Visualisatie en kwantificering van bruine en beige vetweefsels bij muizen met behulp van [18F] FDG Micro-PET / MR Imaging
July 1st, 2021
Functionele beeldvorming en kwantificering van thermogene vetdepots bij muizen met behulp van een micro-PET / MR-beeldvormingsgebaseerde benadering.
PET/MR-beeldvorming maakt zowel kwalitatieve als kwantitatieve metingen mogelijk aan deze metabolisch actieve bruine en beige adipocyten bij levende dieren, zodat de activiteit van deze zogenaamde thermogene adipocyten op functionele basis kan worden gemeten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de verwerving en combinatie van PET- en MRI-scans over hetzelfde onderwerp mogelijk maakt, waardoor nauwkeurige en gelijktijdige verwerving van thermogene adipocyten in verschillende depots van het kleine dier mogelijk is. Deze methode kan eenvoudig worden overgebracht naar elk preklinisch systeem of worden gewijzigd in een formaat met hoge doorvoer door tegelijkertijd meerdere muizen in beeld te brengen, waardoor de statistische kracht van de beeldvormingsgegevens tegen lagere kosten en tijd wordt verhoogd.
Om het interscapulaire bruine vetweefsel te oogsten, plaatst u een verdoofde 8 weken oude C57 Black 6-muis op een verwarmingskussen en maakt u een incisie van 2 centimeter langs de dorsale middellijn. Verwijder de iBAT-pads uit het interscapulaire gebied. Nadat het bloeden is gestopt, gebruikt u 7 millimeter roestvrijstalen wondclips om de incisie te sluiten.
Wanneer alle iBAT is verzameld, huisvest je de muizen gedurende 14 dagen op een intensive care-afdeling. Dien 5 milligram meloxicam per kilogram toe aan de muizen gedurende zes dagen en verwijder de clips zodra de wond is genezen. Om geautomatiseerde sequentiële PET/MR-scans voorafgaand aan de beeldvormingssessie mogelijk te maken, stelt u het discriminatieniveau in op 400 tot 600 kiloelektronvolt, de betrouwbaarheidsmodus op 1-3, de scantijd op 20 minuten en de onderzoeksisotoop op F-18 om de workflow voor PET-acquisitie in te stellen.
Als u T1-gewogen magnetische resonantie wilt verkrijgen voor dempingscorrectie, stelt u de gradient echo-3D-parameters in. Om T2-gewogen magnetische resonantie als anatomische referentie te verkrijgen, stelt u de Fast-spin Echo 2D-parameters in. Om reconstructie van de PET-afbeeldingen mogelijk te maken, gebruikt u het Tera-Tomo 3D-algoritme met de toevalsmodus ingesteld op 1-3 en met de verval-, dodetijd-, willekeurige, dempings- en scattercorrecties ingesteld om afbeeldingen te maken met een totale voxelgrootte van 0,3 kubieke millimeter.
Breng een dag voor het begin van het beeldvormingsonderzoek om de nauwkeurigheid van de PET-kwantificering te controleren de juiste PBM's aan en vul een spuit van 5 milliliter met F18-FDG zoals aanbevolen door de fabrikant. Gebruik een dosiskalibrator om de activiteit van de spuit te registreren en noteer het tijdstip van de meting. Gebruik in de software de geïnterpoleerde Ellipse ROI om een interessant volume te tekenen op de gereconstrueerde afbeelding van de spuit en vergelijk de teruggewonnen activiteit met de waarde gemeten met behulp van de dosiskalibrator.
Gebruik op de dag van het beeldvormingsexperiment een tang om de 18F-FDG-voorraadflacon voorzichtig achter een L-blok tafelbladschild te plaatsen en verdun een aliquot radio-isotoop in 100 tot 150 microliter steriele zoutoplossing tot een totale activiteitsconcentratie van 200 tot 250 microcuries. Trek de 18F-FDG-oplossing in een spuit van 1 milliliter uitgerust met een naald en meet de radioactiviteit met de dosiskalibrator zoals aangetoond. Noteer het gewicht van de muis die in beeld moet worden gebracht voordat u de 18F-FDG-oplossing in een staartader injecteert.
