Name: 쥐의 지역 뇌 에너지 기질 흡수의 정량적 측정을 위한 이중 추적자 PET-MRI 프로토콜 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 10 s
Description: 학습하세요 쥐 뇌에서 포도당과 케톤체의 지역별 흡수를 PET-MRI 이중 추적자 기법으로 정량 측정하는 방법을. 이 프로토콜은 노화 관련 뇌 에너지 대사 변화 연구에 활용됩니다.

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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.

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
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>이전11에 상세히 설명된 획득 파라미터를 사용하여 fast spin-echo 펄스 시퀀스로 T2 강조 MR 영상을 획득한다. 마취 회복 중에 쥐를 가열 매트 위에 둔다.</li>
</ol>
2. 이중 추적자 PET 획득
<ol>
	<li>애벌랜치 포토다이오드 검출기, 약 7.5 cm의 축 방향 시야(axial field of view) 및 1.2 mm의 등방성 공간 분해능을 갖춘 소동물 PET 스캐너를 사용한다17. 물리적 반감기가 짧으므로, 각 실험 전 사이클로트론에서 천연 질소에 양성자를 조사하여(14N(ρ,α)11C 핵반응을 통해) 11C를 준비한다.</li>
	<li>PET 스캔 전 쥐를 18시간 동안 금식시킨다. 금식은 11C-AcAc 및 18F-FDG의 뇌 섭취율을 높여 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 개선한다.</li>
	<li>유도 챔버에서 쥐를 마취시킨다. 쥐를 이소플루레인용 노즈콘이 있는 가열 매트로 옮긴다. 이때 11C-AcAc 합성을 시작한다. 합성은 이전 설명대로1 조사 종료 후 18분 정도 소요된다.</li>
	<li>쥐를 옆으로 눕힌다. 헤파린 처리된 0.9% 염화나트륨 용액(생리식염수)으로 채운 PE50 폴리에틸렌 카테터를 준비한다. 추적자 주입을 위해 꼬리 정맥에 카테터를 설치한다. 데이터 획득 기간 동안 혈액 샘플링을 위해 꼬리 중간 복측 동맥에 두 번째 카테터를 설치한다.</li>
	<li>쥐를 이소플루레인용 노즈콘과 함께 머리가 먼저 오도록 엎드린 자세로 스캐너 테이블로 빠르게 옮긴다. 호흡 및 직장 프로브를 배치한다. 실험 중 호흡수를 모니터링하고 자동 온풍 시스템을 사용하여 체온을 37 °C로 유지한다. 뇌와 심장을 동시에 적절하게 영상화할 수 있도록 스캐너 테이블을 스캐너 내부로 전진시킨다. 해부학적 지표로서 (레이저 라인의 도움을 받아) 시야의 가장자리를 쥐의 눈 위치에 맞춘다.</li>
	<li>농축된 11C-AcAc 용액(~1 GBq/ml)을 사용하여 약 50 MBq의 방사능(45-55 MBq 범위 허용)을 가진 주사기를 준비한다. 생리식염수로 부피를 300 μl로 조정한다. 주의: 방사능은 건강에 해로울 수 있다. 항상 납 차폐막 뒤에서 취급해야 한다. 실험자는 신체 및 링 선량계를 착용해야 한다. 실험 중에는 가이거 계수기도 켜두어야 한다.</li>
	<li>주사기를 주입 펌프에 설치한다. 1 ml/min의 속도로 11C-AcAc 볼루스 주입을 시작한다(주입 시간: 약 19초). 두 번째 펌프를 사용하여 11C-AcAc 주입이 종료된 직후 300 μl의 생리식염수를 1 ml/min의 속도로 주입하며, 이는 추적자가 혈액 순환계로 최적으로 주입되는 데 중요하다.</li>
	<li>볼루스 주입 시작 30초 전부터 총 20.5분 동안 동적 PET 데이터 획득을 시작한다. 추적자 주입 전 30초 동안의 데이터 획득은 이후 PET 데이터에서 감산할 주변 배경 방사능 값을 제공한다. 일반 샘플링 모드로 설정하고 에너지 윈도우는 250-650 keV로 설정한다.</li>
	<li>11C-AcAc 주입 시작 후 약 15분과 18분에 200 μl의 혈액 샘플을 각각 두 번 채취한다. 혈액 응고를 방지하기 위해 각 샘플링 후 카테터에 헤파린 처리된 생리식염수를 주입한다. 혈액 샘플링의 시작 시간과 종료 시간을 기록하고 평균 시간을 사용한다. 6,000 RPM에서 5분 동안 원심 분리하여 혈장을 수집한다. PET 스캐너로 교정된 감마 계수기를 사용하여 혈장의 방사능 계수를 측정한다.</li>
	<li>11C-AcAc 스캔 후, 대부분의 방사능이 붕괴되도록 20분 동안 대기한다. 이 기간은 15-30분 사이로 달라질 수 있다. 이 기간 동안 스캐너 베드를 움직이지 말고 쥐를 이소플루레인 마취 상태로 유지한다.</li>
	<li>이 시간 동안 농축된 18F-FDG 용액(~5.5 GBq/μl)을 사용하여 약 50 MBq의 주사기를 준비한다. 단계 2.6 및 2.7에서 설명한 것과 동일하게 진행한다. 주입 전 30초를 포함하여 총 40.5분 동안 동적 획득을 시작한다. 18F-FDG 주입 시작 후 약 30분과 35분에 200 μl의 혈액 샘플을 각각 두 번 채취한다.</li>
	<li>18F-FDG 획득 종료 시, 마지막으로 200 μl의 혈액 샘플을 채취한다. 원심 분리하여 혈장을 수집한다. 포도당 및 AcAc 분석을 위해 혈장 샘플을 -80 °C에 보관한다.</li>
	<li>마지막으로, 쥐가 깨어나는 동안 가열 매트 위에 둔다. 동물을 종단적 추적 관찰을 위해 유지하거나, 또는 뇌 샘플링 및 추가 생화학 연구를 위해 쥐를 안락사시킨다.</li>
	<li>다음 시간 프레임 시퀀스에 따라 PET 영상을 재구성한다: 1 × 30 sec; 12 × 5 sec; 8 × 30 sec; 그리고 n × 300 sec (여기서 n은 11C-AcAc 획득 시 3, 18F-FDG 획득 시 7).</li>
</ol>
3. 혈장 포도당 및 AcAc 분석
<ol>
