Niet-invasieve beeldvorming en analyse van cerebrale ischemie in Living Ratten met behulp van positron emissie tomografie met<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Samenvatting

Hersenbeschadiging als gevolg van cerebrale ischemie kan niet-invasief worden gevisualiseerd en bestudeerd bij ratten met behulp van preklinische positronemissietomografie gekoppeld aan de injecteerbare radioactieve sonde, ¹⁸F-fluorodeoxyglucose. Verder verhogen de moderne softwaretools, waaronder hersentemplates voor volume van belang (VOI), aanzienlijk de kwantitatieve informatie die uit deze studies wordt verkregen.

Samenvatting

Beroerte is de derde belangrijkste doodsoorzaak onder Amerikanen van 65 jaar of ouder ^1. De kwaliteit van leven voor patiënten die lijden aan een beroerte niet om terug te keren naar normaal in een grote meerderheid van de patiënten ^2, dat is vooral te wijten aan de huidige gebrek aan klinische behandeling voor acute beroerte. Dit vereist inzicht in de fysiologische effecten van cerebrale ischemie op hersenweefsel in de tijd en is een belangrijk gebied van actief onderzoek. Om dit te bereiken is experimentele vooruitgang geboekt met ratten als preklinisch model voor beroerte, in het bijzonder niet-invasieve methoden zoals ^{18F-fluordeoxyglucose} (FDG) gekoppeld Positron Emissie Tomografie (PET) beeldvorming ^3,10,17. Hier presenteren we een strategie voor het induceren van cerebrale ischemie bij ratten middelste cerebrale arterie occlusie (MCAO) dat werkt als focale cerebrale ischemie bij mensen en beeldvorming blijven doorwerken in 24 uur met FDG-PET gekoppeld Röntgenstraal computertomografie (CT) met een Albira PET-CT instrument. Een VOI template atlas werd vervolgens gefuseerd met de cerebrale gegevens rat aan een onpartijdige analyse van de hersenen en zijn subregio's ⁴ mogelijk te maken. Daarnaast wordt een werkwijze voor 3D-visualisatie van de FDG-PET-CT tijdsverloop gepresenteerd. Samengevat presenteren we een gedetailleerd protocol voor het initiëren, kwantificeren en visualiseren van een geïnduceerde ischemische beroerte gebeurtenis in een levend Sprague-Dawley ratten in drie dimensies met FDG-PET.

Inleiding

Beroerte is een van de belangrijkste doodsoorzaken in de ontwikkelde landen, en is direct verantwoordelijk voor de dood van 1 van de 19 Amerikanen ^1. Er wordt geschat dat ongeveer 795.000 Amerikanen ervaren beroerte per jaar, waarvan 87% van deze zijn ischemische in de natuur ^5. Tijdens een ischemische gebeurtenis, wordt continue toevoer van zuurstof en glucose naar de corticale neuronen ernstig verminderde induceren van een hypoxische omgeving, wat leidt tot cellulaire functie verminderd bij getroffen hersengebieden. Afhankelijk van de ernst van de beroerte, cerebrale doorbloeding en glucoseopname varieert in ruimte en tijd.

Schade door beroerte kan worden geïdentificeerd via niet-invasieve werkwijzen, zoals ^{18F-fluordeoxyglucose} (FDG) Positron Emissie Tomografie ^6. FDG is een glucose-analogon waarin de hydroxylgroep op de 2'-positie vervangen door positron emitterende ^18F isotoop. ^18F is Advantageous vanwege zijn lange, 110 minuten halfwaardetijd, waardoor het kan worden gebruikt om glucose gebruik in de hersenen gedetecteerd. FDG PET produceert een kwantitatief hoge resolutie kaart van deoxyglucose verbruik binnen de hersenen ⁷ als ¹⁸ F accumuleert in gebieden van hoge glucose verbruik, wat aangeeft dat dergelijke weefsels zijn zeer metabolisch actief ^8. De ^18F kern ondergaat bèta-verval, het vrijgeven van een positron, die snel vernietigt met een nabijgelegen elektronen produceren gammastralen die worden gedetecteerd door het instrument. FDG PET scans te herhalen in dezelfde persoon met ten minste 10 ¹⁸ F halfwaardetijden, of ongeveer 18 uur, tussen scans, waardoor een manier om veranderingen in hersenactiviteit volgen over de tijd in hetzelfde individu.

