Name: Protokół PET-MRI z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru wychwytu regionalnych substratów energetycznych mózgu u szczura (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 10 s
Description: Poznaj metodę PET-MRI z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru wychwytu glukozy i ketonów w mózgu szczura. Technika ta umożliwia badanie zmian metabolicznych związanych ze starzeniem.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie było wspierane finansowo przez Fonds de la recherche en santé du Québec, Canadian Institutes of Health Research, Canadian Foundation for Innovation oraz Canada Research Chairs Secretariat (SCC). Centrum Obrazowania Molekularnego Sherbrooke jest częścią finansowanego przez FRQS Centrum Badań Klinicznych Étienne-Le Bel. Autorzy dziękują Mélanie Fortier, Jennifer Tremblay-Mercier, Alexandre Courchesne-Loyer, dr Fabien Pifferi, dr M'hamed Bentourkia, dr Otman Sarrhini, dr Jacques Rousseau, Caroline Mathieu i Mélanie Archambault za hojne wsparcie i pomoc techniczną. Autorzy dziękują za udzieloną pomoc platformie analizy i wizualizacji obrazu (http://pavi.dinf.usherbrooke.ca).

Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi Komitetu ds. Opieki i Korzystania ze Zwierząt na Université de Sherbrooke oraz Kanadyjskiej Rady ds. Opieki nad Zwierzętami. Protokół eksperymentalny został zatwierdzony przez Instytucjonalną Komisję Etyczną ds. Badań nad Zwierzętami (protokół nr 011-09).
1. Anatomia mózgu w obrazowaniu MRI
<ol>
	<li>Pozostawić szczury do aklimatyzacji w pomieszczeniu dla zwierząt przez minimum 7 dni przed rozpoczęciem protokołu. Wykonać obrazowanie MRI mózgu na 1-2 tygodnie przed protokołem PET z podwójnym znacznikiem, aby umożliwić pełny powrót do sprawności po anestezji.</li>
	<li>Zanestetyzować szczura w komorze indukcyjnej. W trakcie całego protokołu stosować 2% isofluranu i 1,5 L/min tlenu do znieczulenia. Uszczypnąć tylną łapę, aby upewnić się, że zwierzę jest w pełni zanieczulone. OSTRZEŻENIE: wdychanie isofluranu może w niektórych przypadkach powodować ból głowy, zawroty głowy lub utratę przytomności; należy go zawsze stosować w obecności systemu wymiany powietrza w odpowiednio wentylowanym pomieszczeniu.</li>
	<li>Ułożyć szczura na stole badawczym MRI w pozycji brzusznej, głową do przodu, z maską nosową do podawania isofluranu. Umieścić sondy oddechowe i rektalne. Monitorować częstotliwość oddychania podczas eksperymentu i utrzymywać temperaturę ciała na poziomie 37 °C za pomocą zautomatyzowanego systemu ogrzewania powietrzem.</li>
	<li>Nabyć obrazy MR zależne od T2 przy użyciu szybkiej sekwencji spin-echo z parametrami akwizycji szczegółowo opisanymi wcześniej11. Umieścić szczura na podgrzewanej macie podczas wybudzania z anestezji.</li>
</ol>
2. Pozyskiwanie obrazów PET z użyciem dwóch znaczników
<ol>
	<li>Użyj skanera PET dla małych zwierząt wyposażonego w detektory lawinowe na fotodiodach, z osiowym polem widzenia o szerokości ~7,5 cm i izotropową rozdzielczością przestrzenną 1,2 mm17. Ze względu na krótki okres półtrwania fizycznego, przygotuj 11C poprzez bombardowanie protonami naturalnego azotu (poprzez reakcję jądrową 14N(ρ,α)11C) w cyklotronie na miejscu przed każdym eksperymentem.</li>
	<li>Poddaj szczura 18-godzinnej głodówce przed skanowaniem PET. Głodówka pozwala na wyższe wychwyty 11C-AcAc i 18F-FDG w mózgu, co poprawia stosunek sygnału do szumu.</li>
	<li>Zpodaj szczurowi znieczulenie w komorze indukcyjnej. Przenieś szczura na matę grzewczą z maską nosową do izofluranu. W tym czasie rozpocznij syntezę 11C-AcAc. Synteza trwa 18 min od zakończenia bombardowania, zgodnie z wcześniejszym opisem1.</li>
	<li>Ułóż szczura na boku. Przygotuj cewnik polietylenowy PE50 wypełniony heparynowanym 0,9% roztworem chlorku sodu (solą fizjologiczną). Wprowadź cewnik do żyły ogonowej w celu wstrzyknięcia znacznika. Wprowadź drugi cewnik do brzusznej części tętnicy ogonowej w celu pobierania próbek krwi podczas akwizycji.</li>
	<li>Szybko przenieś szczura na stół skanera w pozycji brzusznej, głową do przodu, z maską nosową do izofluranu. Umieść sondy oddechowe i rektalne. Monitoruj częstość oddechów podczas eksperymentu i utrzymuj temperaturę ciała na poziomie 37 °C za pomocą automatycznego systemu ogrzewania powietrzem. Przesuń stół skanera do przodu, w głąb skanera, aby zapewnić odpowiednie obrazowanie mózgu i serca jednocześnie. Jako punkt orientacyjny ustaw krawędź pola widzenia na wysokości oczu szczura (przy pomocy linii laserowych).</li>
	<li>Używając stężonego roztworu 11C-AcAc (~1 GBq/ml), przygotuj strzykawkę zawierającą ~50 MBq aktywności (akceptowalny zakres to 45-55 MBq). Doprowadź objętość do 300 μl za pomocą soli fizjologicznej. OSTRZEŻENIE: Radioaktywność może być szkodliwa dla zdrowia. Należy z nią pracować zawsze za osłoną ołowianą. Eksperymentator powinien nosić dozymetr osobisty oraz pierścieniowy. Podczas eksperymentu włączony powinien być również licznik Geigera.</li>
	<li>Zamontuj strzykawkę w pompie infuzyjnej. Rozpocznij bolusową iniekcję 11C-AcAc z prędkością 1 ml/min (czas trwania iniekcji: ~19 s). Na drugiej pompie, natychmiast po zakończeniu iniekcji 11C-AcAc, rozpocznij wstrzykiwanie 300 μl soli fizjologicznej z prędkością 1 ml/min, co jest istotne dla optymalnego wprowadzenia znacznika do krwiobiegu.</li>
	<li>Rozpocznij dynamiczną akwizycję danych PET 30 s przed rozpoczęciem bolusowej iniekcji na całkowity czas trwania 20,5 min. Akwizycja danych przez 30 s przed iniekcją znacznika służy do pomiaru tła otoczenia, które zostanie następnie odjęte od danych PET. Ustaw standardowy tryb próbkowania i okno energetyczne na 250-650 keV.</li>
	<li>Pobierz dwie próbki krwi po 200 μl w ~15 i 18 min po rozpoczęciu iniekcji 11C-AcAc. Po każdym pobraniu wstrzyknij do cewnika heparynowaną sól fizjologiczną, aby zapobiec krzepnięciu krwi. Zapisz czas rozpoczęcia i zakończenia pobierania krwi i oblicz czas średni. Wirować przy 6 000 RPM przez 5 min i zebrać osocze. Zmierz zliczenia radioaktywności w osoczu za pomocą licznika gamma skalibrowanego ze skanerem PET.</li>
	<li>Po skanowaniu 11C-AcAc odczekaj 20 min, aby upewnić się, że większość radioaktywności uległa rozpadowi. Okres ten może wynosić od 15 do 30 min. Nie przesuwaj stołu skanera i pozostaw szczura pod wpływem izofluranu przez cały ten czas.</li>
	<li>W tym czasie, używając stężonego roztworu 18F-FDG (~5,5 GBq/μl), przygotuj strzykawkę zawierającą ~50 MBq. Postępuj dokładnie tak, jak opisano w krokach 2.6 i 2.7. Rozpocznij dynamiczną akwizycję o całkowitym czasie trwania 40,5 min, wliczając w to 30 s przed iniekcją. Pobierz dwie próbki krwi po 200 μl w ~30 i 35 min po rozpoczęciu iniekcji 18F-FDG.</li>
	<li>Na koniec akwizycji 18F-FDG pobierz ostatnią próbkę krwi o objętości 200 μl. Odwiruj i zbierz osocze. Próbki osocza przechowuj w temperaturze -80 °C do analizy glukozy i AcAc.</li>
	<li>Na koniec umieść szczura na macie grzewczej podczas wybudzania. Przetrzymaj zwierzę w celu długoterminowej obserwacji lub alternatywnie poddaj szczura eutanazji w celu pobrania próbek z mózgu i dalszych badań biochemicznych.</li>
	<li>Zrekonstruuj obrazy PET zgodnie z następującymi sekwencjami ram czasowych: 1 × 30 s; 12 × 5 s; 8 × 30 s oraz n × 300 s, gdzie n = 3 dla akwizycji 11C-AcAc i n = 7 dla akwizycji 18F-FDG.</li>
</ol>
3. Analiza glukozy w osoczu i AcAc
<ol>
	<li>Zmierz stężenie glukozy i AcAc w osoczu za pomocą analizatora chemii klinicznej. Przeprowadź analizy w ciągu 48 hr od pobrania krwi, aby zminimalizować dekarboksylację AcAc do acetonu. Stężenie glukozy zmierz przy użyciu zestawu DF40 zgodnie z wcześniejszym opisem18, a AcAc za pomocą kanału otwartego2. Ten typ analizatora jest dokładniejszy niż paski (0,1 μM) i posiada szeroki zakres detekcji.</li>
</ol>
4. Ilościowa analiza PET
<ol>
	<li>Do analizy obrazów PET małych zwierząt należy użyć oprogramowania PMOD  lub równoważnego systemu.</li>
	<li>Krzywa czasowo-aktywnościowa (TAC) osocza
	<ol>
		<li>Wczytaj dane 18F-FDG. Zsumuj klatki obrazu z pierwszych 60 s po wstrzyknięciu (kiedy znacznik znajduje się głównie we krwi).</li>