	<li>임상 화학 분석기를 사용하여 혈장 포도당과 AcAc를 측정한다. AcAc가 아세톤으로 탈탄산화되는 것을 최소화하기 위해 혈액 채취 후 48시간 이내에 분석을 수행한다. 포도당 농도는 이전에 설명한 대로18 DF40 키트로 측정하고, AcAc는 오픈 채널2을 통해 측정한다. 이러한 유형의 분석기는 검사지(0.1 μM)보다 정확하며 검출 범위가 넓다.</li>
</ol>
4. 정량적 PET 분석
<ol>
	<li>소동물 PET 이미지 분석을 위해 PMOD 소프트웨어 또는 이에 상응하는 시스템을 사용하십시오.</li>
	<li>혈장 시간-방사능 곡선 (TAC)
	<ol>
		<li>18F-FDG 데이터를 로드합니다. 주입 후 첫 60초(추적자가 주로 혈액에 존재하는 시점)의 이미지 프레임을 합산합니다.</li>
		<li>수동 그리기 도구를 사용하여 좌심실 공동 혈액 풀(이미지 하단 중앙에 위치한 큰 풀)에 관심 영역(VOI)을 설정합니다. 조직이 포함되지 않도록 하고 조직의 방사능이 혈액 풀로 유출되는 것을 방지하기 위해, 혈액 풀(적색 복셀) 가장자리에서 안쪽으로 약 1 mm 지점에 VOI를 그립니다(그림 1A). VOI를 전체 동적 이미지 시리즈에 복사하고 시간에 따른 방사능 곡선(TAC)을 생성합니다.</li>
		<li>스프레드시트에서 획득 중에 채취한 두 혈장 샘플의 방사능 수치를 사용하여 혈장 TAC를 보정합니다(그림 1B). 다음 식을 사용하십시오: 
		<img alt="IDIF 보정 공식, 이미지 보정 방법; 방정식; 과학 데이터 분석 개념" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq1.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000"> 
		혈장 TAC에 대해 어느 정도의 평활화(smoothing)를 수행할 수 있습니다.</li>
		<li>주입 전, 18F-FDG 스캔의 첫 30초 동안 11C-AcAc의 잔류 방사능이 존재하는지 확인합니다. 존재하는 경우, TAC의 이후 모든 시간 프레임에서 다음 인자를 뺍니다: 
		<img alt="지수 붕괴 방정식 도표, R×e^{-(ln2/t_{1/2})×T}, 방사성 붕괴 분석" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq2.jpg" width="150" data-altupdatedat="1787630408000">, 
		여기서 R은 잔류 방사능, t1/2은 11C의 반감기(20.4 min)이며, T는 시간 프레임입니다2,13. 20분 대기 후 11C-AcAc의 잔류 방사능은 최대 18F-FDG 최대 수치의 1.5%까지 나타날 수 있습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>18F-FDG/MRI 공동 등록(coregistration)
	<ol>
		<li>18F-FDG 이미지로 얻은 공동 등록 결과를 11C-AcAc 이미지에 적용합니다. 이는 11C-AcAc 이미지가 신호 대 잡음비가 낮아 자동 공동 등록이 어렵기 때문에 필요합니다.</li>
		<li>해당 MRI 데이터를 로드합니다. 모든 28개 18F-FDG 시간 프레임을 MR 이미지와 동일한 방향(3개 축 기준)으로 로드합니다.</li>
		<li>28개 시간 프레임의 18F-FDG 합산 이미지를 계산합니다. 이렇게 하면 수치가 더 높은 이미지가 생성되어 개별 이미지 프레임보다 MRI와의 공동 등록 작업이 더 쉬워집니다.</li>
		<li>18F-FDG 합산 이미지를 MR 이미지에 자동으로 공동 등록합니다(그림 2). 이 변환을 모든 개별 18F-FDG 이미지 프레임에 적용합니다. 나중에 11C-AcAc 이미지에 적용할 변환 값을 저장합니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>관심 영역(VOIs)
	<ol>
		<li>PMOD와 같은 분할 소프트웨어를 사용하여 MRI 데이터를 선택하고 수동 그리기에 적합한 평면을 선택합니다. 뇌 영역의 크기와 이미지 대비에 따라 수동 또는 반자동 그리기 도구를 선택합니다. 표준 쥐 뇌 지도(atlas)19에 따라 뇌 구조를 위치시킵니다.</li>
		<li>VOI를 그립니다. 그림 3에 표시된 것처럼 전체 뇌, 피질, 해마, 선조체 및 소뇌를 분할하되, 다른 영역을 선택할 수도 있습니다. 공동 등록된 18F-FDG 및 11C-AcAc 이미지에 적용할 VOI를 저장합니다.</li>
		<li>공동 등록된 18F-FDG 이미지에 VOI를 적용합니다. 뇌 TAC를 시각화하기 위해 VOI 통계량을 선택합니다. 필요한 경우, 첫 30초 동안의 붕괴 보정 평균 방사능을 이후 모든 시간 프레임에서 빼서 TAC를 보정합니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>뇌 대사율 계산
	<ol>
		<li>뇌 및 해당 혈장 TAC를 로드합니다.</li>
		<li>Patlak plot 동역학 모델20,21을 선택합니다. 통합 상수(lumped constant)를 0.4822로 설정하고 해당 혈장 포도당 농도를 설정합니다(그림 4B). Patlak plot의 최대 상대 편차를 5%로 설정합니다. 데이터를 모델에 피팅(fit)합니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>11C-AcAc 이미지
	<ol>
		<li>11C-AcAc 스캔과 동일한 프레임 수를 갖도록 18F-FDG의 처음 24개 시간 프레임의 합산 이미지를 계산합니다. 그렇지 않으면 11C-AcAc/MRI 공동 등록에 실패합니다. MRI에 대해 18F-FDG 자동 공동 등록을 수행합니다. 11C-AcAc 이미지 공동 등록에 사용할 변환 프로세스를 저장합니다.</li>
		<li>11C-AcAc 이미지에 대해 단계 4.2 및 4.3을 반복합니다. 단계 4.6.1에서 18F-FDG 변환 값을 사용하여 이를 모든 개별 11C-AcAc 이미지 프레임에 적용합니다. 단계 4.4 및 4.5를 반복하고 저장된 18F-FDG VOI를 사용합니다. 통합 상수를 1로 설정합니다.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

