Name: 小動物陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影における連続的な血液サンプリングにより、動脈入力機能の測定が可能 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: 学ぶ小動物PET/CTにおける連続血液サンプリング法により動脈入力機能を正確に測定する手法。体外動静脈シャントを用いて血液放射能を測定し、生体運動学的モデリングの精度を向上させます。

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著者らは、スーザン・リーマン、イロアナ・クラムフス、ペトラ・ウルフが動物の住居とケアを行い、マティアス・ワイスがオンライン採血システムの確立時に支援を受け入れたことを感謝している。小型動物PET/CTは、ドイツのフォルシュンゲミンシャフト(INST 2268/6-1 FUGG)によって資金提供されました。

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<li>Schain, M., Zanderigo, F., Mann, J. J., Ogden, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+the+binding+potential+BPND+without+a+reference+region+or+blood+samples+for+brain+PET+studies%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Estimation of the binding potential BPND without a reference region or blood samples for brain PET studies.</a> NeuroImage. 146, 121-131 (2017).</li>
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<li>Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femoral+arterial+and+venous+catheterization+for+blood+sampling%2C+drug+administration+and+conscious+blood+pressure+and+heart+rate+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements.</a> Journal of Visualized Experiments. (59), e3496(2012).</li>
<li>Weber, B., Burger, C., Biro, P., Buck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+femoral+arteriovenous+shunt+facilitates+arterial+whole+blood+sampling+in+animals%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Nuclear+Medicine+and+Molecular+Imaging%22%5BJournal%5D)">A femoral arteriovenous shunt facilitates arterial whole blood sampling in animals.</a> European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 29 (3), 319-323 (2002).</li>
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<li>Alf, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+brain+glucose+metabolism+by+18F-FDG+PET+with+real-time+arterial+and+image-derived+input+function+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Quantification of brain glucose metabolism by 18F-FDG PET with real-time arterial and image-derived input function in mice.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 54 (1), 132-138 (2013).</li>
<li>Eriksson, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+computerized+infusion+pump+for+control+of+tissue+tracer+concentration+during+positron+emission+tomography+in+vivo+pharmacokinetic%2Fpharmacodynamic+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">A computerized infusion pump for control of tissue tracer concentration during positron emission tomography in vivo pharmacokinetic/pharmacodynamic measurements.</a> BMC Medical Physics. 8, 2(2008).</li>