Preklinische diermodellen, zoals ratten, worden vaak gebruikt om de effecten van beroertes en de effectiviteit van behandelingen voor beroerte evalueren. Omdat FDG PET niet-invasief kan worden gebruikt voor het metende gevolgen van een beroerte tijd zonder verstoring van de fysiologie van het dier. Afhankelijk van de slag gebeurtenis plaats kunnen verschillende gebieden van de hersenen worden beïnvloed. Echter, met kleine dieren zoals ratten, handmatig definiëren en kwantificeren op specifieke gebieden van de rattenhersenen kan lastig zijn. Om glucose metabole activiteit vergelijken in specifieke gebieden van de rattenhersenen tijd moet volumes plaats (VOI) te kwantificeren consequent worden afgebakend. Een nauwkeurige atlas van de hersenen rat is ontwikkeld om dit probleem ⁹ te verlichten, en is omgezet in digitale vorm voor gebruik in de kwantificering van preklinische FDG-PET-data. Hier presenteren we een methode om een ​​beroerte weefselschade op een consistente, methodische manier te classificeren. De werkwijze beschrijft de chirurgische procedure voor het inleiden cerebrale ischemie in een diermodel, kwantificeren specifieke hersengebieden deelgebieden getroffen door een beroerte, en produceren een driedimensionale visualisatie van de omvang en locatie van een beroerteweefselbeschadiging met de juiste technieken en gereedschappen. Met behulp van de in deze studie beschreven methodiek, kunnen onderzoekers consequent initiëren cerebrale ischemie in proefdieren, gedrag PET-beeldvorming, en kwantificeren veranderingen in FDG opname met behulp van gedefinieerde gebieden van de hersenen in preklinische takt modellen in de tijd.

Protocol

Dier handling en alle experimenten met hen werden strikt uitgevoerd volgens de protocollen die werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite van de Universiteit van Notre Dame (Protocol nummer 14-086).

1. Dieren

1. Dieren en Stroke initiatie: Gebruik mannelijke Sprague Dawley ratten met een gewicht tussen 220 en 270 gr voor alle beroerte studies.
2. Verdoven ratten met 2,5% isofluorane (2 l / min in 100% _O2) met een neuskegel.
3. Plaats het dier in dorsale decubitus op een verwarmingselement. Band naar beneden de voorpoten.
4. Scheren ventralsurface van de nek. Prep het geschoren gebied met 70% EtOH, gevolgd door 10% providon jodium oplossing.
5. Steriele instrumenten worden gebruikt voor deze procedure; handschoenen worden vervangen nadat de prep van het dier. Steriele tip technieken worden gebruikt.
6. Met een schaar, maak 2-2.5 cm incisie evenwijdig aan de luchtpijp, 0,5 cm rechts van de luchtpijp. Met behulp van stompe dissection zoek de halsslagader.
7. Gebruik retractors te helpen visualiseren het schip. Plaats een micro klem op de gemeenschappelijke halsslagader (CCA).
8. Zoek het eerste vertakkingspunt de externe halsslagader (ECA) en de interne halsslagader (ICA) zijn. Cauterize kleinere takken aan het ECA, zoals de occipitale slagader.
9. Afbinden van de Europese Rekenkamer bij de afslag naar de schildklier slagader met een 4-0 zijden hechtdraad. De hechtingen moeten extra lengte aan arterieklem staat te stellen de hechtdraad te houden hebben.
10. Cauterize de Rekenkamer boven de hechtdraad (craniaal). Om de hechting met de hemostats klem, trek de Rekenkamer caudaal en het zal parallel met de CCA zijn.
11. Zoek de ICA en een andere micro klem om dit slagader af te sluiten.
12. Maak een klein gaatje in de Europese Rekenkamer met behulp van kleine voorjaar schaar. Steek de occluder in de Rekenkamer en bind een hechting rond de occluder om te voorkomen dat de bloedstroom.
13. Verwijder de micro klem op de ICA en vooraf de occluder tot weerstand wordt gevoeld.
    OPMERKING Zorg ervoor dat de occluder vooruitgang in de ICA en niet de pterygopalatin slagader. De occluder moet soepel te bevorderen en de witte punt moet niet worden gezien als de occluder goed is geplaatst.
14. Verwijder de micro klem van de CCA. Snijd het overtollige occluder of hechtdraad.
15. Plaats 9 mm Auto Clips om de huid incisie sluiten.
16. Verwijder het dier uit narcose en laat dieren te ontwaken. Na 2 uur:
    1. Verdoven rat met isofluraan.
    2. Verwijder de wondklemmen.
    3. Zoek het einde van de occluder en haal hem uit het midden cerebrale slagader door zachtjes te trekken op het tot het witte topje van de occluder in contact komt met de hechtingen. Trek er niet helemaal uit, zal dit leiden tot bloeden.
    4. Vervang de wond clips om de incisie.
    5. Verwijder het dier uit narcose en laat dieren te ontwaken.

2. Image Acquisition

Voeren drie PET en CT sblikjes voor elke rat. Neem een pre-scan 1-2 dagen voor het induceren van een beroerte, een basislijn voor ¹⁸ F-FDG opname. Scannen elke rat 1,5 uur na een beroerte, voordat reperfusie wordt uitgevoerd (afbeelding met occluder nog in het dier). Elke rat 26 uur na een beroerte (24 uur na reperfusie) Scannen naar hersenweefsel schade als gevolg van een beroerte letsel kwantificeren.
OPMERKING: De in de rest van het manuscript genoemde 24 uur tijdstip verwijst naar de post reperfusie toen de ratten werden gescand.

1. Verdoven ratten onder de 2,5% isofluorane gas in anesthesie kamer.
2. Injecteren ongeveer 500 iCi van ¹⁸ F-deoxyglucose (FDG) (200 ul totaal volume) in de staart ader van de rat.
3. Wacht 1 uur.
4. Plaats verdoofd rat op standaard rat bed, onder de neuskegel isofluorane anesthesie. Meet de afstand in mm tussen de neus van de rat en de rand van het bed rat voor horizontale offset.