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 ...

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 필요하기 때문에 여전히 널리 사용됩니다. 그러나 중요한 한계는 SUV가 절대 단위가 아닌 상대 단위이기 때문에 다른 연구의 결과를 비교하기 어렵다는 것입니다. 이러한 비교의 어려움은 노인의 뇌 포도당 흡수에 관한 문헌에서 모순된 결과를 발견하는 원인이 될 수 있다8. 따라서 정량적 대뇌 대사율(CMR, μmol/100g/min)은 특별한 이점이 있습니다9-11. CMR 값을 생성하려면 동적 PET 수집이 필요하며 플라즈마 방사능은 시간 함수, 즉 플라즈마 시간-활성 곡선(TAC) 또는 입력 함수로 계산됩니다. 입력 함수는 PET 획득9,12 전반에 걸쳐 다중 혈액 샘플링 또는 관심 영역이 혈액 풀(심장의 좌심실 또는 주요 동맥)에 그려지는 이미지 파생 입력 함수(IDIF) 방법에 의해 얻어질 수 있습니다11,13-16.
목표
우리 방법의 목적은 설치류에서 PET와 MRI를 사용하여 뇌의 두 가지 주요 에너지 기질인 포도당과 케톤의 흡수를 처음으로 정량적으로 비교하는 것이었습니다. 11세C-AcAc와 18F-FDG는 동일한 동물에서 순차적으로 사용되었습니다. 이 프로토콜은 MR 이미지에서 명확하게 볼 수 있는 다양한 관련 뇌 구조(피질, 해마, 선조체 및 소뇌)의 국소 흡수를 측정하도록 설계되었습니다. 이 프로토콜은 또한 추적자 뇌 흡수, 즉 18F-FDG 및 11C-AcAc의 CMR에 대한 정량적 분석을 허용하기 위해 특별히 고안되었습니다. 이 프로토콜은 뇌 에너지 기질을 연구하기 위해 개발되었지만, 우리가 사용한 방사선 추적자는 다른 것으로 대체될 수 있으며 동일한 방법론을 사용하여 다른 뇌 기능 과정을 연구할 수 있습니다.
기존 메소드에 비해 장점
PET와 MRI는 인수 후 동물을 희생할 필요가 없습니다. 따라서 치료에 대한 후속 연구가 가능합니다. 따라서 동일한 동물 내에서 실험 조건에 따른 기준 데이터를 측정할 수 있으므로 생물학적 변동성과 필요한 동물 수를 모두 줄일 수 있습니다. 이중 추적자 PET 프로토콜의 주요 장점은 동일한 이미징 세션 내에서 동일한 생리학적 조건에서 동일한 동물의 두 추적자 흡수를 비교하여 더 많은 생물학적 변동성과 체계적인 불일치를 줄일 수 있다는 것입니다. 이 이중 추적 PET 프로토콜은 주로 11C(20.4분)의 짧은 물리적 반감기와 11C-AcAc의 빠른 생물학적 세척으로 인해 18F-FDG로 두 번째 획득하는 동안 최소한의 잔류 11C 방사능을 남기기 때문에 실현 가능합니다. MRI 스캔은 특정 뇌 영역에서 추적자 흡수를 연구할 수 있도록 하기 때문에 이 프로토콜의 중요한 기능입니다. 또한 이 방법은 SUV 방법으로 얻은 상대 단위와 대조적으로 뇌 추적자 흡수의 절대적인 정량적 측정을 가능하게 합니다. 마지막으로, 11개의 C-AcAc 이미지는 생리학적 조건에서 뇌 AcAc 흡수가 상대적으로 낮기 때문에 신호 대 잡음비가 낮기 때문에 11개의 C-AcAc 및 MR 이미지 자동 등록이 어렵습니다. 따라서, 11개의 C-AcAc 및 18개의 F-FDG 획득이 순차적이기 때문에(동물의 움직임 없음) 18개의 F-FDG와 MRI 정렬을 11개의 C-AcAc 이미지에 적용할 수 있습니다.
프로토콜이 사용된 주요 문서
우리는 어린 쥐의 공복 상태와 케톤 생성 다이어트(KD)를 비교하는 연구에서 이중 추적 PET 프로토콜을 사용했습니다2. 우리는 단식과 KD 모두 11C-AcAc와 18F-FDG의 뇌 흡수를 유의하게 증가시킨다는 것을 보여주었습니다. 그러나 당시에는 동적 PET 이미징 및 추적자 동역학 모델링 방법론을 사용하지 않았기 때문에 이는 정량적 결과가 아니었습니다. 그 후, 우리는 노화된 쥐의 뇌 대사에 대한 지역적, 정량적 연구를 수행했으며, 뇌 11C-Acac 및 18F-FDG 흡수11에 대한 노화와 KD의 영향을 평가했습니다. 우리는 또한 뇌 영역 전반에 걸친 분포의 비율이 11C-AcAc와 18F-FDG 사이에서 다르다는 것을 보여주었습니다. 또한, 11C-AcAc의 CMR뿐만 아니라 18F-FDG의 CMR도 뇌 전체와 KD에 있는 노화된 쥐의 선조체에서 증가했다.

<table><tbody><tr><td>MRI 스캐너</td><td>Varian</td><td></td><td>7 Tesla</td></tr><tr><td>소형 동물 PET 스캐너</td><td>Gamma Medica</td><td></td><td>Lab-PET/-Triumph</td></tr><tr><td>Heat mat</td><td>Sunbeam</td><td>PN 143937</td><td></td></tr><tr><td>히터 시스템</td><td>SA Instruments</td><td>761 100 Rev B</td><td></td></tr><tr><td>호흡기 게이팅</td><td>SA Instruments</td><td>SAII의 P-resp</td><td></td></tr><tr><td>임상 화학 분석기</td><td>시멘스 헬스케어 진단</td><td>765000.931</td><td>치수 Xpand 플러스</td></tr><tr><td>폴리에틸렌 튜빙 50&nbsp;</td><td>Becton Dickinson</td><td>427411</td><td></td></tr><tr><td>분사 펌프</td>, <td>KD Scientific</td><td>Model 210</td><td></td></tr>, <tr><td>감마 계수기</td>, <td>GMI</td><td>Packard, Cobra II</td><td></td></tr>, <tr><td>원심분리기</td>, <td>Thermo Scientific</td><td>75002416</td>, <td>Heraeus Pico 21</td></tr>, <tr><td>PMOD 소프트웨어</td>, <td>PMOD Technologies</td><td></td><td>PMOD 3.2 버전</td></tr>, <tr><td>가이거 계수기</td><td>, Fluke Biomedical</td><td>ASM-990</td><td>고급 조사 미터</td></tr><tr><td>시약</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Abbott Laboratories, Ltd</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>0.9% NaCl 용액</td><td>Hospira</td><td>4888010</td><td></td></tr><tr><td>Heparin</td><td>Sandoz</td><td>1004336</td><td></td></tr><tr><td>Isopropenyl acetate</td><td>Aldrich</td><td>11778</td><td>99%</td></tr> <tr><td>Methyllithium</td><td>Aldrich</td><td>197343</td><td>1.6 M</td></tr><tr><td>THF</td><td>Aldrich</td><td>87371</td><td></td></tr><tr><td>플렉스 시약 카트리지 포도당</td><td>지멘스 헬스케어 진단</td><td>DF40</td><td></td></tr><tr><td>Trizma base</td><td>Sigma</td><td>T6066-500G</td><td>준비 트리스 버퍼 100 mM pH 7.0</td></tr><tr><td>Sodium oxamate</td><td>Sigma</td><td>O2751</td><td>20 mM</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Roche</td><td>10128015001</td><td>0.15 mM</td></tr><tr><td>b-Hydroxybutyrate 탈수소 효소</td><td>도요보</td><td>HBD-301</td><td>1 U/ml</td></tr></tbody></table>

쥐의 지역 뇌 에너지 기질 흡수의 정량적 측정을 위한 이중 추적자 pet-mri 프로토콜

A Dual Tracer PET-MRI Protocol for the Quantitative Measure of Regional Brain Energy Substrates Uptake in the Rat

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.