<li>Burger, C., Buck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracer+kinetic+modelling+of+receptor+data+with+mathematical+metabolite+correction%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Tracer kinetic modelling of receptor data with mathematical metabolite correction.</a> European Journal of Nuclear Medicine. 23 (5), 539-545 (1996).</li>
<li>Iida, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Error+analysis+of+a+quantitative+cerebral+blood+flow+measurement+using+H2%2815%29O+autoradiography+and+positron+emission+tomography%2C+with+respect+to+the+dispersion+of+the+input+function%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cerebral+Blood+Flow+and+Metabolism%3A+Official+Journal+of+the+International+Society+of+Cerebral+Blood+Flow+and+Metabolism%22%5BJournal%5D)">Error analysis of a quantitative cerebral blood flow measurement using H2(15)O autoradiography and positron emission tomography, with respect to the dispersion of the input function.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 6 (5), 536-545 (1986).</li>
<li>Munk, O. L., Keiding, S., Bass, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+to+estimate+dispersion+in+sampling+catheters+and+to+calculate+dispersion-free+blood+time-activity+curves%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">A method to estimate dispersion in sampling catheters and to calculate dispersion-free blood time-activity curves.</a> Medical Physics. 35 (8), 3471-3481 (2008).</li>
<li>Meyer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+correction+for+tracer+arrival+delay+and+dispersion+in+CBF+measurements+by+the+H215O+autoradiographic+method+and+dynamic+PET%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous correction for tracer arrival delay and dispersion in CBF measurements by the H215O autoradiographic method and dynamic PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 30 (6), 1069-1078 (1989).</li>
<li>Lanz, B., Poitry-Yamate, C., Gruetter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-derived+input+function+from+the+vena+cava+for+18F-FDG+PET+studies+in+rats+and+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Image-derived input function from the vena cava for 18F-FDG PET studies in rats and mice.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (8), 1380-1388 (2014).</li>
<li>Geworski, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multicenter+comparison+of+calibration+and+cross+calibration+of+PET+scanners%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Multicenter comparison of calibration and cross calibration of PET scanners.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 43 (5), 635-639 (2002).</li>