3. Image Acquisition

1. Open Albira Suite software.
2. Selecteer overnemende partij.
3. Naam nieuwe studie.
4. Onder PET of SPECT klik op Toevoegen> Selecteer PET-protocol. Klik op Toevoegen.
5. Onder CT op Toevoegen> Selecteer CT-protocol. Klik op Toevoegen.
6. Klik nummer onder Initial horizontale positie onder PET. Stel nummer om de gemeten afstand in mm tussen de neus van de rat en de voorkant van het bed rat. Herhaal dit voor CT.
7. Stel Behoudens Rat en voer gewicht in gram.
8. Stel Verbinding FDG.
9. Stel Injectie Tijd en Injectie Datum en Dose.
10. Klik op Start Studie knop.
    OPMERKING: Na voltooiing van PET CT-scan gegevens worden automatisch opgeslagen.
11. Open Albira Reconstructor.
12. Change afwachting to Last 10 of All.
13. Selecteer scan bestandsnaam.
14. Klik op Toevoegen.
15. Klik op Start Wederopbouw. OPMERKING: Bestand wordt opgeslagen in microPET formaat.

4. beeldanalyse

1. Voeren beeldanalyse met behulp van de PMOD analyse software in combinatie met de W. Schiffer Brain Atlas.
   1. Open PMOD> Fusion.
   2. Ga naar het tabblad coregistratie Preprocessing aan de bovenkant van het scherm.
   3. Open het Load Referentie drop-down menu in het midden van het scherm en selecteer Nifti. Navigeer naar C: //PMOD3.2/resources/templates/usertemplates. Selecteer Rat (W.Schiffer) -FDG.nii en klik op Openen.
   4. Open het menu Load Input drop-down aan de rechterkant van het scherm en selecteer microPET. Navigeer naar de gewensteMicroPET bestand. Selecteer het en klik op Openen.
   5. Navigeer naar het tabblad Handmatig coregistratie aan de bovenkant van het scherm.
   6. Selecteer het vierde tabblad in het midden groep van tabbladen aan de rechterkant (Reslicing).
      OPMERKING: Twee knoppen verschijnen op de microPET scans.
   7. Gebruik de open witte rechthoek om de microPET scans en de gevulde witte rechthoek draaien om de microPET scans bewegen. Lijn de twee scans. Om dit te doen, zoekt u bezienswaardigheden zoals de harderian klieren, en de boven- en achterzijde cerebrale functies die kunnen worden gebruikt om de microPET scan met de hersenen model. Pas vervolgens de microPET scan tot het naar boven overeenkomt met de hersenen atlas (W. Schiffer).
      OPMERKING: bijvoorbeeld de harderian klieren helderder zowel de microPET scans en hersenatlas (W. Schiffer), en kan worden gebruikt als een referentie voor uitlijning.
   8. Indien nodig, draai de microPET scannen 180 ° in het coronale uitzicht en aanzienlijk in Th verhogen de scane sagittaal beeld, samen met andere kleine veranderingen oriëntatie.
   9. Ga naar het tabblad Full Screen Fusion (VOI's) aan de bovenkant van het scherm.
   10. Selecteer Bron A in de rechterbovenhoek van het scherm.
   11. Navigeer naar Sjabloon> Atlas aan de onderkant van de pagina.
   12. Selecteer Rat (W. Schiffer) uit het drop-down menu.
       LET OP: (optioneel) Terug naar de Manual coregistratie tabblad waar de atlas moet verschijnen overlay op de hersenen atlas (W. Schiffer). De atlas kan worden gebruikt om te helpen uitlijnen van de microPET scan en de hersenen atlas (W. Schiffer). Na de aanpassing terug te keren naar het tabblad Full Screen Fusion (VOI). Een sjabloon zal verschijnen op de hersenen, die aangeeft welke delen van de hersenen worden gemeten voor de VIO Statistiek.
   13. Bron B Selecteer in de rechterbovenhoek van het scherm.
   14. Selecteer de knop VOI Statistiek aan de top right van het scherm.
       OPMERKING: Een spreadsheet zal verschijnen.
   15. Selecteer Opslaan.
       OPMERKING: Een Write Zoals venster [VOI Statistieken] zal verschijnen.
   16. Selecteer Opslaan om File System.
       OPMERKING: Een PMOD (opslaan): kies componenten venster zal verschijnen.
   17. In het veld Bestandsnaam typt u de gewenste bestandsnaam.
   18. Selecteer Opslaan.
2. Voeren data-analyse met behulp van Microsoft Office Excel 2010.
   1. Open Excel.
   2. Selecteer Bestand> Openen.
   3. Verander het bestandstype van alle Excel-bestanden om alle bestanden.
   4. Navigeer naar de opgeslagen VIOSTAT bestanden. Selecteer het gewenste bestand.
      OPMERKING: Een import wizard verschijnt.
   5. Selecteer Voltooien. Als u een Mac gebruikt, dubbelklikt u op het bestand VOISTAT en het zal direct te openen als een Excel-bestand.
   6. Selecteer de kolom met het veld VoiName (REgion). Kopieer de informatie en plak het in een nieuw Excel-bestand.
   7. Selecteer de kolom met de velden gemiddeld en [01/01]. Kopieer de informatie en plak deze in het nieuwe Excel-bestand.
   8. Herhaal dit proces voor alle VOISTAT bestanden.
   9. Begin een nieuw tabblad voor elke set van gegevens.
   10. Keer terug naar het eerste tabblad. Selecteer een nieuwe cel. Bereken de verhouding van de rechterkant van een hersenpreparaat aan de linkerkant van een hersenpreparaat door de waarde van de rechterzijde van de hersenen te delen door de linkerkant van de hersenen. De hersenpreparaat behorende tot de rechterkant van de hersenen is weergegeven voor het gedeelte behorende tot de linkerkant van de hersenen. Herhaal dit voor alle de hersenen secties.
   11. Selecteer een nieuwe cel. Met de functie GEMIDDELDE het gemiddelde van elk van de eerder berekende verhoudingsgetallen in alle muizen.
   12. Selecteer een nieuwe cel. Bereken de SEM van elke sectie hersenen met STDEV en delen it door de vierkantswortel van het aantal muizen.
   13. Herhaal dit voor elke set van gegevens.

