소동물 양전자 방출 단층 촬영을 통해 뇌의 두 가지 주요 에너지 기질인 포도당과 케톤을 평가할 수 있습니다. 본 방법에서는 각 동물에 11개의 C-아세토아세테이트와 18개의 F-플루오로데옥시글루코스를 순차적으로 주입하고, 자기공명영상에서 결정된 특정 뇌 영역에서 이들의 흡수를 정량적으로 측정한다.
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이 논문에서
요약
초록
우리는 쥐에서 뇌의 두 가지 주요 에너지 기질인 포도당과 케톤(이 경우 아세토아세테이트[AcAc])의 흡수를 비교하는 방법을 제시합니다. 개발된 방법은 각 동물에 11개의 C-AcAc 및 18개의 F-플루오로데옥시글루코스(18F-FDG)를 순차적으로 주입하는 소동물 양전자 방출 단층촬영(PET) 프로토콜입니다. 이 이중 추적 PET 획득은 11°C(20.4분)의 짧은 반감기로 인해 가능합니다. 쥐는 또한 PET 프로토콜 7일 전에 자기 공명 영상(MRI) 획득을 받습니다. 이미지 분석 전에 PET 및 MRI 이미지를 함께 등록하여 국소 대뇌 흡수(피질, 해마, 선조체 및 소뇌)를 측정할 수 있습니다. 11C-AcAc 및 18F-FDG 뇌 흡수(대뇌 대사율, μmol/100 g/min)의 정량적 측정은 이미지 파생 입력 함수(IDIF) 방법을 사용한 운동 모델링에 의해 결정됩니다. 당사의 새로운 듀얼 트레이서 PET 프로토콜은 견고하고 유연합니다. 사용된 두 개의 추적자는 뇌의 다른 과정을 평가하기 위해 다른 방사성 추적자로 대체될 수 있습니다. 또한, 우리의 프로토콜은 정상적인 노화 및 알츠하이머 및 파킨슨병과 같은 신경 퇴행성 병리와 같은 여러 조건에서 뇌 연료 공급 연구에 적용할 수 있습니다.
서론
컨텍스트 및 이론적 근거
양전자 방출 단층 촬영(PET)은 뇌의 기능적 과정에 대한 최소 침습적 연구를 가능하게 합니다. 포도당은 뇌의 주요 에너지 기질이지만 포도당 결핍 상태에서는 케톤(아세토아세테이트[AcAc] 및 β-하이드록시부티레이트)이 주요 대체 에너지 기질입니다. 뇌 에너지 대사는 가장 일반적인 PET 추적자인 포도당 유사체인 18F-플루오로데옥시글루코스(18F-FDG)를 사용하여 PET에 의해 널리 연구되었습니다. 우리 그룹은 최근 뇌 케톤 대사를 측정하기 위해 새로운 방사성 추적자(11C-AcAc)를 개발했습니다1. 자기공명영상(MRI)은 PET보다 훨씬 더 높은 해상도의 기술(0.1mm × 0.1mm 평면 해상도)이며, 뇌 에너지 대사의 국소 PET 분석에 필요한 해부학적 뇌 영역을 명확하게 국소화하는 데 필요합니다.
PET 데이터는 일반적으로 표준화된 흡수 값(SUV)2-6으로 표현됩니다. SUV는 70년 전에 처음 제안된 바와 같이 주입된 용량/단위 중량의 분율로 정규화된 조직 활성 농도입니다7. 이러한 장치는 더 간단한 PET 획득 및 이미지 분석 방법론이 필요....
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프로토콜
모든 실험은 Sherbrooke 대학교의 동물 관리 및 사용 위원회와 캐나다 동물 관리 위원회의 규정에 따라 완료되었습니다. 실험 프로토콜은 기관 동물 연구 윤리 심의 위원회의 승인을 받았습니다(프로토콜 #011-09).
1. MRI를 이용한 뇌 해부학
- 프로토콜 시작 전, 쥐를 동물 시설에서 최소 7일 동안 적응시킨다. 마취에서 완전히 회복될 수 있도록 이중 추적자 PET 프로토콜 1-2주 전에 뇌 MRI 스캔을 수행한다.
- 유도 챔버에서 쥐를 마취시킨다. 프로토콜 전 과정의 마취를 위해 2% isoflurane과 1.5 L/min 산소를 사용한다. 뒷다리를 꼬집어 동물이 완전히 마취되었는지 확인한다. 주의: isoflurane 흡입은 경우에 따라 두통, 어지러움 또는 의식 상실을 유발할 수 있으므로, 반드시 환기 시설이 갖춰진 적절한 방의 공기 교환 시스템 하에서 사용해야 한다.
- 쥐를 머리가 앞방향으로 오도록 MRI 검사대에 복와위로 배치하고 isoflurane용 노즈콘을 씌운다. 호흡 및 직장 프로브를 설치한다. 실험 중에 호흡수를 모니터링하고 자동 공기 가온 시스템을 사용하여 체온을 37 °C로 유지한다.
- 이전11에 상세히 설명된 획....