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</ol>

著者は何も開示していない。

提示された結果は、野生型ラットと比較してハンチントン病のトランスジェニック動物モデルにおける神経活動に関する大規模なプロジェクトから抽出される。合計30個のトランスジェニックおよびワイルドタイプラットをカテーテル化し、[18F]FDG-PET/CTと並行して手動およびオンライン血液サンプリングを行った。野生型ラットの3つのAIFを示し、プロトコルの可能な結果の範囲を示す。ハンチントン病の動物モデルにおける神経活動の変化に関するプロジェクトの結果は、他の場所で公表される予定です。
ここで説明した方法は、大きなコホートでの迅速かつ正確な連続的な血液サンプリングを可能にし、小動物における動的PET/CTデータの運動モデリングのためのギャップのないAIFを提供します。外部の血液循環は、動物の血液中の実際の時間活動を検出するために生成されます。その結果、血液の損失が回避されます。外科的処置はJespersenら8に基づいており、PET/CTの測定の間に動脈採血の必要性を満たすために変更された。シャントシステムはウェーバーら9によって検証された。ここで使用されるセットアップでは、約1.1 mLの外部血液量が検出器ポンプシステムを介して実行されています。生後4ヶ月のラットの総血液量は約30mLである。大腿静脈および動脈の直径は約0.45-0.6 mm10であり、使用されるカテーテルを挿入するために少し澱粉する必要がある。
AIFはまた散発的な手動採血によって測定されるか、またはPETイメージ自体の初期の時点から再構成することができる(画像由来)。両方のアプローチは、ここで提示されたデータで行われ、連続的な血液サンプリングと比較した。
手動採血と比較して、オンライン採血では、顕著な高い時間分解能(ここでは、30分あたり1800データポイント)が可能になります。手動血液採取(ここでは、30分あたり5つのデータポイント)は、これらのサンプルが動物の循環に戻ってポンピングされないため、小動物に存在する血液量に制限されます。さらに、10~15秒の最大間隔は技術的に実装可能であり、運動モデリングのための重要な情報は見逃されます。これは提示されたデータでも見ることができ、連続的および手動採血の検出された最大値の差は明らかである(図3A,C,E)。オンライン採血では、検出されたピークは昇順大器11の画像由来入力関数よりも高かった(図3 B,D,F)。イメージ派生入力機能は、部分的なボリューム効果12の原因となる PET スキャナの空間解像度に制限され、再構築された時間枠の影響を受けます。
この連続的な血液採取のプロシージャの一般的な利点は、トレーサーがカテーテルを介して適用できることであり、これは横尾静脈を介した注射よりも妨害を起こしにくい。トレーサーは、チューブ システムの先頭にトレーサーが残らないように、適度なボリュームで適用する必要があります。Tピースの死んだ体積に活性が残らないようにするために、その後ヘパリニ化生理液で洗い流される。さらに、輸液ポンプの使用は、トレーサー注入の速度の調節を可能にし、手動採血13による最大放射能ピークのより協調的な獲得に寄与することができるので助言される。
プロトコル処理中に発生する可能性のあるいくつかの問題があり、次のトラブルシューティングで処理できます。カテーテルの最適でない位置は、プロトコルの不完全な実行につながる可能性があるため、それらが近位縫合糸で正確に固定され、カテーテルが2〜3cm近位に容器に押し込まれるようにする。また、フィブリン接着剤を用いることができる。また、血栓の形成は、カテーテルを詰まらせることができます。これは、ヘパリン濃度を増加させ、カテーテルまたはチューブシステムのその後のフラッシュを増加させることによって処理することができる。このようなカテーテルの目詰まりによる最適でない結果が結果に示され、最大ピークが見逃される(図3E)。動物の保護と幸福に関するもう一つの重要なポイントは、体外血流の長さです。したがって、チューブシステムの長さを最小限に抑らすことが推奨されます。
採血を行う場合、結果として得られるAIFの3つの補正を考慮する必要があります。まず、プラズマ補正。トレーサーは血漿と血液細胞の間で平衡化します, 主に赤血球.これらの拡散プロセスの速さに応じて、利用可能なトレーサーは主にプラズマに存在します。一部のトレーサーでは、より親油性のものなど、全血に対する血漿の比率を考慮する必要があります。このような場合、プラズマ活性を決定する必要があります。[18F]FDGを使用する場合、血漿と赤血球の間で非常に速く平衡化し、血漿中の[18 F]FDGの利用可能性は全血中と同様であるので、血漿活性を決定するために血液を遠心分離する必要はありません。第二に、代謝産物補正。多くのトレーサーは全血中で代謝され、これらの代謝産物の一部はまだ放射性標識14.この分数はAIFに存在しますが、組織取り込みには使用できません。いくつかのトレーサーの代謝産物は、全血または血漿中で決定する必要があり、AIFを修正する必要があります。第三に、分散補正。分散は、(a)末梢サンプリング部位に対する組織内のトレーサー到着時間(遅延補正)と(b)およびAIFの形状の塗りつぶしとの間の系統的時差を含むいくつかの要因によって引き起こされる。チューブシステム内では、その最初のオーダーラグ(PT1)運動学の影響を受けます。IIDA et al.15によるモデルを中心に、デコンボリューションに基づくいくつかの補正が提案されているが、そのほとんどはノイズの影響を受けやすい。反畳を回避し、したがってノイズが発生しにくい補正方法が、Munk et al.16によって提案されている。補正パラメータを推定するために必要な測定は、使用するチューブとトレーサーの組み合わせごとに実行する必要があります。分散補正は、時間遅延補正17の前に行う必要があります。しかしながら、主に高速組織灌流プロセスは分散の影響を受け、また示されているが、[18F]FDGのモデリングのために分散補正は絶対に必要ではない18。したがって、提示された例では、AIFの分散補正は適用されていない。
