Name: פרוטוקול PET-MRI Dual Tracer למדידה כמותית של קליטת מצעי אנרגיה אזוריים במוח בחולדה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 10 s
Description: למד שיטת PET-MRI Dual Tracer למדידה כמותית של קליטת גלוקוז וקטונים במוח בחולדה. טכניקה זו מאפשרת חקר מטבוליזם אנרגטי מוחי בתהליכי הזדקנות ומחלות נוירודגנרטיביות.

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

מחקר זה נתמך כספית על ידי Fonds de la recherche en santé du Québec, המכונים הקנדיים לחקר הבריאות, הקרן הקנדית לחדשנות ומזכירות כיסאות המחקר של קנדה (SCC). מרכז ההדמיה המולקולרית של שרברוק הוא חלק ממרכז המחקר הקליני Étienne-Le Bel הממומן על ידי FRQS. המחברים מודים למלאני פורטייה, ג'ניפר טרמבליי-מרסייה, אלכסנדר קורשן-לוייר, ד"ר פביאן פיפרי, ד"ר מוחמד בן טורקיה, ד"ר עותמן סריני, ד"ר ז'אק רוסו, קרוליין מתיו ומלאני ארשמבו על התמיכה הנדיבה והסיוע הטכני. המחברים רוצים להודות לפלטפורמת ניתוח התמונות וההדמיה (http://pavi.dinf.usherbrooke.ca) על עזרתם.