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...

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.

쥐의 지역 뇌 에너지 기질 흡수의 정량적 측정을 위한 이중 추적자 PET-MRI 프로토콜

We present a method for comparing the uptake of the brain&#39;s two key energy substrates: glucose and ketones (acetoacetate [AcAc] in this case) in the ...

다음 실험의 전반적인 목표는 설치류를 대상으로 PET와 MRI를 사용하여 뇌의 두 가지 핵심 에너지 기질인 포도당과 케톤의 부위별 섭취량을 정량적으로 비교하는 것입니다. 이를 위해 먼저 뇌의 해부학적 부위를 국소화하기 위한 자기공명영상 획득을 수행합니다. 두 번째 단계로, 뇌의 케톤 및 포도당 섭취 영상을 제공하는 carbon 11 acetoacetate 및 flu ROIC glucose 또는 FDG PET 획득을 수행합니다. 그 다음, PET 영상과 MR 영상을 공동 등록(coregister)합니다.두 가지 PET 추적자의 국소 뇌 섭취량을 측정하기 위해, 뇌와 혈장의 시간-방사능 곡선을 기반으로 포도당 및 케톤의 국소 뇌 대사율을 나타내는 결과를 얻습니다. 이 기술은 노화 과정 중 뇌 에너지 대사 분야의 핵심 질문, 예를 들어 연령 증가에 따른 포도당 대사의 저하가 뇌의 주요 대체 연료인 케톤에서도 동일하게 발생하는지 여부를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 뇌와 심장 모두를 정확하게 스캔하여 영상을 획득하기 위해서는 스캐너의 실제 시야(field of view)가 중요한 요인이자 제약 사항이 됩니다.현재의 동물 모델은 표적 장기의 분포를 수용하기 위해 7.5 centimeters의 시야각이 필요합니다. 테스트 스캔을 통해 스캐너 테이블의 최종 위치를 결정합니다. 우리는 케톤이 뇌 에너지 대사에 중요하다는 점을 깨달았으나 이에 대해 알려진 바가 거의 없다는 점을 인지하고 이 방법의 아이디어를 처음으로 추가했습니다.뇌가 이를 어떻게 사용하는지 그 절차를 차분하게 시연하겠습니다. Sherbrooke 분자 영상 센터의 연구 전문가와 대학원생 Michelle ett는 먼저 쥐를 이 프로토콜 시작 전 최소 7일 동안 동물 시설에서 적응시킨 후, 이중 추적자 PET 촬영 1~2주 전에 뇌 MRI 스캔을 실시하여 동물이 마취로부터 완전히 회복되도록 합니다. 쥐를 머리가 앞쪽으로 오도록 MRI 검사대 위에 복와위로 배치하고, isof fluorine을 위한 노즈콘을 장착합니다.또한 호흡률을 모니터링하고 자동 공기 가온 시스템을 통해 체온을 37 °C로 유지할 수 있도록 호흡 및 직장 프로브를 배치합니다. fast spin echo 펄스 시퀀스를 사용하여 뇌의 T2 강조 MR 영상을 획득합니다. 영상 촬영이 완료되면 쥐를 가열 매트 위에 놓고, MR 촬영 1~2주 후에 마취로부터 회복되는지 모니터링합니다. PET 스캔 전 18시간 동안 쥐를 금식시킵니다.애벌랜치 광다이오드(avalanche photo diode) 검출기, 약 7.5 cm의 축 방향 시야(axial field of view) 및 1.2 mm의 등방성 공간 분해능을 갖춘 소동물 PET 스캐너를 사용하십시오. 먼저 쥐를 유도 챔버에 넣습니다. 그런 다음 쥐를 이소플루레인(isoflurane)용 노즈콘이 장착된 가열 매트 위로 옮기고, 영상 촬영 전 동물이 완전히 마취되었는지 확인하십시오.합성 과정이 조사 종료 후 18분 정도 소요되므로, 이때 carbon 11 acetoacetate 합성을 시작하십시오. 또한 헤파린 처리된 0.9% sodium chloride 용액을 채운 PE 50 폴리에틸렌 카테터를 준비하십시오. 쥐를 옆으로 눕힌 다음, 추적자 주입을 위해 꼬리 정맥에 카테터를 삽입하십시오.