オンサイト用量キャリブレータの適切なキャリブレーションとその定期的な品質管理は、ここで提示されるクロスキャリブレーション手順のタイプの前提条件です。しかし、動物に投与された活動を同じ用量口径測定で測定した場合、偏差が一定であり、完全なクロスキャリブレーション手順が実行されている場合、精度の偏差は取り消されます。核種特異的な補正(例えば、半減期または異なる分岐比の変化のために)。人間のヘルスケアおよび研究で使用されるPET/CTシステムを調和させるためのそのような校正手順を使用して、少なくとも5-10%の精度は19、20を達成することができる。
このプロトコルの正常な実装によって生成された校正および修正されたOFは、動物疾患モデルの特性評価、新しい治療オプションのテスト、新しいトレーサーの確立、および転送のためのPET/CTデータの定量化を可能にします。別の種に既存のトレーサー。ラットにおける[18]FDG-PET/CTにおける連続的な血液サンプリングは、バイオキネティックモデリングにおける入力の計算に最も信頼性の高い情報を提供する。個々の代謝、特に肝臓クリアランスを考慮に入れることによって、関連する病理学的または治療的効果のより正確な評価が可能である。この実用的なプロトコルによって、前臨床PET/CTデータ分析のより高い効率は容易に実施可能である。

ポジトロン放出断層撮影/コンピュータ断層撮影(PET/CT)は、トレーサーとも呼ばれる放射性標識リガンドの注入後、体内の代謝過程を可視化できる核イメージング技術です。リガンドは代謝経路に関与する分子であるか、細胞表面タンパク質を標的とする分子であるのに対し、放射性標識は陽電子放出放射性核種である。ガンマ線は、陽電子崩壊によって間接的に放出され、体外PET検出器を用いて生物内での分布を検出することができます。このようにして、異なる細胞分子を標的にすることができます:神経伝達物質受容体およびトランスポーター、グリシスまたはミトコンドリアタンパク質のような代謝プロセス、トランスロケータタンパク質18 kDa(TSPO)のような代謝プロセスは、活性化グリア細胞を検出する。
前臨床研究では、PET/CTは生体内で非侵襲的な方法で生化学的プロセスを研究する魅力的な方法であり、縦方向の研究を可能にします。PET/CTデータは、疾患メカニズムの分析、新薬の特性と薬物動態の評価、翻訳研究のための現在および新規の放射線トレーサーの両方の検証をサポートします。
PET/CT解析中に3つのトレーサー状態を定義することができます(2組織コンパートメントモデルの例):まず、トレーサーは、その適用後に血液中に流れます(状態1;conc.[血液])。第二に、毛細血管床を介して組織に入り、細胞外空間内を自由に移動するか、または多様な細胞または細胞外構造に特異的に結合されていない(状態2;conc.[unspec])。第3に、トレーサーは、その標的分子(状態3、conc.[spec])に特異的に結合することができる(代謝捕捉の有無にかかわらず)。コンパートメント間のすべてのこれらの動的プロセスは、ある程度双方向であり、拡散プロセスはレート定数(K1、k2、k3、およびk4)によって記述される。血液中のトレーサーの濃度(すなわち、状態1)は「入力」と呼ばれるが、非特異的および具体的に結合されたトレーサーの濃度(すなわち、状態2および状態3)は「出力」と呼ばれ、PET画像から直接誘導することができる。この生理的関係は、2組織コンパートメントモデル(図1)に表示することができる。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> 図 1: 2つの組織区画モデル。3つの異なるトレーサー状態の生理学的状態とそれらの間の動的プロセスが表示されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
理想的な場合、conc.[spec]は、その標的分子の濃度に比例します。ただし、PET/CT測定の出力は、コンク[仕様]とconc.[unspec]の合計です。対象領域におけるconc.[spec]を決定するために、標的タンパク質/経路を欠損する基準領域のconc[unspec]が決定される。適切な数式を使用することで、コンパートメントモデル(バイオキネティックモデリングアプローチ)を最も一般的に使用して、conc.[spec]を計算できるようになりました。しかしながら、多くの場合、標的タンパク質を欠損するような基準領域は利用できない1,2である。これらの場合、conc.[血液] を使用して conc.[spec] を決定できます。conc.[血液]は、異なる肝臓および腎臓のクリアランスによって変化するので、排泄、血流、異なる脳血門関浸透および疾患関連因子3、現在のゴールドスタンダードは、簡潔な基準を測定する。血液」は連続的な血液サンプリングによるPET/CTスキャンと並行して行います。これは、時間の経過とともにconc.[血液]として定義される動脈入力関数(AIF)を与える。注意して、連続的な血液サンプリングを行うことは、特にラットまたはマウス5のような小動物において、技術的に非常に困難であると考えられる。
ここでは、大腿静脈と動脈の間の動脈(a-v)シャントを介してラットからの血液を継続的にサンプリングするための簡単で実用的なプロトコルを提供します。市販の検出器ポンプシステムと組み合わせることで、ラットの動的[18F]フルオロデオキシグルコース([18F]-PET/CTスキャン中にリアルタイムで連続的なAIFを生成し、代替アプローチと比較することができます。PET/CTイメージングは、マルチモダリティPET/CTスキャナを用いて平均重量462g±33g(平均±標準偏差)で4ヶ月齢の雄スプラードーリーラットで行った。