כל הניסויים בוצעו בהתאם להנחיות של ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים של Université de Sherbrooke ושל המועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים. הפרוטוקול הניסויי אושר על ידי הוועדה המוסדית לבקרת אתיקה במחקר בבעלי חיים (פרוטוקול #011-09).
1. אנטומיה של המוח באמצעות MRI
<ol>
	<li>יש לאפשר לחולדות להסתגל במתקן בעלי החיים למשך 7 ימים לפחות לפני הפרוטוקול. בצעו סריקות MRI של המוח שבוע-שבועיים לפני פרוטוקול ה-PET בעזרת סומנים כפולים כדי לאפשר התאוששות מלאה מההרדמה.</li>
	<li>הרדימו את החולדה בתא השראה. השתמשו ב-2% isoflurane ו-1.5 L/min חמצן לאורך הפרוטוקול לצורך הרדמה. צבטו את הרגל האחורית כדי לוודא שהבעל חיים מורדם לחלוטין. זהירות: שאיפה של isoflurane עלולה לגרום לכאב ראש, סחרחורת או אובדן הכרה במקרים מסוימים; יש להשתמש בו תמיד בנוכחות מערכת חילופי אוויר בחדר מאוורר כראוי.</li>
	<li>מקמו את החולדה על שולחן בדיקות ה-MRI בתנוחה שכיבה על הבטן, ראש קדימה, עם קונוף לאף עבור isoflurane. מקמו את חיישני הנשימה והחיישן הרקטלי. עקבו אחר קצב הנשימה במהלך הניסוי ושמרו על טמפרטורת גוף של 37 °C באמצעות מערכת חימום אוויר אוטומטית.</li>
	<li>רכשו תמונות MR בתסריס T2-weighted באמצעות רצף פולסים of fast spin-echo עם פרמטרי רכישה כפי שפורטו בעבר11. הניחו את החולדה על משטח מחומם במהלך ההתאוששות מההרדמה.</li>
</ol>
2. רכישות PET עם סומן כפול
<ol>
	<li>השתמשו בסורק PET לבעלי חיים קטנים המצויד בגלאי פוטודיודה של avalanche, שדה ראייה אקסיאלי של ~7.5 cm ורזולוציה מרחבית איזוטרופית של 1.2 mm17. בשל זמן המחצית הפיזיקלי הקצר שלו, הכינו 11C באמצעות הפגזה בפרוטונים של חנקן טבעי (באמצעות התגירה הגרעינית 14N(ρ,α)11C) בציקלוטרון באתר לפני כל ניסוי.</li>
	<li>הצמידו את החולדה לצום למשך 18 hr לפני סריקת ה-PET. הצום מאפשר ספיגה גבוהה יותר של 11C-AcAc ו-18F-FDG במוח, ובכך משפר את יחס האות לרעש.</li>
	<li>הרדימו את החולדה בתא השראה. העבירו את החולדה למשטח חימום עם קונוס אף לאיסופלורן (isoflurane). התחילו את סינתזת ה-11C-AcAc בשלב זה. הסינתזה נמשכת 18 min מסוף ההפגזה, כפי שמתואר קודם לכן1.</li>
	<li>מקמו את החולדה על צדה. הכינו קטטר פוליאתילן PE50 מלא בתמיסת נתרן כלורי 0.9% (סליין) עם הפרין. התקינו את הקטטר בווריד הזנב להזרקת הסמן. התקינו קטטר שני בעורק הזנב הוונטרלי המרכזי לדגימת דם לאורך הרכישות.</li>
	<li>העבירו במהירות את החולדה לשולחן הסורק בתנוחה פרקילית (prone) כאשר הראש פונה קדימה, עם קונוס אף לאיסופלורן. מקמו את גששי הנשימה והרקטום. עקבו אחר קצב הנשימה במהלך הניסוי ושמרו על טמפרטורת גוף של 37 °C באמצעות מערכת חימום אוויר אוטומטית. הזריזו את שולחן הסורק קדימה לתוך הסורק כדי להבטיח דימות מתאים של המוח והלב בו-זמנית. כסימן אנטומי, מקמו את קצה שדה הראייה על עיני החולדה (בעזרת קווי לייזר).</li>
	<li>באמצעות תמיסת 11C-AcAc רכזית (~1 GBq/ml), הכינו מזרק המכיל רדיואקטיביות של ~50 MBq (טווח של 45-55 MBq מקובל). התאימו את הנפח ל-300 μl באמצעות סליין. זהירות: רדיואקטיביות עלולה להזיק לבריאות. יש לטפל בה תמיד מאחורי מגן עופרת. על הנסיין להרכיב מדיד קרינה (dosimeter) לגוף ולטבעת. מונה גייגר חייב להיות פועל במהלך הניסוי.</li>
	<li>התקינו את המזרק על משאבת הזרקה. התחילו את הזרקת הבולוס של 11C-AcAc בקצב של 1 ml/min (משך הזרקה: ~19 sec). במשאבה שנייה, מיד לאחר סיום הזרקת ה-11C-AcAc, התחילו הזרקה של 300 μl סליין בקצב של 1 ml/min, דבר החשוב להזרקה אופטימלית של הסמן למחזור הדם.</li>
	<li>התחילו רכישת נתונים דינמית של PET כ-30 sec לפני תחילת הזרקת הבולוס למשך זמן כולל של 20.5 min. רכישת הנתונים במשך 30 sec לפני הזרקת הסמן מספקת מדד לרקע הסביבתי שיפוחה לאחר מכן מנתוני ה-PET. הגדירו את מצב הדגימה הרגיל ואת חלון האנרגיה ב-250-650 keV.</li>
	<li>אספו שתי דגימות דם של 200 μl בערך ב-15 ו-18 min לאחר תחילת הזרקת ה-11C-AcAc. הגזירה סליין עם הפרין לקטטר לאחר כל דגימה כדי למנוע קרישת דם. רשמו את הזמן בתחילת ובסוף דגימת הדם והשתמשו בזמן הממוצע. הצנטריפוגו ב-6,000 RPM למשך 5 min ואספו את הפלזמה. מדדו את ספירות הרדיואקטיביות בפלזמה באמצעות מונה גמא שכויל עם סורק ה-PET.</li>
	<li>לאחר סריקת ה-11C-AcAc, המתינו 20 min כדי להבטיח שרוב הרדיואקטיביות דעכה. התקופה יכולה להשתנות בין 15-30 min. אל תזיזו את מיטת הסורק והשאירו את החולדה תחת השפעת איסופלורן לאורך תקופה זו.</li>
	<li>במהלך זמן זה, באמצעות תמיסת 18F-FDG רכזית (~5.5 GBq/μl), הכינו מזרק של ~50 MBq. פעלו בדיוק כפי שצוין בשלבים 2.6 ו-2.7. התחילו רכישה דינמית במשך זמן כולל של 40.5 min, כולל ה-30 sec לפני ההזרקה. אספו שתי דגימות דם של 200 μl בערך ב-30 ו-35 min לאחר תחילת הזרקת ה-18F-FDG.</li>
	<li>בסוף רכישת ה-18F-FDG, קחו דגימת דם אחרונה של 200 μl. הצנטריפוגו ואספו את הפלזמה. שמרו את דגימות הפלזמה ב-80 °C- לצורך אנליזת גלוקוז ו-AcAc.</li>
	<li>לבסוף, מקמו את החולדה על משטח חימום במהלך תקופת ההתעוררות. שמרו את בעל החיים למעקב אורכי, או לחלופין, בצעו קטליזיה (euthanasia) לחולדה לצורך דגימת מוח ומחקרים ביוכימיים נוספים.</li>
	<li>בצעו רקונסטרוקציה לתמונות ה-PET לפי רצפי מסגרות הזמן הבאים: 1 × 30 sec; 12 × 5 sec; 8 × 30 sec; ו-n × 300 sec, כאשר n = 3 עבור רכישת 11C-AcAc ו-n = 7 עבור רכישת 18F-FDG.</li>
