June 14th, 2018
形質タンパク質 18 kDa (TSPO) の陽電子放射断層撮影 (PET) 画像処理開発 neuroinflammation の動的役割と脳疾患の進行を可視化する非侵襲的な手段を提供します。このプロトコルでは、虚血性脳卒中のマウスモデルで neuroinflammation を検出する TSPO ペットと体外放射線写真法について説明します。
この実験の全体的な目標は、TSPO-PETおよびMRイメージングを使用して虚血性脳卒中のマウスモデルにおける神経炎症の空間分布と範囲を正確に定量化し、ex vivoオートラジオグラフィーを使用してこれらのin vivo所見を検証することです。PETイメージングを使用して生体内の神経炎症を視覚化する方法について、このステップバイステップガイドをご紹介できることを大変うれしく思います。ここでは、例としてストロークのマウスモデルを使用しています。
では、なぜこの手法を使用したいのでしょうか。いくつかの理由があります。1つ目は、神経炎症は、中枢神経系で発生する炎症であり、密接に関連していると考えられており、脳卒中だけでなく、アルツハイマー病、多発性硬化症、パーキンソン病など、多くの脳疾患の根底にあるものと考えられており、リストは続きます。
ですから、これらの生物学的現象を本当に研究することを可能にするこれらの技術を持つことは非常に重要です。第二に、PETイメージングには、従来の技術に比べて多くの利点があります。例えば、これらの従来の技術のほとんどは、ヒトとマウスの両方の死後脳組織を使用することに大きく依存しており、多くの重要な洞察をもたらしていますが、これらの技術は本質的に静的であり、実際にはある瞬間に関する情報しか教えてくれません。
脳と免疫系の両方が非常に動的であることがわかっているため、これらの分子プロセスを生きた無傷のシステム、つまり本来の環境でリアルタイムに捉えることができる技術が欲しいと考えるのは理にかなっています。ここでは、TSPOまたはトランスロケータータンパク質に結合することが知られている特定のPET放射性トレーサーDPA-713の使用方法を紹介します。具体的には、1匹のマウスだけでなく、4匹のマウスに同時に画像を動的に注入する方法と、それがなぜそれほど重要なのかというと、同じトレーサーのバッチで任意の日にイメージングできるマウスの数を増やすのに本当に役立ち、実験を本当に効率化
するからです。これは技術的には難しいことですが、このビデオがあなたの研究室でこれを実行するためのガイドになることを本当に願っています。まず、麻酔をかけたマウスをPET/CTスキャナーベッドにうつ伏せに置き、まっすぐにしてノーズコーンにしっかりと固定します。各マウスの頭と体を柔らかい外科用テープでベッドにテープで固定し、テープの配置によって呼吸が制限されないようにします。
動物がベッドに固定され、呼吸が安定したら、レーザー十字線をオンにし、スキャンベッドを動かして、4匹すべてのマウスの脳に合わせます。スキャナーベッドを、マウスの脳が視野の中心にできるだけ近づくように、取得位置に移動します。マウスのスカウトビュー画像を取得してマウスの位置を確認し、必要に応じてインターフェースの視野ボックスをドラッグして位置を調整します。
最後に、スキャナーソフトウェアの「ワークフローを開始」をクリックしてCTスキャンを開始し、トレーサー注入の前にPETスキャンを手動で開始できるように、インタラクティブなユーザープロンプトを表示するように選択してください。マウスが自動的にCTからPETに進んだら、スキャナーの背面に放射性トレーサー注射用を設定します。棚に保護用の吸収性パッドを置き、はさみとライターが手元にあることを確認します。
密閉されたカテーテルチューブをハサミで切り取ります。カテーテルラインに気泡がないことを確認し、10〜20マイクロリットルの生理食塩水フラッシュを実行してカニューレがまだ静脈内にあることを確認し、次に以前に測定した用量の注射器を4つのカテーテルのそれぞれにロードし、各マウスにどの用量が与えられたかを追跡します。PETスキャンを開始する準備ができたら、[OK]をクリックし、同時に10秒のタイマーを開始します。
スキャナーの後ろに2人の研究者を配置し、線量注射器を手にして、タイマーがゼロになったときに4匹のマウスすべてに同時に注射します。各カテーテルを50〜100マイクロリットルの生理食塩水で洗い流し、全量が尾静脈に入ることを確認し、ライターを使用してチューブを再度密封します。次に、線量キャリブレーターを使用して線量シリンジを測定し、残留放射能値を取得します。
値と記録された時刻をメモします。スキャンが完了したら、モーションコントロールパネル内の水平ホームボタンを使用して、PETベッドを元の位置に戻します。スキャナーからマウスを取り外し、カテーテルを慎重に取り外します。
カニューレ挿入部位に優しく圧力をかけ、過度の出血を防ぎます。次に、用量キャリブレーターを使用してカテーテル内の残留活性を測定します。最後に、後処理管理ソフトウェアを開いてデータを再構築すると、最初のファイルから生成されたヒストグラムデータを使用して各スキャンが自動的に再構築されます。
PET解析の場合は、まず画像解析ソフトウェアを開き、[Open Data]アイコンをクリックしてCT画像をロードし、[Append Data]アイコンをクリックしてダイナミックPETをロードします。ドロップダウンメニューの時系列演算子を使用して、データの視覚的な品質管理を実行します。[参照] と [グローバル] を選択し、カラー スケールに適切な最小値と最大値を適用します。
動的PETデータをフレームごとに視覚化し、放射能の取り込みを確認し、スキャン内の動きの交絡を確認します。次に、算術関数を使用して平均PET画像を作成します。「average selected」を選択し、「Reference」の選択を解除し、「Input 1」、「Input 2」、および「Input」が選択されていることを確認して、すべての PET フレームの平均を作成します。
[Data Manager] タブに移動し、平均画像を [Input 1] の位置までドラッグして、平均 PET 画像を使用して PET 信号を視覚化できるようにします。次に、Min/Maxツールで自動計算をクリックして、カラースケールを再分配します。次に、[Reorientation Registration]ドロップダウンメニューの自動3D機能を使用して、CTを平均的なPETファイルに登録します。