一連の測定(線量キャリブレーター、オンライン血液サンプラー、PET/CT、およびウェルカウンター)の間に多種多様な装置が使用されるので、クロスキャリブレーションと呼ばれる品質管理手順は、すべてのシステムの定量的精度をチェックし、違いを補う。オンライン血液サンプリングのコンテキストにおけるクロスキャリブレーションは、補正されたPET画像で測定された所定の活性濃度のカウントレートを、同じ濃度のツイライト系で測定した濃度に変換できることを意味します。そこで、PET/CT間のクロスキャリブレーション手順、血液採取系、およびウェルカウンターが確立されている。
この高度に標準化された方法論は前臨床小動物の研究の代謝および細胞プロセスを定量化する強力なアプローチを提供し、AIFの信頼性および再現性を改善する優雅な方法である。AIFは、バイオキネティックモデリングを使用して前臨床PET/CTデータの組織内の特異的結合トレーサーを定量するために使用することができます。

<table><tbody><tr><td>><<動静脈シャント></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>麻酔ステーション</td><td>グロップラー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>動脈瘤クリップ</td><td>Aesculap</td><td>FT190T</td><td>5 mm、閉鎖力70 g</td></tr><tr><td>ブルドッグクランプ</td><td>Aesculap</td><td></td><td>35 mm</td></tr><tr><td>解剖はさみBC165</td><td>Aesculap</td><td>490-866</td><td>鈍い、皮膚の準備</td></tr><tr><td>加熱マット</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>インスリン注射器</td><td>ブラウン</td><td></td><td>30G</td></tr><tr><td>ニードルホルダー</td><td>メディコン</td><td>11.62.18</td><td></td></tr><tr><td>動脈瘤クリップ用マイクロ手術用プライヤー</td><td>Aesculap</td><td>FT 470T</td><td>Yasargil</td></tr><tr><td>portex ファインボアポリエチレンチューブ</td><td>スミスメディカル</td><td>800/100/200</td><td>ID 0.58 mm、OD 0.96 mm;カメラ付きPE50相当チューブ</td></tr><tr><td>手術用顕微鏡</td><td>ライカ</td><td></td><td>M50 + MC120 HD</td></tr><tr><td>縫合糸フィラメント6.0</td><td></td><td></td><td>6.0、ポリプロピレン</td></tr><tr><td>縫合糸フィラメント3.0</td><td></td><td></td><td>3.0、吸収性、編組</td></tr><tr><td>2つの解剖学的鉗子</td><td>ハンマッハーゾリング</td><td>HSC601-11</td><td>マイクロ手術、45°;</td></tr><tr><td>血管または角膜ハサミ</td><td>Geuder</td><td>G19605</td><td>マイクロ手術用ハサミ</td></tr><tr><td>PET/CT イメージング</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>用量校正器 ISOMED 2010</td><td>nivia instruments GmbH</td><td></td><td>トレーサーポーション用</td></tr><tr><td>Inveon PET/CT</td><td>シーメン</td><td></td><td></td></tr>ス<tr><td>トレーサー (例:18F-FDG)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>manuel 採血</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>毛細血管採血 EDTAチューブ</td><td>KABE Labortechnik GmbH</td><td></td><td>GK 150 EDTA 200 &micro;l</td></tr><tr><td>試験管</td><td>SARSTEDT</td><td></td><td>5 ml, 75 x 12 mm, PS</td></tr><tr><td>well counter CAPTUS 700t</td><td>Capintec</td><td></td><td>manuel 血液活動の測定</td></tr><tr><td>自動採血</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BD Venflon TM pro 安全シールド IV カテーテル; 18 G (1.3 mm x 32 mm)</td><td>BD</td><td>3932269</td><td>ルアー接続 (t 接続に適合)</td></tr><tr><td>血液サンプラーtwilite two</td><td>swisstrace GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>コンビストッパー</td><td>ブラウン</td><td>4495101</td><td></td></tr><tr><td>ヘパリン</td><td></td><td></td><td>50U / ml、実験前のチューブフラッシングとカテーテル手術中の吸引</td></tr> 