</ol>
3. ניתוח גלוקוז בבלאזמה ו-AcAc
<ol>
	<li>מדוד את רמות הגלוקוז וה-AcAc בפלזמה באמצעות אנלייזר לכימיה קלינית. בצע את הבדיקות בתוך 48 שעות מדגימת הדם כדי למזער את דה-קרבוקסילציה של AcAc לאצטון. מדוד את ריכוז הגלוקוז באמצעות ערכת DF40 כפי שתואר בעבר18 ואת ה-AcAc באמצעות ערוץ פתוח2. סוג זה של אנלייזר מדויק יותר מרצועות (0.1 μM) ובעל חלון זיהוי רחב.</li>
</ol>
4. ניתוח PET כמותי
<ol>
	<li>השתמש בתוכנת PMOD או במערכת שווה לניתוח תמונות PET של בעלי חיים קטנים.</li>
	<li>עקומת זמן-פעילות (TAC) של פלזמה
	<ol>
		<li>טען נתוני 18F-FDG. סכום את פריימי התמונה של 60 השניות הראשונות לאחר ההזרקה (כאשר הסמן נמצא בעיקר בדם).</li>
		<li>באמצעות כלי שרטוט ידני, שרטט נפח עניין (VOI) על מאגר הדם של חלל החדר השמאלי (מאגר גדול הממוקם במרכז החלק התחתון של התמונות). שרטט את ה-VOI במרחק של כ-1 mm בתוך קצה מאגר הדם (ווקסלים אדומים) כדי להבטיח שאין הכללה של רקמה ולמנוע זליגת רדיואקטיביות מרקמה אל מאגר הדם (איור 1A). העתק את ה-VOI לכל סדרת התמונות הדינמיות והפק עקומת רדיואקטיביות כפונקציה של זמן (TAC).</li>
		<li>בגיליון אלקטרוני, השתמש בספירות הרדיואקטיביות של שתי דגימות הפלזמה שנלקחו במהלך הרכישה כדי לתקן את ה-TAC של הפלזמה (איור 1B). השתמש במשוואה הבאה: 
		<img alt="נוסחת תיקון IDIF, שיטת תיקון תמונה; משוואות; קונספט של ניתוח נתונים מדעיים" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq1.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000"> 
		ניתן לבצע החלקה (smoothing) מסוימת של ה-TAC של הפלזמה.</li>
		<li>בדוק אם קיימת רדיואקטיביות שיורית של 11C-AcAc ב-30 השניות הראשונות של סריקת 18F-FDG, לפני ההזרקה. אם כן, החסר את הגורם הבא מכל פריימי הזמן העוקבים של ה-TAC: 
		<img alt="תרשים משוואת דעיכה אקספוננציאלית, R×e^{-(ln2/t_{1/2})×T}, ניתוח דעיכה רדיואקטיבית." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq2.jpg" width="150" data-altupdatedat="1787630408000">, 
		כאשר R היא הרדיואקטיביות השיורית, t1/2 הוא זמן המחצית של 11C (20.4 min) ו- T הוא פריימי הזמן2,13. רדיואקטיביות שיורית של 11C-AcAc לאחר תקופת המתנה של 20 min יכולה להגיע עד ל-1.5% מספירות ה- 18F-FDG המקסימליות.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>קו-ריג'יסטרציה של 18F-FDG/MRI
	<ol>
		<li>החל את הקו-ריג'יסטרציה שהושגה עם תמונות 18F-FDG על תמונות 11C-AcAc. דבר זה נחוץ מכיוון שלתמונות 11C-AcAc יש יחס אות לרעש נמוך וקו-ריג'יסטרציה אוטומטית היא קשה.</li>
		<li>טען את נתוני ה-MRI התואמים. טען את כל 28 פריימי הזמן של 18F-FDG באותה אוריינטציה של תמונות ה-MR (על פני שלושה צירים).</li>
		<li>חשב את תמונת הסיכום של 18F-FDG עבור 28 פריימי הזמן. פעולה זו יוצרת תמונה עם ספירות גבוהות יותר, כך שקל יותר לעבוד איתה לצורך קו-ריג'יסטרציה עם MRI מאשר עם פריימים בודדים.</li>
		<li>בצע קו-ריג'יסטרציה אוטומטית של תמונת הסיכום של 18F-FDG על תמונות MR (איור 2). החל את הטרנספורמציה על כל פריימי התמונה הבודדים של 18F-FDG. שמור את הטרנספורמציה אשר תוחל מאוחר יותר על תמונות 11C-AcAc.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>נפחי עניין (VOIs)
	<ol>
		<li>באמצעות תוכנת סגמנטציה כגון PMOD, בחר נתוני MRI ובחר את המישור המועדף לשרטוט ידני. בחר בכלי שרטוט ידני או חצי-אוטומטי, בהתאם לגודל אזור המוח ולניגודיות התמונה. אתר מבני מוח בהתאם לאטלס סטנדרטי של מוח חולדה19.</li>
		<li>שרטט את ה-VOIs. כפי שמוצג באיור 3, בצע סגמנטציה למוח כולו, לקורטקס, להיפוקמפוס, לסטריאטום ולמוח קטן (cerebellum), אך ניתן לבחור אזורים אחרים. שמור את ה-VOIs, שיוחלו על תמונות 18F-FDG ו- 11C-AcAc שעברו קו-ריג'יסטרציה.</li>
		<li>החל את ה-VOIs על תמונות 18F-FDG שעברו קו-ריג'יסטרציה. בחר את הסטטיסטיקה של ה-VOI כדי להציג ויזואלית את ה-TAC של המוח. במידת הצורך, תקן את ה-TAC על ידי החסרת הרדיואקטיביות הממוצעת המתוקננת לדעיכה ב-30 השניות הראשונות מכל פריימי הזמן העוקבים.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>חישוב קצב מטבולי מוחי
	<ol>
		<li>טען את ה-TACs של המוח ושל הפלזמה התואמת.</li>
		<li>בחר במודל קינטי של גרף Patlak20,21. הגדר את הקבוע המרוכז (lumped constant) ל-0.4822 ואת ריכוז הגלוקוז בפלזמה התואם (איור 4B). הגדר את הסטייה היחסית המקסימלית מגרף Patlak ל-5%. התאם את הנתונים למודל.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>תמונות 11C-AcAc
	<ol>
		<li>חשב את תמונת הסיכום של 18F-FDG עבור 24 פריימי הזמן הראשונים כדי שיהיה אותו מספר פריימים כמו בסריקת 11C-AcAc. אחרת, הקו-ריג'יסטרציה של 11C-AcAc/MRI תיכשל. בצע קו-ריג'יסטרציה אוטומטית של 18F-FDG על MRI. שמור את תהליך הטרנספורמציה שישמש לקו-ריג'יסטרציה של תמונות 11C-AcAc.</li>
		<li>חזור על שלבים 4.2 ו-4.3 עבור תמונות 11C-AcAc. השתמש בטרנספורמציה של 18F-FDG בשלב 4.6.1 והחל אותה על כל פריימי התמונה הבודדים של 11C-AcAc. חזור על שלבים 4.4 ו-4.5 והשתמש ב-VOIs השמורים של 18F-FDG. הגדר את הקבוע המרוכז ל-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>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