5. Afbeelding Visualisatie

1. Beelden omzetten in het bestand te analyseren formaat met behulp PMOD analyse software.
   1. Open PMOD> View.
   2. Navigeer naar het tabblad Weergave aan de bovenkant van het scherm.
   3. Open het Load drop-down menu aan de rechterkant van het scherm en selecteer microPET. Navigeer naar de gewenste microPET of CT-bestand. Selecteert u deze en drukt u op Openen.
   4. Open het opslaan drop-down menu aan de rechterkant van het scherm en selecteert u Analyseren. Navigeer naar de gewenste bestemming. Typ de gewenste naam in het veld Bestandsnaam. Selecteer Opslaan.
2. Maak image sequenties met behulp VolView beeldbewerkingssoftware.
   1. Open VolView.
   2. Selecteer Bestand openen aan de linkerkant van het scherm.
   3. Navigeer naar het analyseren versie van de CT-gegevens bestand voor de gewenste scan. Selecteert u deze en drukt u op Openen.
      OPMERKING: Een Open Wizard File verschijnt.
   4. Gebruik de standaardinstellingen van Next te drukken in popup-venster.
   5. Selecteer het tabblad Plug-ins aan de linkerkant van het scherm.
   6. Open de Plugin drop-down menu en selecteer Utility> Volumes samenvoegen.
   7. Haal het vinkje weg Rescale Components.
   8. Selecteer Toewijzen tweede ingang.
   9. Navigeer naar het analyseren versie van de microPET gegevensbestand voor dezelfde scan. Selecteert u deze en drukt u op Openen.
      OPMERKING: Een Open Wizard File verschijnt.
   10. Gebruik de standaardinstellingen van Next te drukken in elk scherm.
       OPMERKING: De microPET scan verschijnt overlay op de CT-scan.
   11. Selecteer de kleur / Dekking Settings tab aan de linkerkant van het scherm.
   12. Open de Component drop-down menu aan de onderkant rechts van het scherm. Selecteer 1.
       LET OP: Dit zal ervoor zorgen dat de CT-scan is het enige beeld wordt beïnvloed door de volgende richtingen.
   13. In de sectie scalaire Color Mapping, selecteert u de middelste punt. Verwijderen door het uit de van de slider gebied te slepen.
   14. Selecteer de linker punt.
       OPMERKING: Een venster Kleurkiezer zal verschijnen.
   15. De kleur van het zwarte punt.
   16. Selecteer het juiste punt.
       OPMERKING: Een venster Kleurkiezer zal verschijnen.
   17. De kleur van het punt wit.
   18. In de sectie scalaire Dekking Mapping, voeg een punt door in de doos ergens te klikken.
   19. Pas de sectie totdat het CT-beeld geeft alleen het skelet van de rat.
   20. Vink Inschakelen Shading.
   21. Selecteer de Rtabblad eview aan de linkerkant van het scherm.
   22. Wijzig aantal frames tot 72.
   23. Verander X rotatie tot 360.
   24. Selecteer Create.
   25. Navigeer naar de gewenste bestemming. Maak een nieuwe map om de beelden door rechts te klikken op te slaan op de lege ruimte en het selecteren Nieuw> Map.
   26. Typ de gewenste naam in het veld Bestandsnaam. Selecteer Opslaan.
       OPMERKING: Een Frame Size venster verschijnt.
   27. Selecteer OK.
   28. VolView zal de beelden te genereren. Wanneer het klaar is, verschijnt er een venster met de tekst "Uw film is succesvol aangemaakt!" Selecteer OK.
   29. Keer terug naar het tabblad Kleur / Dekking Instellingen.
   30. Onder Component Gewicht (s), past u de schuifregelaar voor component 1 dus het heeft de waardevollee van 0.
       OPMERKING: Alleen de microPET scan zal verschijnen.
   31. Herhaal de stappen 5.2.21-28 om een tweede reeks beelden te creëren.
   32. Keer terug naar het tabblad Kleur / Dekking Instellingen.
   33. Onder Component Gewicht (s), past u de schuifregelaar voor component 2 heeft dus de waarde van 0.
       OPMERKING: Alleen de CT-scan zal verschijnen.
   34. Herhaal de stappen 5.2.21-28 aan een derde reeks beelden te creëren.
3. Genereer rotatie films (getoond in video) met de ImageJ software.
   1. Open ImageJ.
   2. Selecteer Bestand> Importeren> Afbeelding Sequence.
   3. Navigeer naar het bestand met de beelden die alleen de CT-gegevens voor de pre-scan te bekijken. Selecteer het eerste beeld en druk op Selecteren.
      OPMERKING: Een venster Sequence opties zal verschijnen.
   4. Selecteer OK.