皮<tr><td>下注射針</td><td></td><td></td><td>G23 x 1 1/4 " / 0.6 x 30 mm</td></tr><tr><td>マイクロプロセッサ制御チューブポンプ</td><td>Ismatec/Cole-Parmer</td><td>ISM596</td><td>12ローラー、2チャンネル</td></tr><tr><td>PMODのPSAMPLEモジュール PMOD</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>リダクションコネクタ</td><td>Ismatec/Cole-Parmer</td><td>ISM569A</td><td>ID 2.5 mmからID 1.5 mmまで</td></tr><tr><td>シリコーンポンプチューブ</td><td>Ismatec/Cole-Parmer</td><td>070535-17-ND /SC0065Nローラー</td><td>ポンプ用(黄色/青/黄ID 1.52 mm、WT 0.84 mm、外径 3.2 mm)</td></tr><tr><td>シリコーンポンプチューブ-アダプターチューブ</td><td>Ismatec/Cole-Parmer</td><td>SC 0107</td><td>黒/黒 ID 0.76 mm、WT 0.86 mm、外径: 2.48 mm</td></tr><tr><td>TピースまたはT接続</td><td>Ismatec/Cole-Parmer</td><td>ISM 693A</td><td>ID 2.5 mm</td></tr></tbody></table>

小動物陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影における連続的な血液サンプリングにより、動脈入力機能の測定が可能

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影(PET/CT)データの定量分析および生運動モデリングでは、動脈入力関数(AIF)とも呼ばれる時間的血液時間活動濃度の決定は、特に重要なポイントである。動物病モデルの特性化と新開発の放射線トレーサーの導入のため。血液中の放射線トレーサーの利用可能性の知識は、組織活性のPET/CT由来データを解釈するのに役立ちます。この目的のために、PET/CTイメージング中のオンライン採血はAIFを測定することをお勧めします。手動採血および画像由来のアプローチとは対照的に、連続的なオンライン採血にはいくつかの利点がある。最小の失血に加えて、改善された決断および血活動の測定のための優秀な正確さがある。しかし、オンライン採血の主な欠点は、動物の大腿血管をカテーテル化するための高価で時間のかかる準備である。ここでは、小動物PET/CTイメージング中のカテーテル法と連続血液サンプリングのための簡単で完全なワークフローを説明し、手動採血と画像由来のアプローチと比較した。この高度に標準化されたワークフローを使用して、フルオロデオキシグルコース([18 F]FDG)AIFの決定が実証される。さらに、この手順は、トレーサー運動性およびモデル特性の基本的な知識を作成するために、異なる動物モデルと組み合わせて任意の無線トレーサに適用することができます。これにより、腫瘍学的、神経変性および心筋疾患の前臨床研究における診断および治療アプローチの両方において、医薬品の挙動をより正確に評価することができます。

シャント システムの設定を図 2に示します。30分の期間にわたる3匹の野生ラットにおける手動採血データと比較した連続血液採取データの代表的な結果を図3A,Cに示す。連続的な血液サンプリングの開始時に、初期ピーク(放射能濃度の最大値)は、トレーサー注入後5sで見ることができます。その後、血液中の活動は急速に低下し、約15分で高原に達する。手動採血データでは、検出されたピークは小さく、高原を定義することは容易ではありません(図3A,C)。連続血液サンプリングと画像由来データの比較を図3B,Dに示す。画像由来データでは、高原のピークと始点がはっきりと見えるが、それにもかかわらず、ピークの最大値はすべての動物の連続的な採血データと比較して小さい(図3B,D)。
我々のセットアップとの連続的な血液サンプリングの最適でない結果を図3E,Fに示す。連続的な血液採取の開始時に、血液凝固のために最初の3.5分以内のデータ獲得は不可能であった。コネクタオレンジでチューブシステムを切断し、ヘパリン化生理液で浮遊することにより、チューブシステムの流れを再開し、測定を続けました。ピークは約4分で見ることができ、血液中の放射能の最大値を記録していない(図3E,F)。手動採血(図3E)および画像由来分析(図3F)は依然として可能であり、正しい結果に匹敵する。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> 図 3:手動採血と比較した連続的な血液採取の代表的な結果。手動採血(左列)と画像由来アプローチ(右列)と比較して、連続的な血液サンプリングから得られる典型的な動脈入力機能が示されている。パネルA-Dは、2つの異なる動物におけるプロトコルの正しい実装の結果を示す。パネルEおよびFは測定の最適でない結果を示す。 表示されるすべてのデータは、クロスキャリブレーション係数と背景について修正されました。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>

ここでは、動脈入力機能(AIF)を測定するラットのPET/CTイメージング中に連続的な血液サンプリングを行うプロトコルについて説明する。カテーテル法、システムの較正およびセットアップおよび血液放射能のデータ分析が実証される。生成されたデータは、後続のバイオキネティックモデリングの入力パラメータを提供します。

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...