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결과
그림 2에서 볼 수 있듯이, 뇌 자체 내의 11C-AcAc 섭취는 낮습니다. 앞서 언급했듯이, 단기 단식 시 뇌의 케톤 소비는 매우 낮습니다. 11C-AcAc 섭취는 혀와 볼 근육에서 더 높게 나타납니다. 실제로 케톤은 쥐의 골격근에 의해 빠르게 섭취됩니다23. 이와 대조적으로, 18F-FDG 섭취는 주로 뇌와 볼 근육에서 일어납니다. 그림 2는 공동 등록(coregistration) 과정 동안 MR 영상은 고정되고, PET 영상은 축상면(axial plane) 정렬로 인해 이동함을 보여줍니다.
우리는 뇌 섭취량을 결정하기 위해 Patlak 속도론적 모델20,21을 사용하며, 이는 이전에 11C-ketone 및 18F-FDG 속도론적 모델링9,12,24,25에 사용.......
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토론
중요한 단계
이 이중 추적자 PET 프로토콜의 중요한 단계는 심장의 좌심실과 뇌를 동시에 스캔할 수 있는 것입니다. 이를 위해서는 충분한 축 길이( 예: 최소 7.5cm)를 가진 PET 스캐너가 필요합니다. 뇌와 심장이 올바르게 스캔되는 스캐너 테이블의 정확한 위치(x, y 및 z 값)를 결정하려면 몇 가지 테스트 스캔이 필요합니다.
추적자 주입은 성공적인 PET 획득을 위한 중요한 포인트이기도 합니다. 카테터는 정맥에 올바르게 삽입되어야 합니다. 헤파린화된 식염수는 혈액 응고 없이 정맥으로 원활하게 흘러들어야 합니다. 뇌 흡수의 정량적 측정을 위해서는 정확한 혈장 TAC가 필수적입니다. 좌심실의 혈액에 VOI를 그릴 때 가능한 한 적은 수의 조직 픽셀을 포함하는 것이 중요합니다. 혈액 샘플은 PET 이미지에서 파생된 혈장 TAC를 교정하는 데에도 중요합니다. 실제로 그림 1B에서 볼 수 .......
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공개 사항
저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
감사의 글
이 연구는 Fonds de la recherche en santé du Québec, Canadian Institutes of Health Research, Canadian Foundation for Innovation 및 Canada Research Chairs Secretariat(SCC)의 재정 지원을 받았습니다. Sherbrooke Molecular Imaging Center는 FRQS의 자금 지원을 받는 Étienne-Le Bel Clinical Research Center의 일부입니다. 저자는 Mélanie Fortier, Jennifer Tremblay-Mercier, Alexandre Courchesne-Loyer, Fabien Pifferi 박사, M'hamed Bentourkia 박사, Otman Sarrhini 박사, Jacques Rousseau 박사, Caroline Mathieu 및 Mélanie Archambault에게 관대한 지원과 기술 지원에 감사드립니다. 저자는 도움을 준 이미지 분석 및 시각화 플랫폼(http://pavi.dinf.usherbrooke.ca)에 감사의 뜻을 전합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| MRI 스캐너 | Varian | 7 Tesla | |
| 소형 동물 PET 스캐너 | Gamma Medica | Lab-PET/-Triumph | |
| Heat mat | Sunbeam | PN 143937 | |
| 히터 시스템 | SA Instruments | 761 100 Rev B | |
| 호흡기 게이팅 | SA Instruments | SAII의 P-resp | |
| 임상 화학 분석기 | 시멘스 헬스케어 진단 | 765000.931 | 치수 Xpand 플러스 |
| 폴리에틸렌 튜빙 50 | Becton Dickinson | 427411 | |
| 분사 펌프 | KD Scientific | Model 210 | |
| 감마 계수기 | GMI | Packard, Cobra II | |
| 원심분리기 | Thermo Scientific | 75002416 | Heraeus Pico 21 |
| PMOD 소프트웨어 | PMOD Technologies | PMOD 3.2 버전 | |
| 가이거 계수기 | , Fluke Biomedical | ASM-990 | 고급 조사 미터 |
| 시약 | |||
| Isoflurane | Abbott Laboratories, Ltd | B506 | |
| 0.9% NaCl 용액 | Hospira | 4888010 | |
| Heparin | Sandoz | 1004336 | |
| Isopropenyl acetate | Aldrich | 11778 | 99% |
| Methyllithium | Aldrich | 197343 | 1.6 M |
| THF | Aldrich | 87371 | |
| 플렉스 시약 카트리지 포도당 | 지멘스 헬스케어 진단 | DF40 | |
| Trizma base | Sigma | T6066-500G | 준비 트리스 버퍼 100 mM pH 7.0 |
| Sodium oxamate | Sigma | O2751 | 20 mM |
| NADH | Roche | 10128015001 | 0.15 mM |
| b-Hydroxybutyrate 탈수소 효소 | 도요보 | HBD-301 | 1 U/ml |
참고문헌
- 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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재인쇄 및 허가
