shunt connecté avec le détecteur de twilite, la pompe péristétique et différents types de connecteurs. Le cours temporel de la radioactivité dans le sang d'un rat est détecté tandis que l'animal (1) est scanné dans le PET/CT (2). Par conséquent, le cathéter artériel (a) et veineux (b) est relié au système de pompe détecteur par l'intermédiaire de pièces d'adaptateur (connecteur orange, connecteur bleu et connecteur vert). Le sang artériel est ensuite pompé du cathéter artériel par le détecteur (3) à une pompe péristtaltique (4) et de nouveau dans le corps par le cathéter veineux. Une valve à trois voies (7) est intégrée dans le système de tube pour effectuer l'injection de traceur, les tirages manuels de sang et le rinçant. Une pièce En (8) est assemblée pour injecter de l'activité. Le détecteur est connecté à un ordinateur pour visualiser, calibrer et corriger les données sanguines continues. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
3. Acquisition et reconstruction d'images
4. Procédure d'échantillonnage manuel du sang
5. Procédure de l'échantillonnage sanguin en ligne
6. Fonction d'entrée dérivée d'image
7. Procédure d'étalonnage croisé du système twilite, PET/CT et compteur de puits
solution dans le bécher est donnée par , qui devrait être d'environ 200 kBq/mL.
La configuration du système de shunt est affichée dans la figure 2. Les résultats représentatifs des données d'échantillonnage continu du sang par rapport aux données manuelles d'échantillonnage du sang chez trois rats de type sauvage sur une période de 30 min sont présentés à la figure 3A,C. Au début de l'échantillonnage sanguin continu, un pic initial (maximum de concentration en radioactivité) peut être observé à 5 s après l'injection de traceurs. Ensuite, l'activité dans le sang diminue rapidement et atteint un plateau à environ 15 min. Dans les données manuelles d'échantillonnage du sang, le pic détecté est plus petit et le plateau n'est pas facile à définir (Figure 3A,C). La comparaison de l'échantillonnage sanguin continu aux données dérivées de l'image est affichée dans la figure 3B,D. Dans les données dérivées de l'image, le pic et le point de départ du plateau sont clairement visibles, néanmoins le maximum du pic est plus petit par rapport aux données continues d'échantillonnage du sang pour tous les animaux (Figure 3B,D).
Un résultat sous-optimal de l'échantillonnage continu de sang avec notre configuration est montré dans la figure 3E,F. Au début de l'échantillonnage sanguin continu, aucune acquisition de données dans les 3,5 premières minutes n'a été possible en raison de la coagulation du sang. En déconnectant le système de tube à l'orange de connecteur et flottant avec la solution saline héparinisée, le flux dans le système de tube a été redémarré et la mesure a continué. Un pic peut être vu à environ 4 min, ce qui n'enregistre pas le maximum de radioactivité dans le sang (Figure 3E,F). L'échantillonnage manuel du sang (figure3E) et les analyses dérivées d'images (figure 3F) étaient encore possibles et comparables aux résultats corrects.

Figure 3 : Résultats représentatifs de l'échantillonnage sanguin continu par rapport à l'échantillonnage manuel de sang. Les fonctions d'entrée artérielle typiques dérivées de l'échantillonnage sanguin continu par rapport à l'échantillonnage manuel du sang (colonne gauche) et à l'échantillonnage continu du sang par rapport à l'approche dérivée de l'image (colonne droite) sont montrées. Les panneaux A-D démontrent les résultats de la mise en œuvre correcte du protocole chez deux animaux différents. Les panneaux E et F illustrent un résultat sous-optimal de la mesure. Toutes les données présentées ont été corrigées pour le facteur d'étalonnage croisé et l'arrière-plan. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Ici, un protocole pour l'échantillonnage continu de sang pendant la formation image de PET/CT des rats pour mesurer la fonction d'entrée artérielle (AIF) est décrit. Le cathétérisation, l'étalonnage et la configuration du système et l'analyse des données de la radioactivité sanguine sont démontrés. Les données générées fournissent des paramètres d'entrée pour la modélisation biocinétique ultérieure.
Les auteurs remercient Susann Lehmann, Iloana Klamfuet et Petra Wolff pour le logement et les soins aux animaux et Matthias Wyss pour leur soutien lors de la mise en place du système d'échantillonnage du sang en ligne. Le petit animal PET/CT a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG).
| Sugery pour dérivation artérioveineuse | |||
| station d’anesthésie | Groppler | ||
| Pinces d’anévrisme | Aesculap | FT190T | 5 mm, force de fermeture 70 g |
| pince bulldog | Aesculap | 35 mm | |
| dissectiong ciseaux BC165 | Aesculap | 490-866 | terne, pour préparation de la peau |
| tapis | chauffant | ||
| seringue à insuline | Braun | 30G | |
| porte-aiguille | medicon | 11.62.18 | pince micro-chirurgicale |
| pour clips d’anévrisme | Aesculap | FT 470T | Yasargil |
| portex tube en polyéthylène à alésage fin | Smith Medical | 800/100/200 | ID 0,58 mm, OD 0,96 mm ; Microscope chirurgical à tube équivalent PE50 |
| avec caméra | Leica | M50 + MC120 Filaments | |
| de suture HD 6.0 | 6.0, | ||
| filaments de suture en | polypropylène 3.03.0, résorbable, tressé | ||
| à deux pinces anatomiques | Hammacher Soling | HSC601-11 | micro chirurgie, 45° ; |
| Ciseaux vasculaires ou cornéens | Geuder | G19605 | ciseaux de microchirurgie |
| imagerie TEP/CT | dose | ||
| calibrateur ISOMED 2010 | nivia instruments GmbH | pour le portionnement de traceur | |
| Inveon PET/CT | Traceur Siemens | ||
| (par ex. 18F-FDG) | |||
| prélèvement sanguin manuel | |||
| capillary blood sampling EDTA tube | KABE Labortechnik GmbH | GK 150 EDTA 200 µ ; l | |
| tubes à essai | SARSTEDT | 5 ml, 75 x 12 mm, | |
| compteur de puits PS CAPTUS 700t | Capintec | mesure manuelle de l’activité sanguine | |
| prélèvement sanguin automatique | |||
| BD Cathéter IV blindé de sécurité Venflon TM pro ; 18 G (1,3 mm x 32 mm) | Raccords | Luer3932269 | BD(à insérer dans les raccords en T) |
| Échantillonneur de sang twilite two | swisstrace GmbH | ||
| Combi stopper | Braun | 4495101 | |
| héparine | 50U/ml pour le rinçage du tube avant l’expérience et l’aspiration pendant la chirurgie du cathéter | ||
| hypodermique | G23 x 1 1/4" / 0,6 x 30 mm | ||
| Pompe de tubulure contrôlée par microprocesseur | Ismatec/Cole-Parmer | ISM596 | 12 rouleaux, 2 canaux |
| Module PSAMPLE de connecteurs de | réductionPMOD | ||
| Ismatec/Cole-Parmer | ISM569A | de ID 2,5 mm à ID 1,5 mm Tubes | |
| pompe en silicone | Ismatec/Cole-Parmer | 070535-17-ND /SC0065N | pour pompe à rouleaux (jaune/bleu/jaune ID 1,52 mm, WT 0,84 mm, OD 3,2 mm) |
| Tubes de pompe en silicone - tube adaptateur Ismatec | /Cole-Parmer | SC 0107 | noir/noir/noir ID 0,76 mm, WT 0,86 mm, OD : 2,48 mm |
| pièce en T ou raccords en T | Ismatec/Cole-Parmer | ISM 693A | ID 2,5 mm |