		<li>Za pomocą narzędzia do rysowania ręcznego wyznacz objętość zainteresowania (VOI) w puli krwi w jamie lewej komory (duża pula zlokalizowana w dolnej części obrazów). Wyznacz VOI ok. 1 mm wewnątrz krawędzi puli krwi (czerwone woksele), aby upewnić się, że nie objęła ona tkanki i uniknąć przenikania radioaktywności tkankowej do puli krwi (Rysunek 1A). Skopiuj VOI do całej dynamicznej serii obrazów i wygeneruj krzywą radioaktywności w funkcji czasu (TAC).</li>
		<li>W arkuszu kalkulacyjnym wykorzystaj odczyty radioaktywności z dwóch próbek osocza pobranych podczas akwizycji, aby skorygować TAC osocza (Rysunek 1B). Użyj następującego równania: 
		<img alt="Formuła korekcji IDIF, metoda korekcji obrazu; równania; koncepcja naukowej analizy danych" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq1.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000"> 
		Można przeprowadzić wygładzanie krzywej TAC osocza.</li>
		<li>Sprawdź, czy w pierwszych 30 s skanu 18F-FDG, przed wstrzyknięciem, występuje pozostała radioaktywność z 11C-AcAc. Jeśli tak, odejmij następujący czynnik od wszystkich kolejnych ram czasowych TAC: 
		<img alt="Diagram równania rozpadu wykładniczego, R×e^{-(ln2/t_{1/2})×T}, analiza rozpadu promieniotwórczego." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq2.jpg" width="150" data-altupdatedat="1787630408000">, 
		gdzie R to pozostała radioaktywność, t1/2  to okres połowicznego rozpadu 11C (20,4 min), a T to rama czasowa2,13. Pozostała radioaktywność z 11C-AcAc po 20 min oczekiwania może stanowić do 1,5% maksymalnych zliczeń 18F-FDG.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Korejestracja 18F-FDG/MRI
	<ol>
		<li>Zastosuj korejestrację uzyskaną dla obrazów 18F-FDG do obrazów 11C-AcAc. Jest to konieczne, ponieważ obrazy 11C-AcAc mają niski stosunek sygnału do szumu, co utrudnia automatyczną korejestrację.</li>
		<li>Wczytaj odpowiadające im dane MRI. Wczytaj wszystkie 28 ram czasowych 18F-FDG w tej samej orientacji co obrazy MR (na trzech osiach).</li>
		<li>Oblicz sumaryczny obraz 18F-FDG z 28 ram czasowych. Pozwala to uzyskać obraz z wyższą liczbą zliczeń, co ułatwia korejestrację z MRI w porównaniu do poszczególnych ramek obrazu.</li>
		<li>Wykonaj automatyczną korejestrację sumarycznego obrazu 18F-FDG z obrazami MR (Rysunek 2). Zastosuj transformację do wszystkich poszczególnych ramek obrazu 18F-FDG. Zapisz transformację, która zostanie później zastosowana do obrazów 11C-AcAc.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Objętości zainteresowania (VOIs)
	<ol>
		<li>Za pomocą oprogramowania do segmentacji, takiego jak PMOD, wybierz dane MRI i wyznacz preferowaną płaszczyznę do ręcznego rysowania. Wybierz narzędzie do rysowania ręcznego lub półautomatycznego, w zależności od wielkości regionu mózgu i kontrastu obrazu. Zlokalizuj struktury mózgu zgodnie ze standardowym atlasem mózgu szczura19.</li>
		<li>Wyznacz VOI. Jak pokazano na Rysunku 3, wysegmentuj cały mózg, korę, hipokamp, prążkowie i móżdżek, choć można wybrać inne regiony. Zapisz VOI, które zostaną zastosowane do skorejestrowanych obrazów 18F-FDG oraz 11C-AcAc.</li>
		<li>Zastosuj VOI do skorejestrowanych obrazów 18F-FDG. Wybierz statystyki VOI, aby zwizualizować TAC mózgu. W razie potrzeby skoryguj TAC, odejmując średnią radioaktywność skorygowaną o rozpad w pierwszych 30 s od wszystkich kolejnych ram czasowych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obliczanie mózgowego tempa metabolicznego
	<ol>
		<li>Wczytaj krzywe TAC mózgu i odpowiadające im krzywe TAC osocza.</li>
		<li>Wybierz model kinetyczny wykresu Patlaka20,21. Ustaw stałą zbiorczą na 0,4822 oraz odpowiadające stężenie glukozy w osoczu (Rysunek 4B). Ustaw maksymalne odchylenie względne od wykresu Patlaka na 5%. Dopasuj dane do modelu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obrazy 11C-AcAc
	<ol>
		<li>Oblicz sumaryczny obraz 18F-FDG z 24 pierwszych ram czasowych, aby uzyskać taką samą liczbę ramek jak w skanie 11C-AcAc. W przeciwnym razie korejestracja 11C-AcAc/MRI nie powiedzie się. Wykonaj automatyczną korejestrację 18F-FDG z MRI. Zapisz proces transformacji, który zostanie wykorzystany do korejestracji obrazu 11C-AcAc.</li>
		<li>Powtórz kroki 4.2 i 4.3 dla obrazów 11C-AcAc. W kroku 4.6.1 użyj transformacji 18F-FDG i zastosuj ją do wszystkich poszczególnych ramek obrazu 11C-AcAc. Powtórz kroki 4.4 i 4.5, korzystając z zapisanych VOI dla 18F-FDG. Ustaw stałą zbiorczą na 1.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Tremblay, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+synthesis+of+11C-acetoacetic+acid%2C+a+key+alternate+brain+fuel+to+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Radiat.+Isot%22%5BJournal%5D)">Automated synthesis of 11C-acetoacetic acid, a key alternate brain fuel to glucose.</a> Appl. Radiat. Isot. 65, 934-940 (2007).</li>
<li>Pifferi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mild+experimental+ketosis+increases+brain+uptake+of+11C-acetoacetate+and+18F-fluorodeoxyglucose%3A+a+dual-tracer+PET+imaging+study+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Nutr.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Mild experimental ketosis increases brain uptake of 11C-acetoacetate and 18F-fluorodeoxyglucose: a dual-tracer PET imaging study in rats.</a> Nutr. Neurosci. 14, 51-58 (2011).</li>
<li>Lopez-Grueso, R., Borras, C., Gambiniy, J., Vina, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((El+envejecimiento+y+la+ovariectomia+causan+una+disminucion+del+consumo+cerebral+de+glucosa+in+vivo+en+ratas+Wistar%5BTitle%5D)+AND+%22Revista+Espanola+de+Geriatria+y+Gerontologia%22%5BJournal%5D)">El envejecimiento y la ovariectomia causan una disminucion del consumo cerebral de glucosa in vivo en ratas Wistar.</a> Revista Espanola de Geriatria y Gerontologia. 45, 136-140 (2010).</li>
<li>Fueger, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+animal+handling+on+the+results+of+18F-FDG+PET+studies+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl.+Med%22%5BJournal%5D)">Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice.</a> J. Nucl. Med. 47, 999-1006 (2006).</li>
<li>Luo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+7-+and+19-month-old+Tg2576+mice+using+multimodal+in+vivo+imaging%3A+limitations+as+a+translatable+model+of+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Characterization of 7- and 19-month-old Tg2576 mice using multimodal in vivo imaging: limitations as a translatable model of Alzheimer's disease.</a> Neurobiol. Aging. 33, 933-944 (2012).</li>
<li>Poisnel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+regional+cerebral+glucose+uptake+in+an+APP%2FPS1+model+of+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Increased regional cerebral glucose uptake in an APP/PS1 model of Alzheimer's disease.</a> Neurobiol. Aging. 33, 1995-2005 (2012).</li>
<li>Kenney, J. M., Marinelli, L. D., Woodard, H. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracer+studies+with+radioactive+phosphorus+in+malignant+neoplastic+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Tracer studies with radioactive phosphorus in malignant neoplastic disease.</a> Radiology. 37, 683-690 (1941).</li>
<li>Cunnane, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+fuel+metabolism%2C+aging%2C+and+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Nutrition%22%5BJournal%5D)">Brain fuel metabolism, aging, and Alzheimer's disease.</a> Nutrition. 27, 3-20 (2011).</li>
<li>Shimoji, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+cerebral+glucose+metabolic+rates+in+the+anesthetized+rat+by+dynamic+scanning+with+18F-FDG%2C+the+ATLAS+small+animal+PET+scanner%2C+and+arterial+blood+sampling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl.+Med%22%5BJournal%5D)">Measurement of cerebral glucose metabolic rates in the anesthetized rat by dynamic scanning with 18F-FDG, the ATLAS small animal PET scanner, and arterial blood sampling.</a> J. Nucl. Med. 45, 665-672 (2004).</li>
<li>Tantawy, M. N., Peterson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simplified+%5B18F%5DFDG+image-derived+input+function+using+the+left+ventricle%2C+liver%2C+and+one+venous+blood+sample%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Simplified [18F]FDG image-derived input function using the left ventricle, liver, and one venous blood sample.</a> Mol. Imaging. 9, 76-86 (2010).</li>