Let op de injectietijd en de resterende radioactiviteit van de spuit om vervalcorrectie mogelijk te maken. Plaats de muis vervolgens gedurende 60 minuten terug in zijn kooi. Om de geïnjecteerde 18F-FDG-activiteit te berekenen, trekt u de activiteit in de spuit vóór de injectie af van de activiteit die na de injectie is gemeten.
Schakel aan het einde van de opnameperiode van de radio-isotoop de luchtverwarmer voor het muisbed van de micro-PET/MR-scanner in. Plaats de verdoofde FDG-geïnjecteerde muis op een ademhalingspad in het scannerbed en voer een verkenningsweergave uit om de muispositie te bepalen. Pas de positie van het muisbed zodanig aan dat het hele lichaam kan worden geobserveerd, zodat het midden van het MRI-gezichtsveld samenvalt met het midden van het lichaam.
Selecteer onder PET-acquisitie de optie Bereik scannen bij eerdere acquisitie om de positie van de verkenningsweergave te gebruiken en klik op Voorbereiden om het dierenbed van MR naar PET te verplaatsen. Selecteer OK om de PET-scan te starten. Noteer de injectiedosis en de tijd gemeten voor en na toediening van 18F-FDG in de radiofarmaceutische editor en voer het gewicht van de muis in het menu Onderwerpinformatie in.
Zodra de PET-scan is voltooid, selecteert u Voorbereiden om over te gaan naar MR-beeldvorming en alle MR-acquisities in het venster met de studielijst te voltooien. Selecteer OK om de MR-scans te starten. Nadat de hele workflow is voltooid, evalueert u kort de kwaliteit van de verkregen MR-afbeeldingen in de nabewerkingssoftware en klikt u op Home om het muisbed van MR naar de oorspronkelijke positie te verplaatsen.
Wanneer alle muizen in beeld zijn gebracht, selecteert u PET-acquisitie om de gegevens in het menu Raw Scan te reconstrueren om de voltooide PET-scan te laden en selecteert u T1-gewogen MR Acquisition om een materiaalkaart te kunnen maken. Gebruik vervolgens het Tera-Tomo 3D-algoritme om de gegevens te reconstrueren zoals gedemonstreerd. De verwijdering van iBAT voorafgaand aan koudebehandeling verandert de activiteit van de iWAT, zoals blijkt uit de opmerkelijke toename van de opname van 18F-FDG in iWAT door micro-PET / MR-beeldvorming.
Bovendien zijn multiloculaire adipocyten, die kenmerkend worden waargenomen in beige vetweefsel, meer uitgesproken in iWAT van muizen na iBAT-verwijdering in vergelijking met de adipocytenmorfologie waargenomen in iWAT van sham-geopereerde dieren. Koudbehandelde, schijn-geopereerde muizen vertonen een duidelijk verhoogde 18F-FDG opname in iBAT. Muizen met hun iBAT verwijderd voorafgaand aan koude behandeling vertonen de hoogste 18F-FDG opname in de iWAT.
Inderdaad, blootstelling aan koude veroorzaakt een zevenvoudige toename van de opname van 18F-FDG in de iBAT van sham-geopereerde muizen, terwijl de verwijdering van iBAT in de koude-geïnduceerde muizen resulteert in een achtvoudige toename van 18F-FDG opname in vergelijking met thermo-neutrale muizen waarbij slechts een bescheiden tweevoudige toename wordt waargenomen. Bij het proberen van deze procedure is het belangrijk om elke muis in dezelfde positie te plaatsen voor elke PET / MRI-acquisitie om de visualisatie en kwantificering van bruine en beige adipocyten in verschillende regio's te verbeteren. Met behulp van deze methode en samen met andere MRI-methoden, zoals diffusie met beeldvorming of thermometrie, kan meer inzicht in de ruimtelijke verdeling en prevalentie van bruine en beige adipocyten bij muizen beginnen, wat mogelijk kan worden vertaald naar de mens.
Met deze methode kunnen de onderzoekers de functie van deze thermogene bruine en beige adipocyten bestuderen. Daarom zijn ze vooral krachtig bij het bestuderen van de niet-klinische thermogene paden waarin die klassieke markers niet worden gewijzigd of opgereguleerd.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie maakt gebruik van micro-PET/MR beeldvorming om thermogene vetweefsels in levende muizen te visualiseren en te kwantificeren. Met behulp van deze geavanceerde beeldvormingstechniek worden de activering en het metabolisme van bruine en beige adipocyten onder verschillende omstandigheden beoordeeld.