שלבים קריטיים
שלב קריטי בפרוטוקול PET זה הוא היכולת לסרוק בו זמנית את החדר השמאלי של הלב ואת המוח בו זמנית. לשם כך נדרש סורק PET באורך צירי מספיק, כלומר מינימום של 7.5 ס"מ. נדרשות כמה סריקות בדיקה כדי לקבוע את המיקום המדויק של טבלת הסורק (ערכי x, y ו-z), שבו המוח והלב נסרקים כהלכה.
הזרקת טרייסר היא גם נקודה מכרעת לרכישת PET מוצלחת. יש להכניס את הקטטר בצורה נכונה לווריד. תמיסת מלח הפרינית אמורה לזרום לווריד בצורה חלקה ללא קרישת דם. למדד כמותי של קליטת המוח, TAC...

הקשר ורציונל
טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) מאפשרת מחקר זעיר פולשני של תהליכים תפקודיים במוח. גלוקוז הוא מצע האנרגיה העיקרי של המוח, אך בתנאים של מחסור בגלוקוז, קטונים (אצטואצטט [AcAc] ו-β-הידרוקסיבוטיראט) הם מצעי האנרגיה החלופיים העיקריים. חילוף החומרים של אנרגיית המוח נחקר באופן נרחב על ידי PET באמצעות עוקב ה-PET הנפוץ ביותר, 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG), אנלוגי גלוקוז. הקבוצה שלנו פיתחה לאחרונה רדיו-טריסר חדשני -11C-AcAc - למדידת חילוף החומרים של קטון במוח1. הדמיית תהודה מגנטית (MRI) היא טכניקה ברזולוציה גבוהה בהרבה (0.1 מ"מ × 0.1 מ"מ ברזולוציה במישור) מאשר PET, והיא נחוצה כדי למקם בבירור אזורי מוח אנטומיים הנדרשים לניתוח PET אזורי של חילוף החומרים של אנרגיית המוח.
נתוני PET מבוטאים בדרך כלל כערכי קליטה סטנדרטיים (SUV)2-6. SUV הם ריכוז פעילות הרקמה המנורמל על ידי חלק מהמינון / משקל היחידה המוזרק, כפי שהוצע לראשונה לפני למעלה מ-70 שנה7. יחידות אלו עדיין נמצאות בשימוש נרחב מכיוון שהן דורשות מתודולוגיות פשוטות יותר של רכישת PET וניתוח תמונה. עם זאת, מגבלה חשובה היא שרכבי שטח הם יחסית לא יחידות מוחלטות, מה שמקשה על השוואת תוצאות בין מחקרים שונים. קושי זה בהשוואה עשוי לתרום לממצאים סותרים בספרות על ספיגת גלוקוז במוח בקרב קשישים8. לכן, לקצב חילוף החומרים המוחי הכמותי (CMR; μmol/100 גרם/דקה) יש יתרונות מיוחדים9-11. יצירת ערכי CMR דורשת רכישת PET דינמית והרדיואקטיביות של הפלזמה נחשבת כפונקציה של זמן, כלומר עקומת הזמן-פעילות של הפלזמה (TAC) או פונקציית הקלט. ניתן להשיג את פונקציית הקלט על ידי דגימות דם מרובות לאורך רכישת PET9,12 או על ידי שיטת פונקציית הקלט הנגזרת מתמונה (IDIF), שבה מצויר אזור מעניין על מאגר דם (החדר השמאלי של הלב או העורק הראשי)11,13-16.
Goal
מטרת השיטה שלנו הייתה להשוות כמותית לראשונה את ספיגת שני מצעי האנרגיה העיקריים של המוח, גלוקוז וקטונים, באמצעות PET ו-MRI במכרסמים. 11C-AcAc ו-18F-FDG שימשו ברצף באותה חיה. הפרוטוקול תוכנן למדוד קליטה אזורית במבני מוח רלוונטיים שונים (קליפת המוח, היפוקמפוס, סטריאטום והמוח הקטן) הנראים בבירור בתמונות ה-MR. הפרוטוקול נועד גם לאפשר ניתוח כמותי של קליטת מוח עוקב, כלומר CMR של 18F-FDG ו-11C-AcAc. אף על פי שהפרוטוקול הזה פותח כדי לחקור מצעי אנרגיה במוח, ניתן להחליף את הרדיו-טרסרים שבהם השתמשנו באחרים, ואותה מתודולוגיה יכולה לשמש לחקר תהליכים תפקודיים שונים במוח.
יתרונות על פני שיטות קיימות
PET ו-MRI אינם דורשים להקריב את החיה לאחר הרכישה. לכן, מחקרי מעקב של טיפולים אפשריים. לפיכך, ניתן למדוד נתוני בסיס ואחריהם תנאי ניסוי בתוך אותה חיה, ובכך להפחית הן את השונות הביולוגית והן את מספר בעלי החיים הנדרשים. יתרון מרכזי של פרוטוקול ה-PET הכפול שלנו הוא להשוות את ספיגת שני העוקבים באותה חיה באותם תנאים פיזיולוגיים באותו מפגש הדמיה, ובכך להפחית עוד יותר שונות ביולוגית ואי התאמות שיטתיות. פרוטוקול PET זה אפשרי בעיקר בגלל זמן מחצית החיים הפיזי הקצר של 11C (20.4 דקות) והשטיפה הביולוגית המהירה של 11C-AcAc, שמשאירים שאריות מינימליות של רדיואקטיביות של 11C במהלך הרכישה השנייה עם 18F-FDG. סריקת ה-MRI היא מאפיין חשוב של פרוטוקול זה מכיוון שהיא מאפשרת לחקור את קליטת העוקבים באזורים ספציפיים במוח. בנוסף, שיטה זו מאפשרת מדידה כמותית מוחלטת של קליטת עוקבי המוח בניגוד ליחידות יחסיות המתקבלות בשיטת SUV. לבסוף, ל-11תמונות C-AcAc יש יחס אות לרעש נמוך בגלל קליטת AcAc נמוכה יחסית במוח בתנאים פיזיולוגיים, מה שהופך את הרישום האוטומטי של 11תמונות C-AcAc ו-MR למאתגר. לפיכך, מכיוון ש-11רכישות C-AcAc ו-18F-FDG הן עוקבות (ללא תנועה של החיה), ניתן ליישם את יישור 18F-FDG ל-MRI על 11תמונות C-AcAc.
מאמרי מפתח שבהם נעשה שימוש בפרוטוקול
השתמשנו בפרוטוקול PET העוקב הכפול במחקר שכלל השוואה בין מצב הצום לדיאטה הקטוגנית (KD) בחולדות צעירות2. הראינו שגם צום וגם KD מגדילים באופן משמעותי גם את ספיגת המוח של 11C-AcAc וגם 18F-FDG. עם זאת, אלה לא היו תוצאות כמותיות מכיוון שלא השתמשנו במתודולוגיית הדמיית PET דינמית ומודול קינטי עוקב באותה תקופה. לאחר מכן, ביצענו מחקר אזורי וכמותי של חילוף החומרים במוח בחולדות מבוגרות, שבו הוערכה השפעת ההזדקנות ו-KD על קליטת מוח 11C-AcAc ו-18ספיגת F-FDG11. הראינו גם שאחוז ההתפלגות בין אזורי המוח היה שונה בין 11C-AcAc ל-18F-FDG. יתר על כן, לא רק ה-CMR של 11C-AcAc אלא גם זה של 18F-FDG עלה בכל המוח כמו גם בסטריאטום של חולדות מבוגרות ב-KD.