<li>Roy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ketogenic+diet+increases+brain+glucose+and+ketone+uptake+in+aged+rats%3A+A+dual+tracer+PET+and+volumetric+MRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The ketogenic diet increases brain glucose and ketone uptake in aged rats: A dual tracer PET and volumetric MRI study.</a> Brain Res. , (2012).</li>
<li>Yu, A. S., Lin, H. D., Huang, S. C., Phelps, M. E., Wu, H. M. Quantification of cerebral glucose metabolic rate in mice using 18F-FDG and small-animal PET.. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYu%2C+AS+%22J.+Nucl.+Med.%22">J. Nucl. Med.</a>. 50, 966-973 (2009).</li>
<li>Bentourkia, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PET+study+of+11C-acetoacetate+kinetics+in+rat+brain+during+dietary+treatments+affecting+ketosis%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Endocrinol.+Metab%22%5BJournal%5D)">PET study of 11C-acetoacetate kinetics in rat brain during dietary treatments affecting ketosis.</a> Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 296, 796-801 (2009).</li>
<li>Menard, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abnormal+in+vivo+myocardial+energy+substrate+uptake+in+diet-induced+type+2+diabetic+cardiomyopathy+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Endocrinol.+Metab%22%5BJournal%5D)">Abnormal in vivo myocardial energy substrate uptake in diet-induced type 2 diabetic cardiomyopathy in rats.</a> Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 298, 1049-1057 (2010).</li>
<li>Liistro, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+glucose+overexposure+and+lack+of+acute+metabolic+flexibility+in+obesity+and+type+2+diabetes%3A+a+PET-%5B18F%5DFDG+study+in+Zucker+and+ZDF+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Brain glucose overexposure and lack of acute metabolic flexibility in obesity and type 2 diabetes: a PET-[18F]FDG study in Zucker and ZDF rats.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 30, 895-899 (2010).</li>
<li>Croteau, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-derived+input+function+in+dynamic+human+PET%2FCT%3A+methodology+and+validation+with+11C-acetate+and+18F-fluorothioheptadecanoic+acid+in+muscle+and+18F-fluorodeoxyglucose+in+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Nucl.+Med.+Mol.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Image-derived input function in dynamic human PET/CT: methodology and validation with 11C-acetate and 18F-fluorothioheptadecanoic acid in muscle and 18F-fluorodeoxyglucose in brain.</a> Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 37, 1539-1550 (2010).</li>
<li>Bergeron, M., Cadorette, J., Beaudoin, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+evaluation+of+the+LabPETTM+APD-based+digital+PET+scanner%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Nucl.+Sci%22%5BJournal%5D)">Performance evaluation of the LabPETTM APD-based digital PET scanner.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 56, 10-16 (2009).</li>
<li>Freemantle, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+response+to+a+ketogenic+breakfast+in+the+healthy+elderly%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nutr.+Health+Aging%22%5BJournal%5D)">Metabolic response to a ketogenic breakfast in the healthy elderly.</a> J. Nutr. Health Aging. 13, 293-298 (2009).</li>
<li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+rat+brain+in+stereotaxic+coordinates.+sixth+edn%22">The rat brain in stereotaxic coordinates. sixth edn</a>. , Elsevier. (2007).</li>
<li>Patlak, C. S., Blasberg, R. G., Fenstermacher, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphical+evaluation+of+blood-to-brain+transfer+constants+from+multiple-time+uptake+data%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Graphical evaluation of blood-to-brain transfer constants from multiple-time uptake data.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 3, 1-7 (1983).</li>
<li>Patlak, C. S., Blasberg, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphical+evaluation+of+blood-to-brain+transfer+constants+from+multiple-time+uptake+data.+Generalizations.%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Graphical evaluation of blood-to-brain transfer constants from multiple-time uptake data. Generalizations.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 5, 584-590 (1985).</li>
<li>Sokoloff, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+14C+deoxyglucose+method+for+the+measurement+of+local+cerebral+glucose+utilization%3A+theory%2C+procedure%2C+and+normal+values+in+the+conscious+and+anesthetized+albino+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurochem%22%5BJournal%5D)">The 14C deoxyglucose method for the measurement of local cerebral glucose utilization: theory, procedure, and normal values in the conscious and anesthetized albino rat.</a> J. Neurochem. 28, 897-916 (1977).</li>
<li>Robinson, A. M., Williamson, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+roles+of+ketone+bodies+as+substrates+and+signals+in+mammalian+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Physiological roles of ketone bodies as substrates and signals in mammalian tissues.</a> Physiol Rev. 60, 143-187 (1980).</li>
<li>Blomqvist, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+R-beta-%5B1-11C%5Dhydroxybutyrate+in+PET+studies+of+regional+cerebral+uptake+of+ketone+bodies+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Use of R-beta-[1-11C]hydroxybutyrate in PET studies of regional cerebral uptake of ketone bodies in humans.</a> Am. J. Physiol. 269, 948-959 (1995).</li>
<li>Blomqvist, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+acute+hyperketonemia+on+the+cerebral+uptake+of+ketone+bodies+in+nondiabetic+subjects+and+IDDM+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Physiol.+Endocrinol.+Metab%22%5BJournal%5D)">Effect of acute hyperketonemia on the cerebral uptake of ketone bodies in nondiabetic subjects and IDDM patients.</a> Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 283, 20-28 (2002).</li>
<li>Soret, M., Bacharach, S. L., Buvat, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Partial-volume+effect+in+PET+tumor+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nucl.+Med%22%5BJournal%5D)">Partial-volume effect in PET tumor imaging.</a> J. Nucl. Med. 48, 932-945 (2007).</li>
<li>Jiang, L., Mason, G. F., Rothman, D. L., de Graaf, R. A., Behar, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+substrate+oxidation+during+hyperketonemia+in+the+fasted+anesthetized+rat+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Cortical substrate oxidation during hyperketonemia in the fasted anesthetized rat in vivo.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 31, 2313-2323 (2011).</li>
<li>Melo, T. M., Nehlig, A., Sonnewald, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal-glial+interactions+in+rats+fed+a+ketogenic+diet%5BTitle%5D)+AND+%22Neurochem.+Int%22%5BJournal%5D)">Neuronal-glial interactions in rats fed a ketogenic diet.</a> Neurochem. Int. 48, 498-507 (2006).</li>
<li>Yudkoff, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+brain+amino+acid+metabolism+to+ketosis%5BTitle%5D)+AND+%22Neurochem.+Int%22%5BJournal%5D)">Response of brain amino acid metabolism to ketosis.</a> Neurochem. Int. 47, 119-128 (2005).</li>
<li>Matsumura, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+microPET+performance+in+analyzing+the+rat+brain+under+different+types+of+anesthesia%3A+comparison+between+quantitative+data+obtained+with+microPET+and+ex+vivo+autoradiography%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Assessment of microPET performance in analyzing the rat brain under different types of anesthesia: comparison between quantitative data obtained with microPET and ex vivo autoradiography.</a> Neuroimage. 20, 2040-2050 (2003).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Kroki krytyczne
Kluczowym krokiem w tym podwójnym protokole śledzenia PET jest możliwość jednoczesnego skanowania lewej komory serca i mózgu w tym samym czasie. Wymaga to skanera PET o wystarczającej długości osiowej, tj. minimum 7,5 cm. Potrzebnych jest kilka skanów testowych, aby określić dokładną pozycję stołu skanera (wartości x, y i z), w którym prawidłowo skanowany jest mózg i serce.
Wstrzykiwanie znacznika jest również kluczowym punktem udanego przejęci...