Belangrijke studieonderdelen
Onderzoeksgebied
- Beeldvorming van thermogeen vetweefsel
- Beoordeling van metabole activiteit
- Preklinische beeldvormingsmethoden
Achtergrond
- Bruine en beige adipocyten spelen een cruciale rol in thermogenese.
- De kwantificering van deze weefsels helpt bij het begrijpen van metabole stoornissen.
- Traditionele beeldvormingsmethoden hebben niet de mogelijkheid voor gelijktijdige beoordeling.
Gebruikte methoden
- Micro-PET en MR beeldvorming
- C57 Black 6 muizen
- Sequentiële PET/MR scans en toediening van F-18 FDG radio-isotoop
Belangrijkste resultaten
- Significante toenames in 18F-FDG opname waargenomen in vetweefsels na specifieke behandelingen.
- Verwijdering van interscapulair bruin vetweefsel verandert de metabole activiteit in andere vetdepots.
- Innovatieve beeldvormingsmethode maakt gedetailleerde visualisatie en kwantificering van vetmetabolisme mogelijk.
Conclusies
- De methode beoordeelt effectief de activiteit van thermogene adipocyten in vivo.
- Dit onderzoek vergroot de kennis van vetweefselmetabolisme en de implicaties voor metabole ziekten.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Quantitative PET/MR imaging of brown and beige adipose tissues in mice enables precise, non-invasive assessment of thermogenic depot activity, supporting early-stage metabolic target validation. This approach enhances predictive confidence in preclinical models by providing functional and anatomical data critical for obesity and metabolic syndrome research. Integration of these imaging outputs informs portfolio decisions and de-risks translational advancement of metabolic therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of thermogenic adipose tissue activity in vivo.
- Supports biological de-risking by quantifying depot-specific metabolic responses.
- Facilitates target validation for metabolic disease pathways using quantitative imaging endpoints.
- Provides mechanistic insight into compensatory activation of beige adipocytes following brown adipose tissue removal.
Screening & Assay Development
- Establishes validated imaging protocols for reproducible quantification of depot activity.
- Standardizes animal positioning and imaging parameters to ensure assay consistency.
- Delivers quantitative readouts suitable for comparative compound evaluation in metabolic studies.
- Enables scalability through potential high-throughput imaging of multiple animals.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical imaging outputs with translational biomarker strategies for metabolic disorders.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by linking functional imaging to depot-specific outcomes.
- Provides risk-adjusted data for advancing metabolic targets toward clinical development.
- Enhances predictive de-risking by correlating imaging findings with morphological adipocyte changes.
Pipeline & Workflow Integration
This PET/MR imaging protocol fits within the early discovery to preclinical validation continuum for metabolic disease research, enabling robust target evaluation and mechanistic de-risking.
- Discovery Biology: Quantifies thermogenic activity and depot mobilization to clarify metabolic pathway engagement.
- Screening: Provides standardized, reproducible imaging assays for functional evaluation of candidate interventions.
- Analytics: Generates quantitative [18F]FDG uptake data for statistical comparison across experimental groups.
- Translational Research: Bridges preclinical imaging findings to human metabolic biomarker strategies when supported by data.
- Enterprise Reuse: Offers a transferable imaging workflow adaptable to various metabolic disease models and intervention studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in metabolic target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable imaging protocols for reproducible data generation.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and optimizes resource allocation in metabolic disease portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of metabolic therapeutic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal PET/MR imaging and radiotracer handling.
- Demands access to calibrated PET/MR instrumentation and analytical software for quantitative analysis.
- Necessitates rigorous standardization of animal positioning and imaging parameters across studies.
- Adaptation to other preclinical models may require protocol optimization for anatomical and metabolic differences.
- Imaging throughput and statistical power can be increased by simultaneous scanning of multiple animals.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:10
Interscapular Brown Adipose Tissue (iBAT) Dissection
1:52
Micro-Positron Emission Tomography (PET)/Magnetic Resonance (MR) Setup
2:53
Micro-PET/MR Calibration and [18F]FDG Injection
4:28
Micro-PET/MR Acquisition
6:11
Results: [18F]FDG Uptake in iBAT and Inguinal White Adipose Tissue (iWAT) After Cold Treatment
7:21
Conclusion