Ref と Input 1 を選択し、Rigid、Fast、Input 1 to Ref registration を選択します。3次元すべてのレジストレーションを視覚的に確認し、必要に応じて[手動3D]タブで[移動]および[回転]機能を使用して手動で調整します。登録に問題がなければ、[Input 2] と [Input] を選択し、チェック マークをクリックしてすべての PET フレームに適用します。
DMのCTファイルとPETファイルを右クリックし、rawとして保存します。次に、ドロップダウンメニューから[トリミング]を選択し、画像の境界をドラッグして、一度に1つのマウスの頭を脳幹の下にトリミングします。PET画像とCT画像の向きを手動で変更して、頭蓋骨がすべての寸法でまっすぐになるようにします。
インターフェイスの左上にある [データの追加] ボタンを使用して、そのマウスの MR 画像を読み込みます。手動の3D方向変更を使用してMRを移動し、CT画像内の頭蓋骨に合わせます。次に、[Visual Controller] タブで PET ビジュアライゼーションの選択を解除してオフにし、MR と CT のみを使用して関心領域または ROI を描画します。
3D ROIツールで、「Add ROI」ボタンをクリックして新しいROIを作成し、「Infarct」と名付けます。[スプライン] ツールを選択し、左クリックして ROI 境界を描画し、右クリックして閉じます。その後、新しいROIを作成し、それを対側にラベル付けします。
Infarct ROIを右クリックし、[エクスポート]を選択します。次に、ROI を位置 2 の [入力 1] に移動して、新しい ROI の視覚化と手動による方向変更を可能にします。[Input 1] のみを選択した状態で ROI ボックスにチェックを入れ、[View Only] を選択すると、Infarct ROI の向きを変更せずに視覚化できます。
Reorientation Registrationメニューで、Operator機能を使用して左右反転を適用し、新しいROIを反対側の同一領域に手動で移動します。次に、算術演算子を選択し、新しい ROI に 2 のスカラー乗算を適用して、ROI の独立した定量化を可能にします。3D ROI ツールに戻ります。
「エキスパートおよびエクスペリメンタル」タブに移動し、「ROIのインポート」ボタンをクリックします。ダイアログボックスから入力1を選択して、新しいボリュームを反対側のROIとして読み込みます。最後に、平均的なPET画像を右クリックしてアンロードし、PETを再びオンにします。
3D ROIツール内のExport Resultsアイコンを使用して、定量的な取り込み結果を生成します。結果として得られるPET/CT画像と時間活動曲線は、同側半球と対側半球での放射性トレーサーの取り込みの増加を示しています。50分から60分の合計データを使用して動的PET脳画像を定量化すると、dMCAOでは対側半球と比較して同側半球でのトレーサー取り込みが有意に増加したことが明らかになりましたが、手動で描画されたROIアプローチを使用した偽マウスではそうではありませんでした。
この手法を見た後、自動および手動の画像解析方法を使用して、TSPO-PETを介して虚血性脳卒中のマウスモデルの神経炎症を正確かつ効率的に定量する方法を十分に理解できるはずです。重要なことは、ex vivoデジタルオートラジオグラフィーを使用して、これらのin vivo所見も確認できるはずだということです。Carbon 11の半減期は非常に短いため、データの量と質を最大化するためには、この手順を試みる前に明確な実験計画とタイムラインを綿密に計画することが重要です。
この手順に続いて、免疫組織化学などの他の方法を実行して、グリア活性化とTSPO発現との相関などの追加の質問に答えることができます。放射能の使用は非常に危険であることに注意してください。露出を最小限に抑えるために、この手順を実行するときは、防護服、鉛シールドを使用し、距離を広げてください。
この記事は、虚血性脳卒中のマウスモデルにおける神経炎症を視覚化するためにポジトロン断層法(PET)イメージングを使用するためのプロトコルを提示します。この研究は、従来の技術と比較してPETイメージングの利点を強調し、動的な生物学的プロセスをリアルタイムで観察することを可能にします。
Neuroinflammation is a key driver of pathological progression in ischemic stroke and other neurodegenerative diseases, yet its dynamic spatiotemporal evolution remains challenging to capture with static post-mortem methods. Non-invasive PET imaging using TSPO-targeted radiotracers like [11C]DPA-713 enables real-time, longitudinal quantification of microglial activation in living systems, providing critical mechanistic insights for target validation and therapeutic de-risking in neuroinflammatory pathways. This approach supports early discovery by delivering quantitative, translatable biomarkers that inform go/no-go decisions in preclinical pipelines.
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead optimization, offering a non-invasive imaging modality to monitor neuroinflammatory responses in disease-relevant preclinical models prior to compound advancement.