La tomografia a emissione di positroni per piccoli animali consente di valutare i due principali substrati energetici del cervello: glucosio e chetoni. Nel presente metodo, 11C-acetoacetato e 18F-fluorodesossiglucosio vengono iniettati in sequenza in ciascun animale e il loro assorbimento viene misurato quantitativamente in specifiche regioni cerebrali determinate dalle immagini di risonanza magnetica.
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Articolo metodologico
Un protocollo PET-MRI a doppio tracciante per la misura quantitativa dell'assorbimento dei substrati energetici cerebrali regionali nel ratto
In questo articolo
Sommario
Abstract
Presentiamo un metodo per confrontare l'assorbimento dei due substrati energetici chiave del cervello: glucosio e chetoni (acetoacetato [AcAc] in questo caso) nel ratto. Il metodo sviluppato è un protocollo di tomografia a emissione di positroni (PET) per piccoli animali, in cui 11C-AcAc e 18F-fluorodesossiglucosio (18F-FDG) vengono iniettati in sequenza in ciascun animale. Questa acquisizione di PET a doppio tracciante è possibile grazie alla breve emivita di 11C (20,4 min). I ratti vengono inoltre sottoposti a un'acquisizione di risonanza magnetica (MRI) sette giorni prima del protocollo PET. Prima dell'analisi delle immagini, le immagini PET e MRI vengono registrate congiuntamente per consentire la misurazione della captazione cerebrale regionale (corteccia, ippocampo, striato e cervelletto). Una misura quantitativa dell'assorbimento cerebrale di 11C-AcAc e 18F-FDG (tasso metabolico cerebrale; μmol/100 g/min) è determinata mediante modellazione cinetica utilizzando il metodo IDIF (image-derived input function). Il nostro nuovo protocollo PET a doppio tracciante è robusto e flessibile; I due traccianti utilizzati possono essere sostituiti da diversi radiotraccianti per valutare altri processi nel cervello. Inoltre, il nostro protocollo è applicabile allo studio dell'apporto di carburante cerebrale in molteplici condizioni come il normale invecchiamento e patologie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e il Parkinson.
Introduzione
Contesto e Logica
La tomografia a emissione di positroni (PET) consente lo studio minimamente invasivo dei processi funzionali nel cervello. Il glucosio è il principale substrato energetico del cervello, ma in condizioni di carenza di glucosio, i chetoni (acetoacetato [AcAc] e β-idrossibutirrato) sono i principali substrati energetici alternativi. Il metabolismo energetico cerebrale è stato ampiamente studiato dalla PET utilizzando il tracciante PET più comune, il 18F-fluorodesossiglucosio (18F-FDG), un analogo del glucosio. Il nostro gruppo ha recentemente sviluppato un nuovo radiotracciante -11C-AcAc - per mi....
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Protocollo
Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti in conformità con il Comitato per la Cura e l'Uso degli Animali dell'Università di Sherbrooke e con il Consiglio Canadese per la Cura degli Animali. Il protocollo sperimentale è stato approvato dal Comitato Etico Istituzionale per la Ricerca sugli Animali (protocollo n. 011-09).
1. Anatomia del cervello con risonanza magnetica
- Lasciare che i ratti si ambientino nel laboratorio per animali per un periodo minimo di 7 giorni prima del protocollo. Eseguire le scansioni cerebrali con risonanza magnetica da 1 a 2 settimane prima del protocollo PET con doppio tracciante, per consentire un compl....
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Risultati
Come mostrato nella Figura 2, l'assorbimento di 11C-AcAc è basso all'interno del cervello stesso. Come menzionato in precedenza, il consumo di chetoni da parte del cervello è molto ridotto in caso di digiuno a breve termine. L'assorbimento di 11C-AcAc è più elevato nei muscoli della lingua e delle guance. In effetti, i chetoni vengono rapidamente captati dai muscoli scheletrici del ratto23. Al contrario, l'assorbimento di 18F-FDG è prevalentemente localizzato n.......
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Discussione
Passaggi critici
Un passaggio fondamentale in questo protocollo PET a doppio tracciante è quello di essere in grado di scansionare contemporaneamente il ventricolo sinistro del cuore e il cervello. Ciò richiede uno scanner PET con una lunghezza assiale sufficiente, ovvero un minimo di 7,5 cm. Sono necessarie alcune scansioni di prova per determinare la posizione esatta del tavolo dello scanner (valori x, y e z), dove il cervello e il cuore vengono scansionati correttamente.
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Fonds de la recherche en santé du Québec, dagli Istituti canadesi di ricerca sanitaria, dalla Fondazione canadese per l'innovazione e dal Segretariato delle cattedre di ricerca canadesi (SCC). Lo Sherbrooke Molecular Imaging Center fa parte del Centro di ricerca clinica Étienne-Le Bel, finanziato dall'FRQS. Gli autori ringraziano Mélanie Fortier, Jennifer Tremblay-Mercier, Alexandre Courchesne-Loyer, Dr. Fabien Pifferi, Dr. M'hamed Bentourkia, Dr. Otman Sarrhini, Dr. Jacques Rousseau, Caroline Mathieu e Mélanie Archambault per il generoso supporto e l'assistenza tecnica. Gli autori ringraziano la piattaforma di anal....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Scanner MRI | Varian | 7 Tesla | |
| Scanner PET per piccoli animali | Gamma Medica | Lab-PET/-Triumph | |
| Tappetino termico | Sunbeam | PN 143937 | |
| Sistema di riscaldamento | SA Instruments | 761 100 Rev B | |
| Respiratorio | SA Instruments | SAII's P-resp | |
| Analizzatore di chimica clinica | Siemens Healthcare Diagnosis | 765000.931 | Dimension Xpand Plus |
| Tubo in polietilene 50 | Becton Dickinson | 427411 | |
| Pompa iniezione | KD Scientific | Modello 210 | |
| Contatore gamma | GMI | Packard Cobra II | |
| Centrifuga | Thermo Scientific | 75002416 | Heraeus Pico 21 |
| Software PMOD | Tecnologie | PMOD Versione PMOD 3.2 | |
| Contatore Geiger | Fluke Biomedical | ASM-990 | |
| Reagente | |||
| Isoflurano | Abbott Laboratories, Ltd | B506 | |
| Soluzione di NaCl allo 0,9% | Hospira | 4888010 | |
| Eparina | Sandoz | 1004336 | |
| Isopropil acetato | Aldrich | 11778 | 99% |
| Metillitio | Aldrich | 197343 | 1,6 M |
| THF | Aldrich | 87371 | |
| Cartuccia reagente Flex glucosio | Siemens Healthcare Diagnosi | DF40 | |
| Trizma base | Sigma | T6066-500G | preparare tris tampone 100 mM pH 7,0 |
| Ossamato di sodio | Sigma | O2751 | 20 mM |
| NADH | Roche | 10128015001 | 0,15 mM |
| b-idrossibutirrato deidrogenasi | Toyobo | HBD-301 | 1 U/ml |
Riferimenti
- Tremblay, S., et al. Automated synthesis of 11C-acetoacetic acid, a key alternate brain fuel to glucose. Appl. Radiat. Isot. 65, 934-940 (2007).
- Pifferi, F., et al. Mild....
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Ristampe e permessi