Kontekst i uzasadnienie
Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) umożliwia minimalnie inwazyjne badanie procesów funkcjonalnych w mózgu. Glukoza jest głównym substratem energetycznym mózgu, ale w warunkach niedoboru glukozy ketony (acetooctan [AcAc] i β-hydroksymaślan) są głównymi alternatywnymi substratami energetycznymi. Metabolizm energii mózgowej był szeroko badany za pomocą PET przy użyciu najpowszechniejszego znacznika PET, 18F-fluorodeoksyglukozy (18F-FDG), analogu glukozy. Nasza grupa niedawno opracowała nowy radioznacznik -11C-AcAc - do pomiaru metabolizmu ketonów w mózgu1. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) jest techniką o znacznie wyższej rozdzielczości (rozdzielczość 0,1 mm × 0,1 mm w płaszczyźnie) niż PET i jest potrzebne do wyraźnej lokalizacji anatomicznych obszarów mózgu wymaganych do regionalnej analizy PET metabolizmu energetycznego mózgu.
Dane PET są zwykle wyrażane jako znormalizowane wartości absorpcji (SUV)2-6. SUV to stężenie aktywności tkankowej znormalizowane przez frakcję wstrzykniętej dawki / jednostkę masy, jak pierwotnie zaproponowano ponad 70 lat temu7. Jednostki te są nadal szeroko stosowane, ponieważ wymagają prostszych metodologii pozyskiwania PET i analizy obrazu. Jednak ważnym ograniczeniem jest to, że SUV-y są jednostkami względnymi, a nie bezwzględnymi, co utrudnia porównywanie wyników z różnych badań. Ta trudność w porównaniu może przyczyniać się do sprzecznych wyników w literaturze na temat wychwytu glukozy przez mózg u osób w podeszłym wieku8. W związku z tym ilościowe tempo metabolizmu mózgu (CMR; μmol/100 g/min) ma szczególne zalety9-11. Generowanie wartości CMR wymaga dynamicznej akwizycji PET, a radioaktywność plazmy jest liczona jako funkcja czasu, tj. krzywa czasowo-aktywność plazmy (TAC) lub funkcja wejściowa. Funkcję wejściową można uzyskać przez wielokrotne pobieranie próbek krwi podczas akwizycji PET9,12 lub przez metodę funkcji wejściowej pochodzącej z obrazu (IDIF), w której obszar zainteresowania jest pobierany z puli krwi (lewa komora serca lub tętnica główna)11,13-16.
Cel
Celem naszej metody było ilościowe porównanie po raz pierwszy ilościowego pobierania dwóch kluczowych substratów energetycznych mózgu, glukozy i ketonów, za pomocą PET i MRI u gryzoni. 11C-AcAc i 18F-FDG stosowano sekwencyjnie u tego samego zwierzęcia. Protokół został opracowany w celu pomiaru wychwytów regionalnych w różnych istotnych strukturach mózgu (kora, hipokamp, prążkowie i móżdżek) wyraźnie widocznych na obrazach MR. Protokół został również specjalnie zaprojektowany, aby umożliwić analizę ilościową wychwytu znacznikowego przez mózg, tj. CMR zarówno 18F-FDG, jak i 11C-AcAc. Chociaż protokół ten został opracowany do badania substratów energetycznych mózgu, radioznaczniki, których używaliśmy, mogą zostać zastąpione innymi, a ta sama metodologia może być wykorzystana do badania różnych procesów funkcjonalnych mózgu.
Zalety w stosunku do istniejących metod
PET i MRI nie wymagają uśmiercenia zwierzęcia po jego przejęciu. W związku z tym możliwe są badania kontrolne dotyczące leczenia. W ten sposób dane wyjściowe, a następnie warunki doświadczalne, mogą być mierzone w obrębie tego samego zwierzęcia, zmniejszając w ten sposób zarówno zmienność biologiczną, jak i wymaganą liczbę zwierząt. Kluczową zaletą naszego protokołu PET z podwójnym znacznikiem jest porównanie wychwytu obu znaczników u tego samego zwierzęcia w tych samych warunkach fizjologicznych podczas tej samej sesji obrazowania, zmniejszając w ten sposób jeszcze większą zmienność biologiczną i rozbieżności systematyczne. Ten protokół PET z podwójnym znacznikiem jest możliwy do zrealizowania przede wszystkim ze względu na krótki fizyczny okres półtrwania wynoszący 11C (20,4 min) i szybkie biologiczne wymywanie 11C-AcAc, które pozostawia minimalną resztkową radioaktywność 11C podczas drugiej akwizycji z 18F-FDG. Skan MRI jest ważną cechą tego protokołu, ponieważ umożliwia badanie wychwytu znacznika w określonych obszarach mózgu. Ponadto metoda ta umożliwia bezwzględny ilościowy pomiar wychwytu znacznika mózgu w przeciwieństwie do jednostek względnych uzyskanych metodą SUV. Wreszcie, 11obrazów C-AcAc ma niski stosunek sygnału do szumu ze względu na stosunkowo niski wychwyt AcAc przez mózg w warunkach fizjologicznych, co sprawia, że automatyczna rejestracja 11obrazów C-AcAc i MR jest trudna. W związku z tym, ponieważ 11akwizycji C-AcAc i 18F-FDG jest sekwencyjnych (brak ruchu zwierzęcia), wyrównanie 18F-FDG do MRI można zastosować do 11obrazów C-AcAc.
Kluczowe dokumenty, w których protokół został użyty
Użyliśmy protokołu PET z podwójnym znacznikiem w badaniu obejmującym porównanie stanu postu i diety ketogenicznej (KD) u młodych szczurów2. Wykazaliśmy, że zarówno post, jak i KD znacznie zwiększają wychwyt mózgu zarówno 11C-AcAc, jak i 18F-FDG. Nie były to jednak wyniki ilościowe, ponieważ w tamtym czasie nie korzystaliśmy z dynamicznego obrazowania PET i metodologii modelowania kinetycznego znaczników. Następnie przeprowadziliśmy regionalne i ilościowe badanie metabolizmu mózgu u starszych szczurów, w którym oceniano wpływ starzenia się i KD na wychwyt 11C-AcAc i 18F-FDGw mózgu 11. Wykazaliśmy również, że procentowy rozkład w regionach mózgu był różny między 11C-AcAc i 18F-FDG. Co więcej, nie tylko CMR 11C-AcAc, ale także 18F-FDG było zwiększone w całym mózgu, a także w prążkowiu u starszych szczurów na KD.