전체 획득 과정 동안 혈액 샘플링을 수행할 수 있도록 중간 복측 꼬리 동맥에 두 번째 카테터를 설치합니다. 이제 쥐를 코 콘이 장착된 상태에서 머리가 먼저 오도록 복와위로 스캐너 테이블로 빠르게 옮깁니다. 그런 다음 뇌와 심장을 동시에 적절하게 영상화할 수 있도록 스캐너 테이블을 스캐너 내부로 이동시키고, 해부학적 랜드마크 위치로서 시야의 가장자리를 쥐의 눈에 맞춥니다.실험 전반에 걸쳐 호흡수를 모니터링하고 체온을 37 °C로 유지하십시오. 다음으로, 약 1 GBq/mL 농도의 carbon 11 acetoacetate 용액을 사용하여 약 50 MBq의 방사능을 가진 주사기를 준비하십시오. 45 MBq에서 55 MBq 범위까지 허용됩니다.그 다음 생리식염수로 부피를 300 microliters로 조정합니다. 주사기를 인젝션 펌프에 장착하고, 방사성 추적자의 볼루스 주입 속도를 분당 1 milliliter로, 주입 시간은 약 19초로 설정합니다. 이어서 두 번째 펌프를 설정하여 추적자가 혈액 순환계로 최적으로 주입될 수 있도록 300 microliters의 생리식염수를 즉시 분당 1 milliliter의 속도로 투여합니다.일반 샘플링 모드를 설정하고 에너지 윈도우를 250~650 keV로 맞춘 후, 볼루스 주입 시작 30초 전에 동적 PET 데이터 획득을 시작합니다. 총 스캔 시간은 20분 30초여야 합니다. 추적자 주입 전의 32번째 획득 데이터는 이후 PET 데이터에서 차감할 주변 배경 방사능 측정값을 제공합니다.Carbon 11 acetoacetate 주입 시작 후 약 15분과 18분이 경과한 시점에 200 µL의 혈액 샘플을 각각 두 번 채취하며, 혈액 응고를 방지하기 위해 매 채취 후 카테터에 헤파린 처리된 식염수를 주입합니다. 혈액 채취 시작 시간과 종료 시간을 기록하고 그 중간 시간을 계산합니다. 플라즈마를 수집하기 위해 샘플을 6,000 RPM에서 5분 동안 원심 분리해야 합니다.그런 다음 PET 스캐너로 교정된 감마 카운터를 사용하여 방사능 수치를 측정합니다. carbon 11 acetoacetate 스캔 후, 대부분의 방사능이 붕괴될 수 있도록 20분 동안 대기합니다. 이 시간 동안 농축된 FDG 용액을 사용하여 약 50 megal의 시린지를 준비합니다.다시 생리식염수로 부피를 조절하고 이전에 설명한 대로 주입 펌프를 설정하십시오. 이제 주입 전 30초를 포함하여 총 40.5분 동안 동적 획득을 시작하십시오. FDG 주입 시작 후 약 30분과 35분 시점에서 200 µL의 혈액 샘플을 각각 두 번 채취하십시오.그런 다음 FDG 획득이 끝나면 마지막으로 200 µL의 혈액 샘플을 채취합니다. 스캐닝이 완료되면, carbon 11 ACETOACETATE 획득의 경우 n이 3이고 FDG 획득의 경우 n이 7일 때, 1초 간격으로 30회, 5초 간격으로 12회, 30초 간격으로 8회, 그리고 300초 간격으로 n회라는 다음 시간 프레임 및 시퀀스에 따라 PET 영상을 재구성합니다. 분석을 시작하려면, P mode 소프트웨어 또는 그와 동등한 소동물 PET 영상 분석 시스템을 사용하여 혈장 시간-방사능 곡선(plasma time activity curve)을 생성합니다.먼저 FDG 데이터를 로드한 후, 추적자가 주로 혈액에 머무는 주입 후 첫 60초 동안의 이미지 프레임을 로드합니다. 다음으로, 수동 그리기 도구를 사용하여 좌심실 강 혈액 풀의 가장자리에서 약 1mm 안쪽 지점에 관심 영역 또는 VOI를 그립니다. 이렇게 하면 조직이 포함되지 않으며 조직의 방사능이 혈액 풀로 유입되는 현상을 방지할 수 있습니다.그런 다음 VOI를 전체 동적 영상 시리즈에 복사하고 시간에 따른 방사능 곡선을 생성합니다. 다음으로, 스프레드시트에서 영상 획득 중에 채취한 두 혈장 샘플의 방사능 수치를 사용하여 혈장 시간-방사능 곡선을 보정합니다. 여기에 제시된 식을 사용하십시오.또한 주사 전 FDG 스캔의 첫 30초 동안 carbon 11 acetoacetate의 잔류 방사능이 존재하는지 확인하십시오. 만약 존재한다면, 이후 모든 시간대별 시간-방사능 곡선(time activity curve)에서 다음 인자를 빼십시오. 