<table><tbody><tr><td>סורק MRI</td><td>Varian</td><td></td><td>7 Tesla</td></tr><tr><td>סורק PET לבעלי חיים קטנים</td><td>Gamma Medica</td><td></td><td>Lab-PET/-Triumph</td></tr><tr><td>Heat mat</td><td>Sunbeam</td><td>PN 143937</td><td></td></tr><tr><td>מערכת חימום</td><td>SA Instruments</td><td>761 100 Rev B</td><td></td></tr><tr><td>שער נשימה</td><td>SA Instruments</td><td>מנתח הכימיה הקלינית P-resp</td><td></td>של SAII</tr><tr><td></td><td>Siemens Healthcare Diagnosis</td><td>765000.931</td><td>Dimension Xpand Plus</td></tr><tr><td>צינורות פוליאתילן 50&nbsp;</td><td>Becton Dickinson</td><td>427411</td><td></td></tr><tr><td>משאבת הזרקה</td><td>KD Scientific</td><td>דגם 210</td><td></td></tr><tr><td>גמא-מונה</td><td>GMI</td><td>פקארד קוברה II</td><td></td></tr><tr><td>צנטריפוגה</td><td>תרמו מדעי</td><td>75002416</td><td>Heraeus Pico 21</td></tr><tr><td>תוכנת PMOD</td><td>PMOD טכנולוגיות</td><td></td><td>PMOD 3.2 גרסת</td></tr><tr><td>גייגר מונה Fluke</td><td>Biomedical</td><td>ASM-990</td><td>מד סקר מתקדם</td></tr><tr><td>מגיב</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>איזופלורן</td><td>Abbott Laboratories, Ltd</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>0.9% תמיסת NaCl</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>איזופרופניל אצטט</td><td>Aldrich</td><td>11778</td><td>99%</td></tr> <tr><td>מתיליתיום</td><td>אולדריץ'</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>מחסנית ריאגנט גמיש גלוקוז</td><td>סימנס אבחון בריאות</td><td>DF40</td><td></td></tr><tr><td>בסיס Trizma</td><td>Sigma</td><td>T6066-500G</td><td>להכין tris buffer 100 mM pH 7.0</td></tr><tr><td>נתרן אוקסמט</td><td>Sigma</td><td>O2751</td><td>20 מ"מ</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Roche</td><td>10128015001</td><td>0.15 מ"מ</td></tr><tr><td>b-הידרוקסיבוטיראט דהידרוגנאז</td><td>טויובו</td><td>HBD-301</td><td>1 יח'/מ"ל</td></tr></tbody></table>

פרוטוקול pet-mri dual tracer למדידה כמותית של קליטת מצעי אנרגיה אזוריים במוח בחולדה

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

אנו מציגים שיטה להשוואת הספיגה של שני מצעי האנרגיה העיקריים של המוח: גלוקוז וקטונים (אצטואצטט [AcAc] במקרה זה) בחולדה. השיטה שפותחה היא פרוטוקול טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) של בעלי חיים קטנים, שבו 11C-AcAc ו-18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) מוזרקים ברצף לכל בעל חיים. רכישת PET עוקבת כפולה זו אפשרית בגלל זמן מחצית החיים הקצר של 11C (20.4 דקות). החולדות עוברות גם רכישת הדמיית תהודה מגנטית (MRI) שבעה ימים לפני פרוטוקול ה-PET. לפני ניתוח התמונה, תמונות PET ו-MRI נרשמות במשותף כדי לאפשר מדידה של קליטה מוחית אזורית (קליפת המוח, היפוקמפוס, סטריאטום ומוח קטן). מדד כמותי של ספיגת מוח של 11C-AcAc ו-18F-FDG (קצב חילוף חומרים מוחי; μmol/100 גרם לדקה) נקבע על ידי מודלים קינטיים בשיטת פונקציית קלט נגזרת תמונה (IDIF). פרוטוקול ה-PET הכפול החדש שלנו הוא חזק וגמיש; ניתן להחליף את שני העוקבים המשמשים ברדיואקסרים שונים כדי להעריך תהליכים אחרים במוח. יתר על כן, הפרוטוקול שלנו ישים לחקר אספקת דלק המוח במצבים מרובים כגון הזדקנות נורמלית ופתולוגיות ניווניות כמו אלצהיימר ומחלות פרקינסון.

כפי שניתן לראות ב-איור 2, ספיגת 11C-AcAc נמוכה בתוך המוח עצמו. כפי שהוזכר קודם לכן, צריכת קטונים על ידי המוח נמוכה מאוד בצום קצר מועד. ספיגת 11C-AcAc גבוהה יותר בשרירי הלשון והלחי. ואכן, קטונים נספגים במהירות על ידי שרירי השלד של חולדה23. לעומת זאת, ספיגת 18F-FDG מתרחשת בעיקר במוח ובשרירי הלחי. איור 2 מראה כי במהלך תהליך הרישום המשותף (coregistration), תמונות ה-MR נשארות קבועות ותמונות ה-PET זזות עקב יישור במישור האקסיאלי.
<p class="jove_co...

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים של בעלי חיים קטנים מאפשרת להעריך את שני מצעי האנרגיה העיקריים של המוח: גלוקוז וקטונים. בשיטה הנוכחית, 11C-acetoacetate ו-18F-fluorodeoxyglucose מוזרקים ברצף בכל בעל חיים, וספיגתם נמדדת כמותית באזורי מוח ספציפיים שנקבעו מתמונות התהודה המגנטית.

פרוטוקול PET-MRI Dual Tracer למדידה כמותית של קליטת מצעי אנרגיה אזוריים במוח בחולדה

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 ...

