褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

サマリー

ここでは、ヒトおよび実験動物における食後の褐色脂肪組織活性を測定するためのプロトコルを提示する。

要約

食後または肥満または糖尿病患者における^18F-フルオロデオキシグルコース(FDG)の蓄積を介した陽電子放出断層撮影コンピュータ断層撮影(PET-CT)による褐色脂肪組織(BAT)活性の測定は、選択方法として失敗します。主な理由は、¹⁸F-FDGがBAT細胞の膜上の同じグルコーストランスポーターについて食後の高グルコース血漿濃度と競合するためです。さらに、BATは脂肪酸をエネルギー源としても使用していますが、これはPET-CTでは見えず、肥満や糖尿病患者のグルコース濃度とともに変化する可能性があります。そこで、動物およびヒトにおけるBATの生理的重要性を推定するために、最近の刊行物で用いられている新しい赤外線サーモグラフィ法が適用される。

一晩絶食後、BAT活性は、ヒトボランティアおよび雌野生型マウスにおける食餌の前後に赤外線サーモグラフィにより測定した。カメラソフトウェアは、物体からの距離、皮膚の放射率、反射室温、気温、相対湿度を使用して物体の温度を計算します。マウスでは、BATの上の剃毛領域は、平均温度と最高温度が測定された関心領域でした。雌マウスにおける発情周期の段階は、クレシルバイオレット(0.1%)染色溶液で染色された膣塗抹標本による実験後に決定された。健康なボランティアでは、首の2つの皮膚領域が選択されました:鎖骨上領域(鎖骨の上、BAT細胞が存在する場所)と鎖骨間領域(鎖骨の間、BAT組織が検出されない場所)。BATアクティビティは、これら2つの値を減算することによって決定されます。また、皮膚領域の平均温度と最高温度は、動物と人間の参加者で決定することができます。

非侵襲的でより感度の高い方法である赤外線サーモグラフィによって測定された食後のBAT活性の変化は、実験動物において性別、年齢、および発情周期の段階に依存することが示されました。食事誘発性熱発生の一環として、ヒトにおけるBAT活性化は、性別、年齢、およびボディマス指数に依存することも証明されました。食後のBAT活性の病態生理学的変化をさらに決定することは、高グルコース血漿濃度(肥満および真性糖尿病2型)を有する参加者、ならびに異なる実験動物(ノックアウトマウス)にとって非常に重要である。この方法は、BAT活性を若返らせる可能性のある活性化薬を決定するための可変ツールでもあります。

概要

褐色脂肪組織(BAT)は、白色脂肪組織(WAT)とは対照的に、エネルギーを蓄えるのではなく、消費します。交感神経刺激を受けると、BATは脂肪酸とグルコースを利用し、脱共役タンパク質1(UCP1)の活性化によって熱を発生させます。UCP1の機能は、2つのミトコンドリア膜間のH⁺勾配を使用して、ATPの代わりに熱を生成することです。BATの機能は、低温条件下での熱生成を増加させることであり、これはエネルギー消費の増加につながります¹。低温曝露後、皮膚からの感覚入力は、視床下部視索前野(POA)の正中視索前(MnPO)核の温感受性ニューロンを阻害し、吻側眼瞼球(rRPa)に対するPOAニューロンの阻害効果を低下させます。rRPaニューロンの活性化は交感神経活動を増加させ、続いてBAT活性が増加する^2,3。寒冷誘発性BAT活性化は、ヒトのインスリン感受性を改善し⁴、この活性は、ボディマス指数(BMI)および^{年齢が増加し}たヒトでは減少します^1,5,6,7。....

プロトコル

実験動物に関するすべての実験手順は、国家倫理委員会と農業省によって承認されました(EP 185/2018)。実験は、クロアチア実験動物科学協会の倫理コーデックスおよびARRIVEガイドラインに従って実施されました。ヒト参加者を対象とした研究で実施されたすべての手順は、ヘルシンキ宣言に従い、ザグレブ大学医学部倫理委員会(UP/I-322-01/18-01/56)によって承認された。本研究では,3名の女性参加者(BMI:29kg/^m2 ±5kg/^m2)の結果を提示する。インフォームドコンセントは、研究への参加とデータの提示について、すべての人間のボランティアから得られました。

1.ヒトの食後の褐色脂肪組織の活性化の測定

注:基礎BAT活性をできるだけ低く保つために、毎日の気温が22°Cを下回らない夏の間に実験を実行してください。

1. BAT活性は性別、年齢、BMI、さらには発情周期の段階に依存するため、対照の健康な参加者を慎重に選択してください(BAT活性が病理学的条件下で推定される場合)。
   1. 女性参加者の月経周期の段階を推定するには、平均月経周期の長さと最後の月経の初日の日付について質問します。実験の日付をマークすることを忘れないでください。
      注:健康な対照と病理学的状態の参加者は可能な限り類似している必要があり....

結果

BAT活性を決定する最も簡単な方法は、ヒト被験者の食事の前後にBATを超える最大皮膚温度を差し引くことです。BAT活性を計算するより良い方法は、鎖骨上領域に位置するBATの上の皮膚領域と、参照領域として指定されたヒトにBAT組織が見られない皮膚の鎖骨間領域の2つの関心領域を選択することです(PET-CT;図1)。BAT活性は、これら2つの温度を差し引くことによって容易に決定される。図1に示すように、BAT活性は1.8°Cと判定した。 給餌後のBATの活性化を決定するために、これを食後の指定された時点で^{繰り返した12}。本研究では、3名の女性参加者を対象に実験を行った。参加者1と参加者2からも、BMIがそれぞれ23 kg / m 2と34 kg / m²で同様の結果が得られました。参加者3は、食後のBMIが最も低く(18 kg / m²)、BAT活動の増加が最も高かった(

ディスカッション

最近の研究では、肥満および糖尿病の発症における成人のヒトおよび動物におけるBAT活性の生理学的調節および重要性に関する証拠が増えています。さらに、外因性活性化剤によるBAT活性化の可能性は、製薬会社のターゲットになりつつあります。非常に厄介な疾患におけるBATの生理学的調節と病態生理学的重要性を推定し、潜在的な治療アプローチを発見するために、赤外線サーモグラフィは選択の方法になりつつあります。IR技術はBAT活性を測定する際の新しい選択方法として浮上していますが12,13,14,15,17、適用された方法自体ではなく、BAT活性化の生理学的属性に特別な注意を払う必要があります。性別、年齢、発情周期の段階、摂食状態、および人間の参加者と実験動物のストレスの可能性に特に注意を払う必要があります。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
0.1%クレシルバイオレットアセテート	一般的に使用される化学
空気の温度と湿度を測定するためのデバイス	Kesterl	Kestrel 4200	適合証明書
外部データストレージ	少なくとも1 TB
ハードドライブ ガラス顕微鏡スライド	一般的に使用される
小さな綿棒	尿道スワブ
用ソフトウェア	FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA	FLIR Tools
測定用ソフトウェア	FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA	ResearchIR software	FLIR ResearchIR Max, version 4.40.12.38 (64-bit)
Thermac Camera	FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA	FLIR T-1020

の分析