다음으로, 모든 28개의 FDG 시간대 영상을 MR 영상과 동일한 방향으로 로드하고 FDG 합산 영상을 계산하십시오.그 다음 FDG 합산 영상을 MR 영상에 자동으로 공동 등록(co-registration)합니다. 모든 개별 FDG 영상 프레임에 해당 변환을 적용하고, 나중에 carbon 11 acetoacetate 영상에 적용할 변환 값을 저장합니다. 이는 carbon 11의 특성상 필요합니다.아세토아세테이트 영상은 신호 대 잡음비가 낮아 자동 공동 등록이 어렵습니다. 다음으로, 분할 소프트웨어를 사용하여 MRI 데이터를 선택하고 수동 작도를 위해 선호하는 평면을 선택합니다. 뇌, 영역 크기 및 영상 대조도에 따라 수동 또는 반자동 작도 도구를 사용할 수 있습니다.표준 쥐 뇌 아틀라스 세그먼트에 따라 뇌 구조(여기에서 보이는 전체 뇌 피질, 해마, 상구 및 소뇌 또는 필요에 따라 다른 영역)를 지정하십시오. 공동 등록된 FDG 및 carbon 11 acetoacetate 이미지에 적용할 VOI를 저장하십시오. 먼저, FDG 공동 등록 이미지에 VOI를 적용하십시오.필요한 경우 VO i 통계를 선택하여 뇌 시간-방사능 곡선을 시각화하십시오. 뇌 대사율 계산을 수행하기 위해, 이후의 모든 시간 프레임에서 처음 30초 동안의 붕괴 보정 평균 방사능을 빼서 곡선을 보정하고, 뇌 및 그에 해당하는 혈장 시간-방사능 곡선을 로드하십시오. 그런 다음 LAC 플롯 kinetic 모델을 선택하고 lumped constant를 0.48로 설정한 뒤 해당 혈장 농도를 설정하십시오.plac plot으로부터의 최대 상대 편차를 5%로 설정하고 데이터를 모델에 피팅합니다. 다음으로 carbon 11 acetoacetate와 MRI의 공동 등록을 수행합니다. 먼저, Carbon 11 acetoacetate 스캔과 동일한 프레임 수를 갖도록 처음 24개 타임프레임의 FDG 합산 영상을 계산합니다.그 다음, carbon 11 acetoacetate 영상의 공동 등록을 위해 FDG-two MRI 변환 과정을 사용하십시오. carbon 11 acetoacetate 영상에 대해 혈장 시간-방사능 곡선 계산 및 공동 등록 단계를 반복합니다. 모든 개별 carbon 11 acetoacetate 영상 프레임에 FDG 변환을 적용하십시오.마지막으로, 저장된 FDG VOI를 사용하여 lumped constant를 1로 설정하고 뇌 대사율을 다시 계산합니다. 여기에서 공동 등록(co-registration) 과정 동안 axial 평면의 정렬로 인해 MR 영상은 고정되고 PET 영상이 이동하는 것을 확인할 수 있습니다. 이 그래프는 전뇌 FDG 섭취의 키네틱 모델링을 보여줍니다.뇌 섭취 후 P 모드 소프트웨어를 사용하면 정상 상태에 도달하게 됩니다. 곡선은 직선 형태로 나타나며, 그 기울기는 뇌 유입(brain influx)을 나타냅니다. FDG의 전뇌 유입 및 분포 용적의 전형적인 값은 각각 분당 약 0.0165 min⁻¹ 및 조직 1 mL당 혈액 약 0.6425 mL입니다.본 절차를 따른 후, 전체 뇌의 예상 뇌 포도당 대사율은 100g당 분당 약 25 micromoles입니다. 추가적인 질문에 답하기 위해 웨스턴 블롯과 같은 다른 방법들을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 조건에서 포도당 및 케톤 뇌 수송체의 발현이 변화하는지 확인할 수 있습니다.본 기술의 개발을 통해, 뇌 항원 대사에 관심 있는 연구자들이 설치류 및 기타 동물 모델에서 노화, 신경퇴행성 질환, 종양 발생 및 치료와 관련된 생리적 및 병리적 과정을 연구할 수 있는 새로운 가능성이 열렸습니다. 방사선을 사용하는 작업에는 추가적인 주의가 필요합니다. 방사성 추적자는 납 차폐막 뒤에서 취급하십시오.이 실험에서는 신체용 및 링 도자미터(doza meter) 착용이 필수적입니다. 가이거 계수기를 사용하여 작업 인원 및 구역 조사를 실시하는 것은 오염 없는 작업 공간을 유지하는 데 매우 중요합니다.