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא להשוות באופן כמותי את הספיגה האזורית של שני תסובות האנרגיה העיקריות של המוח, גלוקוז וקטונים, באמצעות PET ו-MRI במכרסמים. דבר זה מושג תחילה על ידי ביצוע רכישת דימות תהודה מגנטית (MRI) של המוח לצורך מיקום של אזורים אנטומיים במוח. כשלב שני, מבוצעות רכישות PET של carbon 11 acetoacetate ו-flu ROIC glucose או FDG, המספקות תמונות של ספיגת קטונים וגלוקוז במוח. לאחר מכן, תמונות ה-PET וה-MR עוברות רישום משותף (coregistration).על מנת למדוד את הספיגה המוחית האזורית של שני סוכני סימון ב-PET, מושגים תוצאות המראות את קצב חילוף החומרים המוחי האזורי של גלוקוז וקטונים, בהתבסס על עקומות פעילות-זמן של המוח והפלסמה. טכניקה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחום מטבוליזם האנרגיה של המוח במהלך ההזדקנות, כגון השאלה האם הידרדרות במטבוליזם של הגלוקוז עם הגיל מתרחשת גם עם הקטונים, שהם דלק החלופה העיקרי של המוח. שדה הראייה בפועל של הסורק יהווה גורם מגביל וחשוב על מנת לרכוש תמונות של המוח והלב שנסרקו באופן נכון.מודל החיות הנוכחי ידרוש שדה ראייה של 7.5 centimeters כדי להכיל את ההפצה של האיברים המטרה. סריקות בדיקה יקבעו את המיקום הסופי של שולחן הסורק. הגיתינו את הרעיון לשיטה זו כאשר הבנו שקטונים חשובים למטבוליזם האנרגיה של המוח, אך כמעט דבר אינו ידוע על כך.כיצד המוח משתמש בהם. הפרוצדורה תוצג באופן רגוע. איש מחקר ומישל אט (Michelle ett), סטודנטית לתואר שני ממרכז הדימות המולקולרי של שרברוק (Sherbrooke Molecular Imaging Center), מתחילים בכך שהם מאפשרים לחולדות להסתגל במתקן בעלי החיים למשך שבעה ימים לפחות לפני תחילת פרוטוקול זה, ולאחר מכן מבצעים סריקות MRI של המוח שבוע עד שבועיים לפני בדיקת PET עם סמן כפול, כדי לאפשר התאוששות מלאה של בעל החיים מההרדמה. מקמי את החולדה על שולחן בדיקת ה-MRI בתנוחה prone (שכיבה על הבטן) כאשר הראש קדימה, והניחי קונו לאף למתן isof fluorine.בנוסף, מקמו את גששי הנשימה והפיקטום כך שניתן יהיה לנטר את קצב הנשימה ולשמור על טמפרטורת הגוף ב-37 degrees Celsius באמצעות מערכת חימום אוויר אוטומטית. רכשו תמונות MR של המוח המשוקללות ל-T2 באמצעות רצף פולסים מסוג fast spin echo. עם סיום הדמיון, הניחו את החולדה על משטח חימום ועקבו אחר התאוששותה מההרדמה שבועיים עד שבוע לאחר ה-MR. השביחו את החולדה למשך 18 שעות לפני סריקת ה-PET.השתמשו בסורק PET לבעלי חיים קטנים המצויד בגלאי avalanche photo diode ובשדה ראייה אקסיאלי של כ-7.5 סנטימטרים וברזולוציה מרחבית איזוטרופית של 1.2 מילימטרים. התחילו בהנחת החולדה בתא השראה. לאחר מכן, העבירו את החולדה למשטח חימום עם חרוט אף עבור isof fluorine וודאו שהחיה מורדמת לחלוטין לפני הדימוי.התחילו כעת את סינתזת ה-carbon 11 acetoacetate, כיוון שהסינתזה אורכת 18 דקות מסיום ההפצצה. כמו כן, הכינו קטטר פוליאתילן PE 50 מלא בתמיסת sodium chloride 0.9% עם הפרין. הניחו את החולדה על צדה והחדירו את הקטטר לווריד הזנב לצורך הזרקת הסמן.התקינו קטטר שני בעורק הזנב הוונטרלי המרכזי לצורך דגימות דם לאורך כל תהליכי הרכישה. כעת העבירו במהירות את החולדה לשולחן הסורק בתנוחה פרונית (על הבטן) כאשר הראש פונה קדימה וקונו האף במקומו. לאחר מכן, הזרימו את שולחן הסורק אל תוך הסורק; כדי להבטיח דימות תקין של המוח והלב בו-זמנית, מקמו את קצה שדה הראייה על עיני החולדה כנקודת ייחוס אנטומית.יש לנטר את קצב הנשימה ולשמור על טמפרטורת הגוף ב-37 °C לאורך כל הניסוי. לאחר מכן, באמצעות תמיסה רכזת של carbon 11 acetoacetate בריכוז של כ-1 giga ERL למילליטר, הכין מזרק המכיל כ-50 megal של רדיואקטיביות. טווח של 45 עד 55 megal הוא קביל.לאחר מכן, התאימו את הנפח ל-300 microliters באמצעות סליין. התקינו את המזרק במשאבת הזרקה והגדירו הזרקת בולוס של סמן רדיואקטיבי בקצב של one milliliter לדקה למשך זמן הזרקה של כ-19 שניות. לאחר מכן, הגדירו משאבה שנייה להזרמה מיידית של 300 microliters של סליין בקצב של one milliliter לדקה כדי להבטיח הזרקה אופטימלית של הסמן למחזור הדם.הגדירו את מצב הדגימה הרגיל ואת חלון האנרגיה ל-250 עד 650 kilo electron volts, והתחילו ברכישת נתוני PET דינמיים 30 שניות לפני תחילת הזרקת הבולוס. משך הסריקה הכולל צריך להיות 20 דקות ו-30 שניות. הרכישה ה-32 לפני הזרקת הסמן מספקת מדד לרקע הסביבתי שיש להחסיר לאחר מכן מנתוני ה-PET.אסוף שתי דגימות דם של 200 microliter כ-15 ו-18 דקות לאחר תחילת ההזרקה של Carbon 11 acetoacetate, והזרק סליין עם הפרין לתוך הקטטר לאחר כל דגימה כדי למנוע קרישת דם. רשום את הזמן בתחילת ובסוף דגימת הדם וחשב את זמן האמצע. יש לסובב את הדגימות בצנטריפוגה ב-6,000 RPM למשך חמש דקות כדי להפיק פלזמה.לאחר מכן נמדדו ספירות רדיואקטיביות באמצעות מונה גמא שכויל עם סורק ה-PET. לאחר הסריקה באמצעות carbon 11 acetoacetate, המתן 20 דקות כדי להבטיח שמרבית הרדיואקטיביות דעכה. במהלך זמן זה, הכן מזרק של כ-50 megal באמצעות תמיסת FDG מרוכזת.שוב, התאימו את הנפח באמצעות תמיסת סלין והגדירו את משאבת ההזרקה כפי שתואר קודם לכן. כעת התחילו רכישה דינמית במשך 40.5 דקות בסך הכל, שוב, כולל 30 שניות לפני ההזרקה. אספו שתי דגימות דם של 200 µL בערך 30 ו-35 דקות לאחר תחילת הזרקת ה-FDG.