<table><tbody><tr><td>Skaner MRI</td><td>Varian</td><td></td><td>7 Tesla</td></tr><tr><td>Skaner PET dla małych zwierząt</td><td>Gamma Medica</td><td>Lab-PET/-Triumph</td>Mata grzewcza <td></td></tr><tr><td></td><td>Sunbeam</td><td>PN 143937</td><td></td></tr><tr><td>System grzewczy</td><td>SA Instruments</td><td>761 100 Rev B</td><td></td></tr><tr><td>Bramkowanie oddechowe</td><td>SA Instruments</td><td>P-resp</td><td></td>firmy SAII</tr><tr><td>Analizator chemii klinicznej</td><td>Siemens Healthcare Diagnosis</td><td>765000.931</td><td>Rurki polietylenowe Dimension Xpand Plus</td></tr><tr><td>50&nbsp;</td><td>Becton Dickinson</td><td>427411</td><td></td></tr><tr><td>Pompa wtryskowa</td><td>KD Scientific</td><td>Model 210</td><td></td></tr><tr><td>Gamma-licznik</td><td>Wirówka GMI</td><td>Packard Cobra II</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thermo Scientific</td><td>75002416</td><td>Oprogramowanie Heraeus Pico 21</td></tr><tr><td>PMOD</td><td>Technologie PMOD Wersja</td><td></td><td>PMOD 3.2</td></tr><tr><td>Licznik Geigera</td><td>Fluke Biomedical</td><td>ASM-990</td><td>Zaawansowany miernik</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr> pomiarowy <tr><td>Izofluran</td><td>Abbott Laboratories, Ltd</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>0,9% roztwór NaCl</td><td>Hospira</td><td>4888010</td><td></td></tr><tr><td>Heparyna</td><td>Sandoz</td><td>1004336</td><td></td></tr><tr><td>Octan izopropenylu</td><td>Aldrich</td><td>11778</td><td>99%</td></tr> <tr><td>Aldrich metylolitowy</td><td></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>Flex wkład odczynnikowy glukoza</td><td>Siemens Healthcare Diagnosis</td><td>DF40</td><td></td></tr><tr><td>Baza Trizma</td><td>Sigma</td><td>T6066-500G</td><td>przygotuj bufor tris 100 mM pH 7,0</td></tr><tr><td>Szczawian sodu</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-hydroksymaślan dehydrogenaza</td><td>Toyobo</td><td>HBD-301</td><td>1 U/ml</td></tr></tbody></table>