   5. Select File &# 62; Importeren> Afbeelding Sequence.
   6. Navigeer naar het bestand met de beelden die alleen de microPET data voor de pre-scan te bekijken. Selecteer het eerste beeld en druk op Selecteren.
      OPMERKING: Een venster Sequence opties zal verschijnen.
   7. Selecteer OK.
   8. Selecteer Bestand> Importeren> Afbeelding Sequence.
   9. Navigeer naar het bestand met de beelden die zowel de CT en microPET data voor de pre-scan te bekijken. Selecteer het eerste beeld en druk op Selecteren.
      OPMERKING: Een venster Sequence opties zal verschijnen.
   10. Selecteer OK.
   11. Kies Afbeelding> Stapels> Extra> Combineer.
       OPMERKING: Een Combiner venster zal verschijnen.
   12. Selecteer de Stack1 drop-down menu. Selecteer de stapel dat de CT-gegevens bevat.
   13. Selecteer de Stack2 drop-down menu. Selecteer de stapel die de Mi bevatcroPET gegevens. Selecteer OK.
       OPMERKING: Een nieuwe stapel met beide scans zal verschijnen.
   14. Kies Afbeelding> Stapels> Extra> Combineer.
       OPMERKING: Een Combiner venster zal verschijnen.
   15. Selecteer de Stack1 drop-down menu. Selecteer de stapel die de gecombineerde stapels bevat.
   16. Selecteer de Stack2 drop-down menu. Selecteer de stapel dat zowel de CT-gegevens en de microPET gegevens bevat. Selecteer OK.
       OPMERKING: Een nieuwe stapel met alle drie de scans zal verschijnen.
   17. Houd de gecombineerde stapels geopend. Herhaal de stappen 5.3.2-16 voor de 1,5 uur na de scan en de 24 uur na scan image stacks.
   18. Kies Afbeelding> Stapels> Extra> Combineer.
       OPMERKING: Een Combiner venster zal verschijnen.
   19. Selecteer de Stack1 drop-down menu. Selecteer de stapel dat alle pre scan data bevatten.
   20. Selecteer de Stack2 drop-down menu. Selecteer de stapel dat alle 1,5 uur na de scan data bevat.
   21. Controleer Combineer Verticaal.
   22. Selecteer OK.
       OPMERKING: Een nieuwe stapel met zowel de pre-scan en 1,5 uur na de scan zal verschijnen.
   23. Kies Afbeelding> Stapels> Extra> Combineer.
       OPMERKING: Een Combiner venster zal verschijnen.
   24. Selecteer de Stack1 drop-down menu. Selecteer de stapel die de gecombineerde stapels bevat.
   25. Selecteer de Stack2 drop-down menu. Selecteer de stapel dat alle scangegevens 24 uur na bevat.
   26. Controleer Combineer Verticaal.
   27. Selecteer OK.
       OPMERKING: Een nieuwe stapel met alle negen scans zal verschijnen.
   28. Selecteer Bestand> Opslaan als> AVI.
   29. Selecteer OK.
   30. Navigeer naar de gewenste bestemming. Typ de gewenste naam in de bestandsnaam Veld. Selecteer Opslaan.

Resultaten

Cerebrale ischemie werd in levende Sprague-Dawley ratten door occlusie van de middelste cerebrale slagader, gevolgd nucleaire beeldvorming uitgevoerd om de effecten vast. Levende ratten werden afgebeeld 24 uur voor inductie beroerte, alsmede 1,5 uur en 24 uur na ischemie, elk onafhankelijk injecties van ongeveer 500 uCi van ^18F-FDG die volledig vervalt binnen 18 uur. De drie detectorring Albira wordt gebruikt voor deze studies een sensitiviteit van 9%, waardoor 500 uCi redelijke dosis voor de ratten. Representatieve beeldgegevens voor PET en X-ray CT-scans worden getoond voor een rat op 24 uur voor en 24 uur na reperfusie tijdstippen in figuur 1, bovenste en onderste rijen resp. De dwarse (kaders A en E), sagittale (kaders B en F), en coronale (kaders C en G) plakken voor elke scan worden met FDG-PET data gekleurd in een & #8220; regenboog "intensiteit schaal, en overlay op de CT in grijstinten. Merk op dat CT werd gebruikt voor anatomische co-registratie van de PET-gegevens binnen de dierlijke schedel, en geen radiodensity veranderingen in het hersenweefsel werden tijdens deze experimenten genoteerd. Na 24 uur was er een dramatische afname in glucoseopname de ipsilaterale hemisfeer, suggereert wijdverbreide weefselschade door de geïnduceerde ischemische beroerte. Een 3D-weergave van de overlay wordt weergegeven in figuur 1D en H. Wanneer geroteerd op het scherm, die rendered gegevens een verbeterde visualisatie van de beroerte geïnduceerde afname in FDG opname.