לאחר מכן, בסיום רכישת ה-FDG, קחו דגימת דם סופית אחת בנפח 200 µL. ברגע שהסריקה הושלמה, בצעו שחזור של תמונות ה-PET בהתאם למסגרת הזמנים הבאה: רצפים של 1 בכל 30 שניות, 12 בכל 5 שניות, 8 בכל 30 שניות, ו-n בכל 300 שניות, כאשר n שווה ל-3 עבור רכישת carbon 11 ACETOACETATE ו-n שווה ל-7 עבור רכישת FDG. כדי להתחיל בניתוח, השתמשו בתוכנת P mode או במערכת שוות ערך לניתוח תמונות PET של בעלי חיים קטנים כדי להפיק עקומת פעילות-זמן של הפלסמה.ראשית טענו את נתוני ה-FDG ולאחר מכן מספר פריימים של תמונות עבור 60 השניות הראשונות שלאחר ההזרקה, כאשר הסמן נמצא בעיקר בדם. לאחר מכן, באמצעות כלי רישום ידני, שרטטו אזור עניין או VOI על מאגר הדם של חלל החדר השמאלי, בערך מילימטר אחד בתוך קצה מאגר הדם. פעולה זו מבטיחה שרקמה לא תיכלל בבחירה ומונעת זליגת רדיואקטיביות מהרקמה אל מאגר הדם.לאחר מכן, העתיקו את ה-VOI לכל סדרת התמונות הדינמיות והפיקו עקומה של רדיואקטיביות כפונקציה של זמן. בשלב הבא, השתמשו בגיליון אלקטרוני כדי לתקן את עקומת הפעילות של הפלזמה לפי ספירות הרדיואקטיביות של שתי דגימות הפלזמה שנלקחו במהלך הרכישה. השתמשו במשוואה המוצגת כאן.בנוסף, יש לוודא אם קיימת רדיואקטיביות שיורית מ-carbon 11 acetoacetate ב-30 השניות הראשונות של סריקת ה-FDG לפני ההזרקה. אם כן, יש להפחית את הגורם הבא מכל מסגרות הזמן העוקבות של עקומת הפעילות עם הזמן. לאחר מכן, טענו את כל 28 מסגרות הזמן של ה-FDG באותה אוריינטציה של תמונות ה-MR וחשבו את תמונת הסיכום של ה-FDG.לאחר מכן, בצע רישום משותף (co-registration) אוטומטי של תמונת ה-FDG המסוכמת על גבי תמונות ה-MR. החל את הטרנספורמציה על כל פריימי תמונת ה-FDG הבודדים ושמור את הטרנספורמציה, שתיושם מאוחר יותר על תמונות ה-carbon 11 acetoacetate. הדבר נחוץ מכיוון ש-carbon 11.לתמונות של Acetoacetate יש יחס אות לרעש נמוך, והרשמה משותפת (co-registration) אוטומטית היא קשה. בשלב הבא, באמצעות תוכנת סגמנטציה, בחרו את נתוני ה-MRI ובחרו את המישור המועדף לשרטוט ידני. ניתן להשתמש בכלי שרטוט ידני או חצי-אוטומטי, בהתאם למוח, לגודל האזור ולניגודיות של התמונה.אתר מבני מוח בהתאם למקטע מאטלס סטנדרטי של מוח חולדה, כולל את קליפת המוח כולה, ההיפוקמפוס, ה-satu והמוחון כפי שניתן לראות כאן, או אזורים אחרים לפי הצורך. שמור את ה-vois, אשר ייושמו על תמונות ה-FDG וה-carbon 11 acetoacetate שעברו רישום משותף (coregistered). ראשית, החל את ה-vois על תמונות ה-FDG שעברו רישום משותף.במידת הצורך, בחרו ב-VO i statistics כדי להציג את עקומת הפעילות של המוח לאורך זמן. תקנו את העקומה על ידי חיסור ממוצע הרדיואקטיביות המתוקנן לדעיכה ב-30 השניות הראשונות מכל מסגרות הזמן הבאות כדי לבצע חישוב של קצב חילוף חומרים מוחי, וטענו את עקומות הפעילות של המוח והפלסמה התואמות. לאחר מכן, בחרו במודל הקינטיקה של גרף ה-LAC והגדירו את הקבוע המאוחד (lumped constant) ל-0.48 ואת ריכוז הפלסמה התואם.הגדירו את הסטייה היחסית המקסימלית מהגרף ל-5% והתאימו את הנתונים למודל. לאחר מכן, בצעו רישום משותף (co-registration) של Carbon 11 acetoacetate ל-MRI. ראשית, חשבו את תמונת הסיכום של ה-FDG עבור 24 מסגרות הזמן הראשונות, כדי שיהיה מספר מסגרות זהה לסריקת ה-Carbon 11 acetoacetate.לאחר מכן, השתמש בתהליך הטרנספורמציה של שני סריקות MRI עבור FDG לצורך רישום משותף (co-registration) של תמונות carbon 11 acetoacetate. חזור על חישובי עקומת הפעילות של הפלזמה לאורך זמן ועל שלבי הרישום המשותף עבור תמונות carbon 11 acetoacetate. החל את הטרנספורמציה של ה-FDG על כל אחת ממסגרות התמונה האינדיבידואליות של carbon 11 acetoacetate.לבסוף, השתמש ב-vois השמורים של ה-FDG ושוב, חשב את קצב המטבוליזם המוחי, כאשר קבוע הריכוז (lumped constant) מוגדר כאחד. כאן ניתן לראות שבמהלך תהליך הרישום המשותף (co-registration), תמונות ה-Mr קבועות ותמונות ה-pet נעות עקב יישור במישור האקסיאלי. גרף זה מציג מידול קינטי של ספיגת FDG במוח כולו.באמצעות תוכנת P mode לאחר ספיגה במוח, מושג מצב יציב. העקומה מביאה לקו ישר שבו השיפוע מייצג את שטף הכניסה למוח. ערכים טיפוסיים של שטף כניסה למוח ונפח התפלגות במוח כולו עבור FDG הם כ-0.0165 per minute⁻¹ וכ-0.6425 milliliters of blood per milliliter of tissue בהתאמה.קצב חילוף הגלוקוז המוחי הצפוי במוח כולו הוא כ-25 micromoles לדקה, ל-100 grams לאחר ביצוע הליך זה. ניתן לבצע שיטות אחרות, כגון western blot, כדי לענות על שאלות נוספות. לדוגמה, האם הביטוי של נשאי גלוקוז וקטונים במוח משתנה בתנאי ספציפי.באמצעות פיתוח טכניקה זו, פתחנו צוהר חדש עבור חוקרים המעוניינים בחקר חילוף חומרים של אנטיגנים במוח, כדי לבחון תהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים המעורבים בהזדקנות, במחלות ניווניות של מערכת העצבים, ובפיתוח וטיפול בגידולים במכרסמים ובמודלים חייתים אחרים. עבודה עם קרינה דורשת אמצעי זהירות נוספים. טיפול בסמן הרדיואקטיבי מאחורי מגן עופרת.עבור ניסוי זה נדרש שימוש במד דוזה לגוף ולטבעת. ביצוע סקירות של הצוות והאזור באמצעות מונה גייגר הוא חיוני לשמירה על מרחב עבודה נקי מזיהומים.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