protokół pet-mri z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru wychwytu regionalnych substratów energetycznych mózgu u szczura

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

Przedstawiamy metodę porównywania pobierania dwóch kluczowych substratów energetycznych w mózgu: glukozy i ketonów (w tym przypadku acetooctanu [AcAc]) u szczura. Opracowana metoda opiera się na protokole pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) u małych zwierząt, w którym każdemu zwierzęciu wstrzykuje się kolejno 11C-AcAc i 18F-fluorodeoksyglukozy (18F-FDG). Akwizycja PET z podwójnym znacznikiem jest możliwa ze względu na krótki okres półtrwania wynoszący 11C (20,4 min). Szczury przechodzą również akwizycję rezonansu magnetycznego (MRI) siedem dni przed protokołem PET. Przed analizą obrazu obrazy PET i MRI są rejestrowane jednocześnie, aby umożliwić pomiar regionalnego wychwytu mózgowego (kora, hipokamp, prążkowie i móżdżek). Ilościowa miara wychwytu 11C-AcAc i 18F-FDG w mózgu (tempo metabolizmu mózgu; μmol/100 g/min) jest określana za pomocą modelowania kinetycznego przy użyciu metody funkcji wejściowej pochodzącej z obrazu (IDIF). Nasz nowy protokół PET z podwójnym znacznikiem jest solidny i elastyczny; Dwa użyte znaczniki mogą być zastąpione różnymi radioznacznikami w celu oceny innych procesów zachodzących w mózgu. Co więcej, nasz protokół ma zastosowanie do badania zaopatrzenia mózgu w paliwo w wielu stanach, takich jak normalne starzenie się i patologie neurodegeneracyjne, takie jak choroby Alzheimera i Parkinsona.

Jak widać na Rysunku 2, wychwyt 11C-AcAc w samym mózgu jest niski. Jak wspomniano wcześniej, zużycie ketonów przez mózg podczas krótkotrwałego postu jest bardzo niskie. Wychwyt 11C-AcAc jest wyższy w języku i mięśniach policzkowych. Rzeczywiście, ketony są szybko pobierane przez mięśnie szkieletowe szczura23. W przeciwieństwie do tego, wychwyt 18F-FDG występuje głównie w mózgu i mięśniach policzkowych. Rysunek 2 pokazuje, że podczas procesu kor...

Pozytonowa tomografia emisyjna dla małych zwierząt umożliwia ocenę dwóch głównych substratów energetycznych mózgu: glukozy i ketonów. W niniejszej metodzie 11C-acetooctan i 18F-fluorodeoksyglukoza są wstrzykiwane sekwencyjnie każdemu zwierzęciu, a ich wychwyt jest mierzony ilościowo w określonych obszarach mózgu określonych na podstawie obrazów rezonansu magnetycznego.

Protokół PET-MRI z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru wychwytu regionalnych substratów energetycznych mózgu u szczura

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 ...