このビデオでは、連続血液サンプリングのためのプロトコルが提供されています。血液放射能は、体外動シャントを用いてPET/CTと並行して測定される。これにより、PET/CTデータのその後の定量のための動脈入力機能が生成され、後で正確なバイオキネティックモデリングが可能になります。このプロトコルの主な利点は、それが再現性、最小限の失血を生成し、動脈入力機能の時間的解像度の高精度を容易にすることです。血液の活性濃度の決定に使用される測定装置の全てをクロスキャリブレーションすることが不可欠である。手順のデモンストレーションは、私たちの研究室の技術者であるアン・モラーです。12時間の断食ラットでつま先ピンチへの応答の欠如を確認した後、動物の外科側の脚と鼠径部を剃り、追加の消毒剤で露出した皮膚を浄化する。動物の目に軟膏を塗布し、体温の継続的なモニタリングと維持のための直腸プローブを配置します。ラットの手足を作業面にテープで貼り付け、粘膜消毒剤で手術部位を消毒する。鼠径部で約20ミリメートルの切開を行い、細かい皮膚層を解剖して大腿静脈、動脈、神経を露出させます。大腿静脈と動脈の下に2つの細かいフィラメントを置き、遠位フィラメントで血管をリゲートします。ブルドッグクランプで船舶を張力の下に保持し、近位縫合糸フィラメントを使用して、結び目のないブルドッグクランプで容器を緊張させます。近位動脈瘤クランプで静脈をブルドッグクランプで縫合糸から2〜3ミリメートル遠位にブロックし、角膜はさみを使用して血管径の1/3の切開を行います。容器の切開は私達の議定書の最も重要なステップである。角膜はさみのような微小手術器具を使用し、慎重に45度の角度で容器を切断することを確認してください。滅菌綿棒を使用して漏れた血液を取り除き、鈍い鉗子で静脈を拡張します。容器を開いたままにして、尖ったカテーテルを動脈瘤クリップまで近位方向の静脈に挿入する。動脈瘤クリップを開き、カテーテルをもう2〜3センチメートル押します。カテーテルが正しく配置されていれば、血液がカテーテルに流れ込みます。2つの近位結び目でカテーテルを固定します。カテーテルを介して100マイクロリットルのヘパリン化生理食塩水を洗い流し、吸引し、カテーテルの機能性を確認するためにインスリン注射器を使用してください。その後、静脈のためにちょうど実証したように、動脈にカテーテルを置き、縫合糸で脚を閉じます。手順を実証することは、私たちの研究室の技術者ジョアンナ・フォースターです。画像取得のために、動物をシャトルベッドパレットの頭を起こしやすい位置に置き、シャトルベッドを注入のために拡張ベッド位置に移動します。カテーテルをシャントシステムに接続し、1分あたり1.52ミリリットルの流量で蠕動ポンプを起動し、シャントシステムを動物の血液で満たします。シャトルベッドを陽電子放出断層撮影、またはPET検出リングの視野の中心に移動し、オンライン血液サンプリングシステムを開始します。次に、PET/コンピュータ断層撮影(CT)のワークフローを開始します。60秒後、Tピースを介して静脈内に約22メガベクレル用量の1ミリリットルに0.5〜1ミリリットル注入する。約150マイクロリットルのヘパリン化食塩水でTピースを洗い流します。PET放出取得の場合は、時間による取得オプションを3、600秒に設定し、研究同位体としてF-18を選択します。エネルギーレベルとして350~650キロ電子ボルトを、タイミングウィンドウとして3,438ナノ秒を使用します。CT 取得では、取得オプションで減衰スキャンを選択し、投影設定フィールドで半回転の 180 投影を選択します。視野と解像度の設定では、倍率として低、275ミリメートル軸走査長を持つ結合に4 x 4、半軸電荷結合デバイスサイズとして3、328ピクセルを選択します。