a-dual-tracer-pet-mri-protocol-for-quantitative-measure-regional

Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

쥐의 국소 뇌 에너지 기질 섭취의 정량적 측정을 위한 이중 추적자 PET-MRI 프로토콜

뇌허혈로 인한 뇌 손상은 주사 가능한 방사성 프로브인 18F-fluorodeoxyglucose와 결합된 전임상 양전자 방출 단층 촬영을 사용하여 쥐에서 비침습적으로 이미지화하고 연구할 수 있습니다. 또한 VOI(Volume of Interest) 뇌 템플릿을 포함하는 최신 소프트웨어 도구를 사용하면 이러한 연구에서 수집한 정량적 정보가 크게 증가합니다.

과 양전자 방출 단층 촬영을 이용하여 비 침습적 영상 및 뇌허혈의 분석 생활 쥐<sup&gt; (18)</sup&gt; F-FDG

여기에 제시된 방법은 동시 양전자 방출 단층 촬영 및 자기 공명 영상 법을 사용한다. 대뇌 저산소증 - 허혈 모델에서, 확산 및 당 대사에 역동적 인 변화는 동안과 손상 후 발생합니다. 의미있는 멀티 모달 촬상 데이터를 취득 할 경우에이 모델 진화 재생 불가능한 손상 동시 획득을 필요.