Om de veranderingen in cerebrale glucoseopname kwantificeren door beroerte in een tijdruimtelijke wijze werd een VOI hersenatlas toegepast basislijn, 1,5 uur, en 24 uur (na reperfusie) voor elke scan-slag pre. Dit werd bewerkstelligd middels het PMOD software in samenhang met W. Schiffer hersenen van de rat template en atlas. Eerst PMOD werd gebruikt om elk van de rattenhersenen PET datasets transformeren naar de juiste plaats en geometrie via handmatige coregistratie met het verplaatsen en roteren gereedschappen onder de tab Reslicing. Merk op dat de schaal tool is ook beschikbaar voor de totale omvang hersenen aan te passen, indien nodig. Hoewel het gebruik van de Schiffer atlas superieur handmatig tekening VOI's in de hersenen ruimte, kan er experimentele fout veroorzaakt door onjuiste hersenen fusie zijn. Zo is in sommige gevallen een toename van het aantal dieren nodig zijn om statistische significantie te bereiken. Vervolgens werd het W. Schiffer VOI hersenatlas automatisch toegepast op de FDG accumulatie in standaard opname eenheden binnen bepaalde deelgebieden van de rattenhersenen (figuur 2) te meten. De hersenen VOI atlas kunnen ook worden gebruikt in een iteratieve wijze met de standaardbrein model verder te optimaliseren manuele samenvoeging van de experimentele gegevens. Aangezien de stoke gebeurtenis werd geïsoleerd rechts hersenhelft in elk dier, de schade to elke regio werd gekwantificeerd door het berekenen van een verhouding van glucoseopname activiteit tussen contralaterale regio (figuur 2). Het gebruik van deze verhoudingen om op een normalisering tussen rechter en linker hersenhelft, en verwijdert variabiliteit die kunnen optreden bij het vergelijken PET signaalintensiteit waarden in verschillende scans. Op 1,5 uur na een beroerte, werden ¹⁸ F-FDG uitlaten niet beïnvloed in het ischemische gebied. Daarom werden geen kwantitatieve veranderingen waargenomen in glucoseopname tussen de contralaterale en ipsilaterale hemisfeer (Figuur 3, blauwe en groene balken). Dit zou te wijten zijn aan hyper-opname van glucose door de peri-ischemische regio of verhoogd glucosemetabolisme op dit tijdstip om te compenseren voor het verlies van cellulaire ATP ^10,11. Echter, significante afname in glucoseopname in specifieke gebieden van de ipsilaterale hemisfeer waargenomen meerdere dieren (n = 5) en 24 uur na reperfusie (Figuur 3, rode balken). Other hersengebieden weergegeven weinig of geen schade in de ipsilaterale hemisfeer.

Specifiek, de gebieden van de ipsilaterale hemisfeer die consequent vertoonde verminderde FDG uitlaten waren: amygdala, caudate putamen, de auditieve, entorhinale eilandgebieden kwab, paracortex en somatosensorische gebieden van de cortex. Corticale laesies veroorzaakt als gevolg van een beroerte zijn geassocieerd met verlies van neuronale verbindingen en veranderde functionele kaarten. Structurele afwijkingen in de amygdala gevolg van een beroerte leiden tot psychopathologie en cognitieve disfunctie ^12. Het is niet verwonderlijk dat de caudatus-putamen regio werd getroffen voor FDG opname als de bloedtoevoer naar de hersenen in het laterale deel van deze regio wordt geleverd door de verstopte midden cerebrale slagader ^13. De pathologie in deze regio van knaagdier hersenen leidt tot verminderde discriminerende leren, cognitieve verwerking en niet-motorische functies ^14. Onvermogen tot het nemen van FDG werd ook waargenomen in de entorhinale cortex eend auditieve cortex in de mediale temporale kwab van de ischemische halfrond. In 2001, Davis et al. Rapporteerde dat entorhinale cortex schade bij ratten leidt tot een verminderde sensorische integratie en aanhoudende ruimtelijke leren deificits ^15. Auditieve disfunctie is gekend om in een beroerte bij mensen, maar zelden ^16. Echter, de opname van FDG door de inferior colliculus die een van de belangrijkste auditieve banen werd niet beïnvloed door beroerte in ons model. Het is aangetoond dat MCAO-geïnduceerde beroerte ratten verhogen adrenaline, noradrenaline en sympathieke activiteit als gevolg van het infarct in de insulaire cortex, een van de regio's in ons model dat arme FDG opname ¹⁷ toonde. Dit kan leiden tot wijzigingen van autonome functie die het cardiale systeem. Slechte FDG opname werd eveneens waargenomen bij de somatosensorische gebied van de frontoparietal cortex. Ischemische infarct in dit gebied is gemeld structurele afwijkingen en verlies van thalamus verbindingen veroorzaken18. Limited FDG opname werd ook waargenomen in de visuele cortex, hetgeen kan leiden tot verminderde oculaire dominantie plasticiteit, zoals in ratten neonaten onderworpen aan hypoxische ischemie ^19. Echter, verminderde FDG opname werd niet waargenomen in de superior colliculus een gebied dat betrokken is bij visuele motorische begeleiding ^20. FDG opname in de hippocampus was ook aangetast, een gebied dat belangrijk is in ruimtelijk geheugen en navigatie. Er werd consistent waargenomen dat deelgebieden van de middenhersenen, zoals de colliculus superior en inferior, het ventrale tegmentale gebied (VTA) en de bulbus olfactorius van de voorhersenen en de diepere thalamus niet werden aangetast door occlusie van de middelste halsslagader (figuur 3).