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest ilościowe porównanie regionalnego poboru dwóch kluczowych substratów energetycznych mózgu – glukozy i ketonów – u gryzoni z wykorzystaniem PET i MRI. Cel ten osiąga się poprzez wykonanie w pierwszym kroku obrazowania rezonansem magnetycznym mózgu w celu lokalizacji anatomicznych obszarów mózgu. W drugim kroku przeprowadzane są akwizycje PET z użyciem acetoacetanu znakowanego węglem 11 oraz glukozy znakowanej fluorem 18 (FDG), co pozwala na uzyskanie obrazów poboru ketonów i glukozy w mózgu. Następnie obrazy PET i MR są korejestrowane.Aby zmierzyć regionalne wychwyty obu znaczników PET, uzyskuje się wyniki obrazujące regionalne tempo metabolizmu mózgowego glukozy i ketonów na podstawie krzywych aktywności w czasie dla mózgu i osocza. Technika ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie metabolizmu energetycznego mózgu podczas starzenia się, takie jak to, czy pogarszający się z wiekiem metabolizm glukozy występuje również w przypadku ketonów, będących głównym alternatywnym paliwem mózgu. Faktyczne pole widzenia skanera będzie istotnym czynnikiem i ograniczeniem w celu prawidłowego pozyskania obrazów zarówno mózgu, jak i serca.Obecny model zwierzęcy będzie wymagał pola widzenia o rozmiarze 7,5 centymetrów, aby pomieścić rozkład docelowych narządów. Skanowanie testowe pozwoli wyznaczyć ostateczną pozycję stołu skanera. Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy zdaliśmy sobie sprawę, że ketony są istotne dla metabolizmu energetycznego mózgu, mimo że na ten temat znano niemal wszystko.Sposób, w jaki mózg ich używa. Procedura zostanie zaprezentowana w sposób szczegółowy. Specjalista ds. badań oraz Michelle ett, doktorantka z Sherbrooke Molecular Imaging Center, rozpoczynają od aklimatyzacji szczurów w pomieszczeniu dla zwierząt przez co najmniej siedem dni przed rozpoczęciem protokołu, a następnie wykonują skany MRI mózgu od jednego do dwóch tygodni przed badaniem PET z podwójnym znacznikiem, aby umożliwić zwierzęciu pełny powrót do sprawności po znieczuleniu. Umieść szczura na stole do badania MRI w pozycji brzusznej, głową do przodu, i załóż stożek nosowy do podawania izofluranu.Należy również odpowiednio umieścić sondy oddechowe i rektalne, aby umożliwić monitorowanie częstości oddechów oraz utrzymanie temperatury ciała na poziomie 37 degrees Celsius za pomocą automatycznego systemu ogrzewania powietrzem. Należy pozyskać obrazy MR mózgu ważone w czasie T2, wykorzystując sekwencję impulsów fast spin echo. Po zakończeniu obrazowania szczura należy umieścić na podgrzewanej macie i monitorować wybudzanie z narkozy; badanie MR powtórzyć po jednym do dwóch tygodniach. Przed badaniem PET szczura należy poddać 18-godzinnej głodówce.Należy użyć skanera PET dla małych zwierząt wyposażonego w detektory z lawinowych fotodiod, osiowym polem widzenia o szerokości około 7,5 centymetrów oraz izotropową rozdzielczością przestrzenną 1,2 milimetrów. Rozpocząć należy od umieszczenia szczura w komorze indukcyjnej. Następnie przenieść szczura na matę grzewczą z maską nosową do podawania izofluranu i upewnić się, że zwierzę jest w pełni zanieczulone przed rozpoczęciem obrazowania.W tym momencie należy rozpocząć syntezę acetoacetanu z węglem 11, ponieważ synteza trwa 18 minut od zakończenia bombardowania. Należy również przygotować cewnik polietylenowy PE 50 wypełniony heparynowanym 0,9% roztworem chlorku sodu. Szczura należy ułożyć na boku i wprowadzić cewnik do żyły ogonowej w celu iniekcji znacznika.Zainstaluj drugi cewnik w środkowej części brzusznej tętnicy ogonowej w celu pobierania próbek krwi podczas całego procesu akwizycji. Następnie szybko przenieś szczura na stół skanera w pozycji brzusznej, głową do przodu, z założonym stożkiem nosowym. Następnie wsuń stół do skanera, aby zapewnić jednoczesne i odpowiednie obrazowanie mózgu oraz serca; jako punkt orientacyjny anatomiczny ustaw krawędź pola widzenia na wysokości oczu szczura.Monitoruj częstotliwość oddychania i utrzymuj temperaturę ciała na poziomie 37 °C przez cały czas trwania eksperymentu. Następnie, używając stężonego roztworu acetoacetanu znakowanego węglem 11 o aktywności około 1 GBq/mL, przygotuj strzykawkę zawierającą około 50 MBq radioaktywności. Akceptowalny zakres wynosi od 45 do 55 MBq.Następnie uzupełnij objętość do 300 µL za pomocą soli fizjologicznej. Umieść strzykawkę w pompie infuzyjnej i ustaw bolus radioaktywnego znacznika z prędkością 1 mL/min przez czas wstrzykiwania wynoszący około 19 sekund. Następnie skonfiguruj drugą pompę, aby natychmiast podać 300 µL soli fizjologicznej z prędkością 1 mL/min w celu zapewnienia optymalnego wprowadzenia znacznika do krwiobiegu.Ustaw standardowy tryb próbkowania oraz okno energetyczne w zakresie od 250 do 650 keV i rozpocznij dynamiczną akwizycję danych PET na 30 sekund przed rozpoczęciem wstrzyknięcia bolusa. Całkowity czas skanowania powinien wynosić 20 minut i 30 sekund. Trzydziesta druga akwizycja poprzedzająca podanie znacznika służy do pomiaru tła otoczenia, które zostanie następnie odjęte od danych PET.Pobierz dwie próbki krwi o objętości 200 µL w około 15. i 18. minucie po rozpoczęciu wstrzykiwania acetoacetanu znakowanego izotopem Carbon 11, a po każdym pobraniu wstrzyknij do cewnika sól fizjologiczną z heparyną, aby zapobiec krzepnięciu krwi. Zanotuj czas rozpoczęcia i zakończenia pobierania krwi, a następnie oblicz czas średni. Próbki należy odwirować z prędkością 6 000 RPM przez pięć minut w celu wydzielenia osocza.Następnie dokonuje się pomiaru zliczeń radioaktywności przy użyciu licznika gamma skalibrowanego z PET skanerem. Po skanowaniu acetoacetanem węgla 11 należy odczekać 20 minut, aby upewnić się, że większość radioaktywności uległa rozpadowi. W tym czasie, używając stężonego roztworu FDG, należy przygotować strzykawkę o objętości około 50 µL.Ponownie dostosuj objętość za pomocą soli fizjologicznej i przygotuj pompę infuzyjną zgodnie z wcześniejszym opisem. Następnie rozpocznij dynamiczną akwizycję o całkowitym czasie trwania 40,5 minuty, ponownie uwzględniając 30 sekund przed wstrzyknięciem. Pobierz dwie 200 µL próbki krwi mniej więcej w 30. i 35. minucie po rozpoczęciu podawania FDG.Następnie, pod koniec akwizycji FDG, pobierz ostatnią próbkę krwi o objętości 200 µL. Po zakończeniu skanowania zrekonstruuj obrazy PET zgodnie z następującym harmonogramem czasowym: sekwencje 1 x 30, 12 x 5, 8 x 30 oraz n x 300 sekund, gdzie n wynosi 3 dla akwizycji ACETOACETATE znakowanego węglem 11 oraz n wynosi 7 dla akwizycji FDG. Aby rozpocząć analizę, użyj oprogramowania P mode lub równoważnego systemu do analizy obrazów PET małych zwierząt w celu wygenerowania krzywej aktywności osocza w czasie.Najpierw należy wczytać dane FDG, a następnie kilka klatek obrazu z pierwszych 60 sekund po wstrzyknięciu, kiedy znacznik znajduje się głównie we krwi. Następnie, korzystając z narzędzia do rysowania ręcznego, należy wyznaczyć obszar zainteresowania (ROI) lub objętość zainteresowania (VOI) w puli krwi w jamie lewej komory, około jednego milimetra od krawędzi puli krwi. Zapewnia to wykluczenie tkanki i zapobiega przenikaniu radioaktywności tkanki do puli krwi.Następnie skopiuj VOI na całą dynamiczną serię obrazów i wygeneruj krzywą radioaktywności w funkcji czasu. Następnie, w arkuszu kalkulacyjnym, wykorzystaj zliczenia radioaktywności dwóch próbek osocza pobranych podczas akwizycji, aby skorygować krzywą aktywności osocza w czasie. Skorzystaj z przedstawionego tutaj równania.Należy również sprawdzić, czy w pierwszych 30 sekundach skanu FDG przed iniekcją występuje pozostała radioaktywność acetoacetanu węgla 11. Jeśli tak, należy odjąć następujący czynnik od wszystkich kolejnych ram czasowych krzywej aktywności w czasie. Następnie należy załadować wszystkie 28 ram czasowych FDG w tej samej orientacji co obrazy MR i obliczyć sumaryczny obraz FDG.Następnie przeprowadź automatyczną korejestrację sumarycznego obrazu FDG z obrazami MR. Zastosuj transformację do wszystkich poszczególnych klatek obrazu FDG i zapisz transformację, która zostanie później zastosowana do obrazów acetoacetanu węgla 11. Jest to konieczne, ponieważ węgiel 11.Obrazy acetoacetanu charakteryzują się niskim stosunkiem sygnału do szumu, co utrudnia automatyczną korejestrację. Następnie, korzystając z oprogramowania do segmentacji, należy wybrać dane MRI i wskazać preferowaną płaszczyznę do ręcznego obrysowywania. W zależności od mózgu, wielkości obszaru i kontrastu obrazu można zastosować narzędzie do obrysowywania ręcznego lub półautomatycznego.Zlokalizuj struktury mózgu zgodnie ze standardowym segmentem atlasu mózgu szczura, w tym całą korę mózgową, hipokamp, ciało migdałowate i móżdżek, jak pokazano tutaj, lub inne regiony, jeśli jest to konieczne. Zapisz obszary zainteresowania (VOI), które zostaną zastosowane do zarejestrowanych obrazów FDG i acetoacetanu węgla 11. W pierwszej kolejności zastosuj VOI do zarejestrowanych obrazów FDG.W razie potrzeby wybierz statystyki VO i zwizualizuj krzywą aktywności mózgu w czasie. Skoryguj krzywą, odejmując średnią radioaktywność skorygowaną o rozpad z pierwszych 30 sekund od wszystkich kolejnych ram czasowych, aby przeprowadzić obliczenie mózgowego tempa metabolizmu, a następnie załaduj krzywe aktywności mózgu i odpowiadającej im plazmy. Następnie wybierz model kinetyczny wykresu LAC, ustaw stałą zbiorczą na 0,48 oraz wprowadź odpowiadające stężenie w plazmie.Ustaw maksymalne odchylenie względne od wykresu plac na 5% i dopasuj dane do modelu. Następnie przeprowadź korejestrację obrazów MRI z obrazami acetoacetanu węgla 11. Najpierw oblicz sumaryczny obraz FDG z pierwszych 24 ram czasowych, aby uzyskać taką samą liczbę ramek jak w skanie acetoacetanu węgla 11.Następnie należy wykorzystać proces transformacji FDG do dwóch obrazów MRI w celu korejestracji obrazów acetoacetanu węgla 11. Powtórz obliczenia krzywych aktywności w osoczu w czasie oraz kroki korejestracji dla obrazów acetoacetanu węgla 11. Zastosuj transformację FDG do wszystkich poszczególnych klatek obrazów acetoacetanu węgla 11.Na koniec, użyj zapisanych obszarów zainteresowania (VOI) dla FDG i ponownie oblicz mózgowy wskaźnik metaboliczny, przyjmując wartość stałej zbiorczej równą jeden. Tutaj widać, że podczas procesu korejestracji obrazy MR pozostają nieruchome, a obrazy PET są przesuwane w celu dopasowania w płaszczyźnie osiowej. Ten wykres przedstawia modelowanie kinetyczne wychwytu FDG w całym mózgu.Po wchłanianiu do mózgu, przy użyciu oprogramowania w trybie P, osiągany jest stan stacjonarny. Krzywa przyjmuje postać linii prostej, której nachylenie reprezentuje napływ do mózgu. Typowe wartości napływu do mózgu oraz objętości dystrybucji w całym mózgu dla FDG wynoszą odpowiednio około 0,0165 min⁻¹ oraz około 0,6425 ml krwi na ml tkanki.Oczekiwany mózgowy wskaźnik metaboliczny glukozy w całym mózgu wynosi około 25 mikromoli na minutę na 100 gramów po zastosowaniu tej procedury. W celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania można przeprowadzić inne metody, takie jak western blot. Przykładowo, można sprawdzić, czy ekspresja transporterów glukozy i ketonów w mózgu ulega modyfikacji w określonym stanie.Dzięki opracowaniu tej techniki otworzyliśmy nowe możliwości dla badaczy zainteresowanych metabolizmem antygenów mózgowych, pozwalające na badanie procesów fizjologicznych i patologicznych związanych ze starzeniem się, chorobami neurodegeneracyjnymi oraz rozwojem i leczeniem nowotworów u gryzoni i w innych modelach zwierzęcych. Praca z promieniowaniem wymaga zachowania dodatkowych środków ostrożności. Praca z izotopem radioaktywnym powinna odbywać się za osłoną ołowianą.Podczas tego eksperymentu wymagane jest noszenie dozymetru osobistego oraz pierścieniowego. Przeprowadzanie pomiarów osób oraz powierzchni za pomocą licznika Geigera jest niezbędne do utrzymania wolnego od skażenia miejsca pracy.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Protokół PET-MRI z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru poboru regionalnych substratów energetycznych mózgu u szczurów