마우스 대뇌 저산소증 - 허혈 동안 동시 PET / MRI 영상

우리는 쥐의 뇌의 편측성 반구에 반복적인 경두개 자기 자극(rTMS)을 적용하여, 양귁 선의 꼭짓점에서 1cm 측면으로 25mm 8자형 코일을 배치하고 코일을 45° 각도화하여 적용했습니다. rTMS를 위해 사내 수냉식 시스템이 20분 이상 사용되었습니다.

쥐 뇌의 일방적 인 북반구에 반복 경 두개 자기 자극

단백질 합성은 세포에 대 한 중요 한 생물학적 과정. 뇌에서는 적응 적 변화에 필요합니다. 그대로 뇌에서 단백질 합성의 속도의 측정은 신중한 방법론고려가 필요합니다. 여기에서 우리는 생체 내에서 대뇌 단백질 합성의 국소 비율의 측정을 위한 L-[1-14 C]-류신 정량적 자가 방사선 측정 방법을 제시한다.

생체 내 뇌 단백질 합성의 지역 비율 측정을 위한 정량적 자가 방사선 측정 방법

혈액 산소-레벨-종속적 기능 자기 공명 영상 (대담한 fMRI)는 해당 somatosensory 배럴 필드 피 질 영역 (S1BF 라고 함)가 올바르게 활성화, 주요 검사 후 젖 산 콘텐츠를 계량 하는 것입니다이 연구의 목표 지역화 된 양성자 자기 공명 분광학 (1H 부인) 7 t.에 의해 활성화 된 쥐 두뇌에 있는...

7 기능 자기 공명 분광학 수염 활성화 중 쥐 신 피 질에서 T

이 원고는 FDG-PET (일정한 주입 및 볼루스 플러스 주입)에 대한 두 개의 방사성 추적기 관리 프로토콜을 설명하고 볼러스 투여와 비교합니다. 16s의 시간적 해상도는 이러한 프로토콜을 사용하여 달성 할 수 있습니다.

인간의 뇌의 고시간 해상도 양전자 방출 단층 촬영을위한 방사선 추적기 관리 : FDG-fPET에 응용 프로그램

이 프로토콜은 다발성 경화증의 동물 모델에서 양성막 방출 단층 촬영 (PET) 이미징에 의해 생체 내 골수 (탈량 및 재마일레네이션)에서 모니터링하는 것을 목표로합니다.

다발성 경화증의 리솔레시틴 쥐 모델에서 골린 함량의 생체 내 측정을 위한 양전자 방출 단층 촬영

본 프로토콜은 저용량 디졸루란을 사용하여 낮은 용량의 이소플루란을 사용하여 쥐로부터 안정적인 휴식 상태 기능성 자기 공명 영상(rs-fMRI) 데이터를 낮은 용량 덱스메데토미딘과 결합하여 얻는 방법을 설명합니다.

쥐에서 휴식 상태 기능 자기 공명 이미징 데이터 획득

여기에서는 소형 동물을위한 고해상도 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여 심장 기능 및 형태를 정량화하기위한 실험 이미징 프로토콜을 제시합니다. 마우스와 쥐 모두 고려되어 두 종에 대한 컴퓨터 단층 촬영 조영제의 다양한 요구 사항을 논의합니다.

소형 동물을 위한 고해상도 심장 양전자 방출 단층 촬영/컴퓨터 단층 촬영

PET에 의한 산소 및 포도당 대사의 정량적 측정은 확립된 기술이지만 실제 프로토콜에 대한 세부 정보는 문헌에 드물게 설명되어 있습니다. 이 논문은 최첨단 양전자 방출 단층 촬영-컴퓨터 단층 촬영 스캐너에서 성공적으로 구현된 실용적인 프로토콜을 제시합니다.

Time-of-Flight 양전자 방출 단층 촬영-컴퓨터 단층 촬영 스캐너를 사용한 뇌 산소 및 포도당 대사에 대한 다중 추적 연구

동적 양전자 방출 단층촬영(PET) 데이터를 수집하고 시간 프레임으로 재구성하면 단일 피험자 수준에서 대사 뇌 연결성 분석을 수행할 수 있습니다. 쥐 뇌의 [18F]FDG 동적 PET 데이터를 획득하고 관심 볼륨의 시간-활동 곡선 추출을 통해 연결 매트릭스를 얻는 방법을 설명합니다.

단일 피험자 수준에서 2-Deoxy-2-[18F]Fluoro-D-Glucose Dynamic Positron Emission Tomography를 사용한 대사 뇌 연결성 연구

학습하세요 쥐 뇌에서 포도당과 케톤체의 지역별 흡수를 PET-MRI 이중 추적자 기법으로 정량 측정하는 방법을. 이 프로토콜은 노화 관련 뇌 에너지 대사 변화 연구에 활용됩니다.

쥐의 지역 뇌 에너지 기질 흡수의 정량적 측정을 위한 이중 추적자 PET-MRI 프로토콜

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