Samengenomen tonen deze resultaten aan dat FDG-PET met CT een waardevol, reproduceerbare en niet-invasieve beeldvorming strategie voor de bewaking cerebrale ischemie bij ratten in een longitudinale wijze.

Figuur 1:. PET-CT-gegevens van Ratten Voor en na cerebrale ischemie elke rij worden de respectieve dwarse (A, E), saggitale (B, F), coronale (C, G) en 3D (D, H) PET -CT gegevens van een rat 24 uur voor (bovenste rij) en 24 uur na reperfusie (of 26 uur na inductie van cerebrale ischemie; onderaan). Witte pijlen geven de locatie van verminderde FDG opname als gevolg van een beroerte schade. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2: PET gegevens in lijn met de W. Schiffer Rat Brain atlas behulp PMOD De FDG-PET-gegevens van.een rat 24 uur na reperfusie (of 26 uur na cerebrale ischemie; bovenste rij) wordt versmolten met de VOI hersenen sjabloon atlas voor analyse (onderste rij). Kleuren geven de afzonderlijke VOI's van de hersenen sjabloon atlas. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

. Figuur 3: Vertegenwoordiger kwantitatieve analyse van de glucose-opname in de hersenen van de rat door Sectie Verhoudingen van rechts naar links hersenhelft FDG-PET-signaal in Standard Uptake Eenheden uit elke regio van de W. Schiffer Rat Brain Atlas gemeld voor scans genomen vóór ischemische beroerte gebeurtenis (pre; blauw), 1,5 uur (groen) en 24 uur (rood) post-reperfusie (of 26 uur na reperfusie). Foutbalken geven standaardfout voor n = 5 rattenhersenen beroerte gebeurtenissen op elk tijdstip. ** P ≤ 0,01, * p≤ 0,05 (gepaarde t-test). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 4:. Illustratie van MCAO Chirurgie De rode lijn is de occluder dat in de externe halsslagader wordt geplaatst. De blauwe ovale vertegenwoordigt het gebied van de hersenen.

Discussie

Hier presenteren we een gedetailleerde strategie beroerte inductie, PET en gestandaardiseerde brain subregio meting van weefselschade in Sprague-Dawley ratten. Beeldvorming van kleine diermodellen, met name op het gebied van beroerte is gunstig, als behandeling voor beroerte effectief is afhankelijk van een zeer korte tijd therapeutisch. Hier presenteren we een blessure-reperfusie model, waarbij beroerte werd geïnduceerd door occlusie in de middelste cerebrale slagader, en beeldvorming uitgevoerd met FDG PET, naast een röntgen CT anatomische referentie. Gedisciplineerd metingen van FDG opname in de hersenen subregio's werd mogelijk gemaakt door nauwkeurig in kaart brengen van de VOI template atlas op de hersenen van de rat binnen de PMOD software voor beeldanalyse. Ratiometrische FDG waarden werden verzameld door corresponderende hersenen subregio's te delen in tegengestelde halve bollen, die een eenvoudige meting van de schade mogelijk maakt, terwijl het normaliseren van de variaties in de wereldwijde FDG-PET-signaal tussen verschillende dieren en tijd points. Deze metingen zijn consistent met het verwachte effect van de slag op de rattenhersenen, tonen consistent, aanzienlijk verlies van hersenweefsel glucoseopname in bepaalde gebieden van de ipsilaterale hemisfeer. Deze methode heeft het potentieel om ons vermogen om FDG PET datasets van dieren die vele soorten hersentrauma, waaronder ischemische beroerte vergelijken vergroten. Door het standaardiseren van de volumes te worden gekwantificeerd aan de overkant van hemisferen van de hersenen en over meerdere dieren, deze methode genereert consistente metingen van verminderde opname weefsel glucose. Merk op dat andere PET-tracers met hersenen opname, net als ¹¹ C-raclopride voor D2-receptoren, kunnen worden gebruikt met dit protocol ook ^21. Tenslotte wordt een werkwijze beschrijven we een ischemische beroerte in rattenhersenen in zijn skelet met grote anatomische nauwkeurigheid driedimensionaal visualiseren. Sinds-takt geïnduceerde fysiologische en functionele stoornissen tijdelijk of blijvend zijn, deze niet-invasieve methode van beeldvorming kan zijnOnderzoekers kunnen hersenbeschadiging hetzelfde dier evalueren gedurende een tijdsperiode. Het biedt een manier om neurologisch score van de ratten, alsmede beoordeling van de korte en lange termijn neurologische tekorten in hetzelfde dier. De template functie van de PMOD software maakt onderzoekers een zekere nauwkeurigheid de schade Plan en misschien correleren met neurologische sequelae en gedragspatronen.