[露出設定]フィールドで、電流に 500 マイクロアンペア、電圧に 80 キロボルト、露光時間に 180 ミリ秒を設定します。次に、次の 60 分間に動的 PET を取得し、続いて PET イメージングの最後に CT スキャンを行います。PET エミッション ヒストグラムの場合は、ダイナミック フレーミングとして 20 フレームのシリーズを設定し、遅延の減算を選択します。[詳細設定] フィールドで、128 を正時幅として、スパンとして 3 つ、リングの差とデッド タイムの補正として 79 を選択します。PET の再構築では、2 次元順序付きサブセットの予想最大の最大化を使用し、4 つの反復でスキャッター ソノグラムを適用および保存し、再構成アルゴリズムとして Rebization 用のフーリエを使用します。次に、行列サイズとして 128 % 128 を選択し、1 つをイメージズームとして使用し、フレームとセグメントのすべてに対してすべてを選択します。手動血液サンプリング30、60、90、600、および1,800秒後の撮像処理を開始した場合、第1の3方向弁を開く。トレーサー注射の30秒後に、100マイクロリットルの動脈血をEDTA毛細血管採血管に集める。全血の活性を測定するには、サンプルをウェルカウンターにロードし、手動血液サンプリングの各時点の全血の活性をミリリットル当たりのキロベクレルで計算できるようにします。オンライン血液サンプリングの場合は、チューブガイドを使用してチューブを検出器に配置し、血液サンプラーソフトウェアを開始します。取得インターフェイスを開き、オンライン血液サンプリング設定のコンピュータとPET/CTのコンピュータが時刻同期化されていることを確認します。トレースが挿入される 60 秒前に[スタート]ボタンを押して、バックグラウンド補正のための十分なデータを取得します。測定後、PMOD データベースの保存ボタンを使用して生データを保存します。オンライン血液データの補正とキャリブレーションのために、補正インターフェースに切り替えて、減衰補正を有効にします。18 F を選択し、画像取得の開始時間を定義し、バックグラウンド補正を実行する平均ボタンを有効にします。キャリブレーションをアクティブにし、キャリブレーション係数を入力します。TACを保存ボタンを使用して補正し、校正された血液データを保存し、血液を選択します。crv ファイル。連続血液採取の開始時に、オンライン分析でトレーサー注射後約5秒から放射能濃度の初期ピークを観察することができる。このピーク後、血液中の活性は急速に低下し、約15分で高原に達する。手動血液サンプリングデータでは、検出されたピークが小さく、プラトーが容易に定義されない。画像由来データでは、高原のピークと始点がはっきりと見えます。それにもかかわらず、ピークの最大値は、連続的な血液サンプリングデータに比べて小さくなります。この最適でない連続血液サンプリングでは、血液凝固によるサンプリングの最初の3分半の間にデータ取得はできなかった。血栓をクリアした後、チューブシステム内の流れを再開し、測定を継続し、血液中の最大放射能を記録しなかった約4分間のピークを明らかにした。しかし、この最適でないサンプリングでは手動血液サンプリングと画像由来の分析が可能であり、正しい連続血液サンプリング結果に対して観察されたものと同等の結果を示しました。全体の手順の間に心に動物の福祉を保つ、推薦されるように正確にシャントシステムを準備し、チューブの長さを減らすようにしてください。このプロトコルは、新しい診断PET痕跡の変動、新しい疾患モデルの特徴付け、および前臨床前の設定における新しい治療薬の治療応答の評価に使用することができる。

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