Het menselijk brein is een zware verbruiker van zuurstof en glucose voor de stofwisseling. Een deel van het glucosemetabolisme in het gezonde menselijk brein vindt plaats buiten het zuurstofgebruik, bekend als aërobe glycolyse (AG) in de hersenen, waarvan de doeleinden intensief worden onderzocht 1,2,3,4,5. Eerdere studies in diermodellen en mensen rapporteren een verband tussen AG en ontwikkeling en veroudering, synaptische en neurietontwikkeling, geheugen, amyloïde afzetting bij de ziekte van Alzheimer en functie en ziekte van witte stof 1,6,7,8,9,10,11,12,13 . Er is dus voortdurende belangstelling voor het bestuderen van AG en andere aspecten van het hersenmetabolisme om het menselijk brein beter te begrijpen naarmate het ouder wordt en letsel en ziekte oploopt.
Op dit moment vereisen methoden voor het evalueren van AG in vivo van de menselijke hersenen PET-beeldvorming met meerdere zuurstof- en glucoseradiotracers om elk van de cerebrale metabolische snelheid van glucose (CMRGlc)14, cerebrale metabolische snelheid van zuurstof (CMRO2)15, cerebrale bloedstroom (CBF)16 en cerebrale bloedvolume (CBV)17 te meten.. Naast beeldvorming vereist het kwantitatief meten van het hersenmetabolisme met PET andere complexiteiten, waaronder het evalueren van de arteriële inputfunctie, meestal via invasieve arteriële canulatie en bemonstering; ervoor zorgen dat de deelnemers de instructies voor het inademen van de radiotracer nauwkeurig opvolgen terwijl de beweging van het hoofd wordt beperkt; veilig en effectief omgaan met radiotracers met een zeer korte halfwaardetijd (2 min); het beheren van grote datasets; en het uitvoeren van geavanceerde analytische methoden om metabole parameters nauwkeurig te berekenen. Ook opmerkelijk zijn de beperkingen van het gebruik van [18F]FDG voor de schatting van CMRGlc 5,14.
Dit protocol behandelt praktische zaken die in onze ervaring het meest relevant zijn voor het succesvol meten van kwantitatief hersenmetabolisme. Dit protocol bevat een beschrijving van essentiële procedures en waarschuwingen om veelvoorkomende fouten te voorkomen. Het stelt een zorgvuldige bespreking uit van meer algemene principes van metabolisme, neurowetenschappen, beeldvorming, tracerkinetiek en methoden voor het afleiden van radiotracer PET-beeldvorming. Het beoogde publiek omvat beginners op het gebied van metabole metingen met behulp van PET, maar ook meer ervaren PET-onderzoekers en clinici die geïnteresseerd zijn in het gebruik van 15O radiotracers. Dit protocol gaat uit van vertrouwdheid met menselijke beeldvormingsonderzoeken, invasieve medische procedures, radiotracers en kwantitatieve inferentiemethoden. Er bestaan talrijke, uitstekende referenties over PET-beeldvorming van de hersenen in het algemeen18, en voor 15O-zuurstof PET meer specifiek19. Voor [18F]FDG, evenals andere praktische zaken van het uitvoeren van PET, biedt Turku PET Centre waardevol referentiemateriaal en links naar de uitgebreide primaire onderzoeksliteratuur20.
De protocolsecties beginnen met relevante overwegingen met betrekking tot de selectie van deelnemers die essentieel zijn voor naleving en succesvol scannen. Vervolgens schetst het protocol aspecten die betrekking hebben op ondersteunend scannen met MRI voor neuroanatomie. Vervolgens beschrijft het protocol klinische laboratoriumorders die maatregelen bevatten die belangrijk zijn voor de kwantificering van het zuurstof- en glucosemetabolisme. Vervolgens somt het protocol zaken op die te maken hebben met het cyclotron en de levering van radiofarmaceutica. Beschrijvingen nemen slechts het perspectief in van onderzoekers die werken op het zorgpunt in de beeldvormingsfaciliteit, waarbij overwegingen worden weggelaten die vereist zijn voor cyclotronfaciliteiten en personeel. Vervolgens beschrijft het protocol het voorbereiden en beheren van arteriële lijnen. Het opzetten en onderhouden van verkeersaders vereist het voldoen aan nalevingscriteria die specifiek zijn voor instellingen, en het protocol schetst succesvolle workflows. Vervolgens biedt het protocol de essentiële operationele procedures voor het scannen met PET, inclusief details over de positionering van de deelnemer, CT voor verzwakkingscorrectie, toediening van radiofarmaceutica en het uitvoeren van arteriële metingen. Veneuze bemonstering bespreekt mogelijke alternatieven voor arteriële bemonstering bij metingen van CMRGlc met [18F]FDG. Een hoofdstuk over de reconstructie van PET-beelden en de opslag van gegevens, details, softwareparameters en praktische zaken op het gebied van informatietechnologie. In het gedeelte over ontslag en follow-up van deelnemers worden essentiële mededelingen voor de veiligheid van de deelnemers opgemerkt. Ook belangrijke kalibratiewerkzaamheden komen aan bod. Veel geschikte analysemethoden en kinetische modellen zijn goed beschreven in gepubliceerde wetenschappelijke rapporten en hun talrijke antecedenten; Dit protocol leidt de lezer dus grotendeels naar referenties van gepubliceerde benaderingen. Representatieve resultaten illustreren de succesvolle implementatie van protocollen. In het discussiegedeelte worden de voordelen en beperkingen van het protocol, het potentieel ervan in de menselijke neurowetenschappen en zaken met betrekking tot veiligheid uitgewerkt.