Voor een nauwkeurige kwantificering van een beroerte schade door de hersenen subregio, de belangrijkste stap is uitlijning van de PET-gegevens met de hersenen van de rat atlas binnen PMOD. Inconsistenties in afstemming kan leiden tot een onjuiste kwantificering van de hersenen subregio's getroffen door ischemie. Zoals beschreven in het protocol stap 4.1.7, is het mogelijk om de harderian klieren plaatsen gebruiken voor het uitlijnen van de hersenatlas experimentele PET data. Gedeeltelijke volume-effecten (PVE) zijn een probleem bij dit type analyse en het algehele van hersenoedeem bouwhoogte mogelijk datkan worden afgebeeld. Signal spill optreden tussen aangrenzende volumes of de VOI zelf kunnen te klein in verhouding tot de oplossing instrument, waardoor de kwantitatieve nauwkeurigheid van de werkwijze ²² wordt verminderd. Het Albira PET wordt gebruikt in deze studies heeft drie detector ringen en levert een resolutie van 1,1 mm, die geëvolueerd van overeenkomstige ringsysteem dat van 1,5 mm ^23. Buvat en collega mee dat PVE invloed metingen van tumoren met een diameter kleiner dan 2-3x de systeemresolutie bij volledige breedte half maximum (FWHM), wat overeenkomt met een sferisch volume van 5,6-18,9 mm ³ door 3- ring Albira. Casteels et al. Onlangs verklaard dat hoeveelheden van meer dan 8 mm ³ minimale gedeeltelijke volume-effecten moderne preklinische PET scanners de resolutie in het gebied van 1,1-1,3 mm ²⁴ zal hebben. De Schiffer atlas is zorgvuldig gebouwd met deze parameters in het achterhoofd, en maakt gebruik van 58 VOI's, waarvan er 13 vallen onder de 8 mm ³ drempel. Deze omvatten de VOI's voor de rechter en linker hemisfeer van de mediale prefrontale cortex (6,3 mm ^3, R / L), de Par A Cortex (7,6 mm ^3, R / L), de superior colliculus (7,1 mm ^3, R / L) , de VTA (5,5 mm ^3, R / L), colliculus inferior (5,7 mm ^3, R / L), hypofyse (5,9 mm ^3), en de CB doorbloeding (5,1 mm ^3). Bovendien zullen metingen van de frontale cortex (1,4 mm ³ R / L) de meest gevoelige PVE vanwege zijn kleine omvang.

Studies in grotere dieren zoals ratten, die een overeenkomstige toename van de omvang van de anatomie, zal een groter aantal hersenen deelgebieden die betrouwbaar kan worden gekwantificeerd vergeleken muizen. Niettemin zijn deze werkwijzen voor beeldvorming in muizen, die hun eigen hersenatlas in PMOD die bestaat uit 18 subgebieden die hebbenbemeten PVE minimaliseren. Verder gebruik PET nog kleiner hersengebieden dan beschreven in deze studie vereisen alternatieve methode identificeren. De hier beschreven methode maakt gereglementeerd en efficiënte kwantificering van beschadiging van hersenweefsel tijd, gesegmenteerd hersenen subregio in levende ratten. Letsel door ischemie wordt hier getoond als een voorbeeld, maar de met betrekking tot kwantificering van veranderingen in hersenactiviteit methodologie kan worden toegepast op elke andere aandoening de rattenhersenen.

Concluderend kan FDG-PET-CT-gegevens van kleine dieren worden verkregen op een niet-invasieve en economische wijze, en kan gemakkelijk worden gebruikt voor kleine dieren beeldvorming in een kwantitatieve wijze. Gebruik makend van de Schiffer sjabloonhulpmiddel van de PMOD programma kunnen ischemische gebieden van de hersenen worden afgebakend en de PET-gegevens gemeten. Dit is een krachtig hulpmiddel voor de toekomstige studie van de hersenen reorganisatie, reparatie, en neurogenese na cerebrale ischemie dat developme zal bevorderennt van neuro-therapieën van gehandicapte patiënten met een beroerte. Deze visualisatie zal ook bijzonder nuttig zijn bij het evalueren van andere gevallen van hersentrauma, waar de weefselschade kan worden uitgelijnd uit afzonderlijke beeldvormende modaliteiten.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Albira PET SPECT CT	Bruker		3D moleculaire beeldvormingsapparatuur
Sprague Dawley Rats	Charles River Laboratories	400	Dierproeven
18-F-D-Glucose	Spectron		PET-verbinding
micro clamp	FST	18055-03	slagaderklem
occluder #4037	Doccol Corp.	403712PK10	chirurgische beroerte-inductie