פרוטוקול PET-MRI עם דו מגיבים למדידה כמותית של קליטת מצעי אנרגיה מוחיים אזוריים בחולדה

נזק מוחי הנובע מאיסכמיה מוחית עשוי להיות מדומם ונחקר באופן לא פולשני בחולדות באמצעות טומוגרפיה פרה-קלינית של פליטת פוזיטרונים יחד עם הגשושית הרדיואקטיבית הניתנת להזרקה, 18F-fluorodeoxyglucose. יתר על כן, השימוש בכלי תוכנה מודרניים הכוללים תבניות מוח של נפח עניין (VOI) מגדיל באופן דרמטי את המידע הכמותי שנאסף ממחקרים אלה.

הדמיה לא פולשנית וניתוח של מוחין איסכמיה בחולדות Living שימוש Positron פליטת טומוגרפיה עם<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

השיטה המוצגת כאן משתמשת בטומוגרפיה פליטת פוזיטרונים בו זמנית והדמיה בתהודה מגנטית. במודל היפוקסיה-איסכמיה מוחית, שינויים דינמיים בחילוף חומרי דיפוזיה וגלוקוז להתרחש במהלך ולאחר פציעה. הנזק מתפתח וirreproducible במודל זה מחייב רכישה בו זמנית אם נתוני הדמיה רבי מודלי משמעותיים הם שיירכשו.

ההדמיה PET / MRI בו זמנית בעכבר מוחין היפוקסיה-איסכמיה

הפעלנו גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי חוזר ונשנה (rTMS) על ההמיספרה החד-צדדית של מוח החולדה, על ידי הנחת סליל 25 מ"מ דמות 8 1 ס"מ לרוחב הקודקוד על הקו הדו-אוזני וזווית הסליל ב-45 מעלות. מערכת קירור מים פנימית שימשה ל-rTMS במשך יותר מ-20 דקות.

גירוי מגנטי Transcranial חוזרים אל חצי הכדור החד-צדדית של המוח עכברוש

סינתזה חלבונים היא תהליך ביולוגי קריטי עבור תאים. במוח, זה נדרש עבור שינויים גמישים. מדידת שיעורי סינתזה של חלבון במוח שלמה מחייבת שיקולים מתודולוגיים זהירים. כאן אנו מציגים את L-[1-14ג]-השיטה האוטומטית לאוצין כמותי לקביעת שיעורי הסינתזה של חלבון מוחי בvivo.

השיטה הכמותית האוטומטית לקביעת שיעורי הסינתזה של חלבון מוחי בVivo

לאחר בדיקת על-ידי דם חמצן-רמת-תלויי-פונקציונלי דימות תהודה מגנטית (fMRI מודגש) זה האזור המקביל של קליפת שדה חבית המגע (נקרא S1BF) כראוי מופעל, הראשי מטרתו של מחקר זה היא לכמת לקטט תוכן תנודות המוח עכברוש מופעל על ידי פרוטון מקומי תהודה מגנטית ספקטרוסקופיה (1H-גברת) ב ט...

ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית תפקודית-7 T בקליפת חבית חולדה במהלך ההפעלה שפם

כתב יד זה מתאר שני פרוטוקולים לניהול רדיומעקב עבור FDG-PET (אינפוזיה קבועה ובולי עירוי פלוס) ומשווה אותם לניהול בולוס. הרזולוציות הטמפורלית של 16 s הם השגה באמצעות פרוטוקולים אלה.

המינהל לרדיומעקב אחר פליטת פוזיטרון ברזולוציה גבוהה הטומוגרפיה של המוח האנושי: יישום ל-FDG-Fdg

פרוטוקול זה יש את המטרה של ניטור שינויים vivo myelin (demyelination ו remyelination) על ידי טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) הדמיה במודל של בעלי חיים של טרשת נפוצה.

הדמיית טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים למדידת Vivo של תוכן מיאלין במודל עכברוש Lysolecithin של טרשת נפוצה

פרוטוקול זה מתאר שיטה לקבלת נתוני הדמיית תהודה מגנטית תפקודית יציבה של מצב מנוחה (rs-fMRI) מעכברוש המשתמש באיזופלוראן במינון נמוך בשילוב עם dexmedetomidine במינון נמוך.

רכישת נתוני הדמיית תהודה מגנטית תפקודית של מצב מנוחה בחולדה

כאן אנו מציגים פרוטוקול הדמיה ניסיוני לכימות תפקוד הלב והמורפולוגיה באמצעות טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים ברזולוציה גבוהה/טומוגרפיה ממוחשבת לבעלי חיים קטנים. גם עכברים וגם חולדות נחשבים, דנים בדרישות השונות של חומרי ניגוד טומוגרפיה ממוחשבת עבור שני המינים.

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים לבביים ברזולוציה גבוהה/טומוגרפיה ממוחשבת לבעלי חיים קטנים

מדידות כמותיות של מטבוליזם של חמצן וגלוקוז על ידי PET הן טכנולוגיות מבוססות, אך פרטים על פרוטוקולים מעשיים מתוארים בדלילות בספרות. מאמר זה מציג פרוטוקול מעשי המיושם בהצלחה על סורק טומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוזיטרונים.

מחקרים מרובי מעקב של חמצן במוח ומטבוליזם של גלוקוז באמצעות סורק טומוגרפיה ממוחשבת של טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים בזמן טיסה

רכישת נתוני טומוגרפיה דינמית של פליטת פוזיטרונים (PET) ושחזור למסגרות זמן מאפשרת ניתוח קישוריות מוחית מטבולית ברמת הנבדק היחיד. אנו מתארים שיטה לרכישת נתוני PET דינמיים [18F]FDG של מוח החולדה וקבלת מטריצת קישוריות באמצעות חילוץ עקומות זמן-פעילות של נפחים מעניינים.

חקר קישוריות מוחית מטבולית באמצעות טומוגרפיה דינמית של פליטת פוזיטרונים 2-deoxy-2-[18F]Fluoro-D-Glucose ברמת נבדק יחיד

למד שיטת PET-MRI Dual Tracer למדידה כמותית של קליטת גלוקוז וקטונים במוח בחולדה. טכניקה זו מאפשרת חקר מטבוליזם אנרגטי מוחי בתהליכי הזדקנות ומחלות נוירודגנרטיביות.

פרוטוקול PET-MRI Dual Tracer למדידה כמותית של קליטת מצעי אנרגיה אזוריים במוח בחולדה

גלה סרטונים נוספים