Uszkodzenia mózgu wynikające z niedokrwienia mózgu mogą być nieinwazyjnie obrazowane i badane u szczurów za pomocą przedklinicznej pozytonowej tomografii emisyjnej połączonej z wstrzykiwaną sondą radioaktywną, 18F-fluorodeoksyglukozą. Co więcej, wykorzystanie nowoczesnych narzędzi programowych, które zawierają szablony mózgu dotyczące ilości zainteresowania (VOI), znacznie zwiększa ilość informacji uzyskanych z tych badań.

Nieinwazyjne obrazowanie i analiza niedokrwienia mózgu u żywych szczurów przy użyciu pozytonowej tomografii emisyjnej z 18F-FDG

Przedstawiona tutaj metoda wykorzystuje jednoczesną pozytonową tomografię emisyjną i obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego. W modelu niedotlenienia i niedokrwienia mózgu dynamiczne zmiany w dyfuzji i metabolizmie glukozy zachodzą w trakcie i po urazie. Ewoluujące i niepowtarzalne uszkodzenia w tym modelu wymagają jednoczesnej akwizycji, jeśli mają zostać pozyskane znaczące dane obrazowania multimodalnego.

Jednoczesne obrazowanie PET/MRI podczas niedotlenienia-niedokrwienia mózgu myszy

Zastosowaliśmy powtarzalną przezczaszkową stymulację magnetyczną (rTMS) do jednostronnej półkuli mózgu szczura, umieszczając 25-milimetrową cewkę cyfry 8 1 cm bocznie do wierzchołka na linii dwuusznej i kątując cewkę o 45°. Własny system chłodzenia wodą był używany w rTMS przez ponad 20 minut.

Powtarzająca się przezczaszkowa stymulacja magnetyczna jednostronnej półkuli mózgu szczura

Synteza białek jest krytycznym procesem biologicznym dla komórek. W mózgu jest niezbędna do zmian adaptacyjnych. Pomiar tempa syntezy białek w nienaruszonym mózgu wymaga starannych rozważań metodologicznych. W tym artykule przedstawiono ilościową metodę autoradiograficzną L-[1-14C]-leucyny do oznaczania regionalnych szybkości syntezy białek mózgowych in vivo.

Ilościowa metoda autoradiograficzna do oznaczania regionalnych szybkości syntezy białek mózgowych in vivo

Po sprawdzeniu za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego zależnego od poziomu tlenu we krwi (BOLD fMRI), że odpowiedni obszar kory somatosensorycznej pola beczkowego (zwany S1BF) jest prawidłowo aktywowany, głównym celem tego badania jest ilościowe określenie wahań zawartości mleczanu w aktywowanych mózgach szczurów za pomocą zlokalizowanej spektroskopii rezonansu magnetycznego protonów (1H-MRS) przy 7 T.

Funkcjonalna spektroskopia rezonansu magnetycznego przy 7 t w korze lufy szczura podczas aktywacji wąsów

Ten manuskrypt opisuje dwa protokoły podawania radioznaczników dla FDG-PET (infuzja stała i bolus plus infuzja) i porównuje je do podawania w bolusie. Rozdzielczości czasowe 16 s są osiągalne przy użyciu tych protokołów.

Podawanie radioznacznika w pozytonowej tomografii emisyjnej ludzkiego mózgu o wysokiej rozdzielczości czasowej: zastosowanie do FDG-fPET

Ten protokół ma na celu monitorowanie in vivo zmian mielinowych (demielinizacja i remielinizacja) za pomocą obrazowania metodą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) w zwierzęcym modelu stwardnienia rozsianego.

Obrazowanie pozytonowej tomografii emisyjnej do pomiaru in vivo zawartości mieliny w szczurzym modelu stwardnienia rozsianego z lizolecytyną

Ten protokół opisuje metodę uzyskiwania danych z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (rs-fMRI) w stabilnym stanie spoczynku od szczura przy użyciu niskiej dawki izofluranu w połączeniu z niską dawką deksmedetomidyny.

Akwizycja danych z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego w stanie spoczynku u szczura

Tutaj prezentujemy eksperymentalny protokół obrazowania do ilościowego oznaczania funkcji i morfologii serca za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej/tomografii komputerowej o wysokiej rozdzielczości dla małych zwierząt. Pod uwagę brane są zarówno myszy, jak i szczury, omawiając różne wymagania dotyczące środków kontrastowych w tomografii komputerowej dla tych dwóch gatunków.

Pozytonowa tomografia emisyjna serca o wysokiej rozdzielczości/tomografia komputerowa dla małych zwierząt

Ilościowe pomiary metabolizmu tlenu i glukozy za pomocą PET są uznanymi technologiami, ale szczegóły praktycznych protokołów są rzadko opisane w literaturze. W artykule przedstawiono praktyczny protokół, który z powodzeniem został wdrożony na najnowocześniejszym skanerze pozytonowej tomografii emisyjnej i tomografii komputerowej.

Wielośladowe badania metabolizmu tlenu i glukozy w mózgu przy użyciu skanera pozytonowej tomografii emisyjnej i tomografii komputerowej czasu przelotu

Akwizycja danych z dynamicznej pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i rekonstrukcja w przedziałach czasowych pozwala na analizę metabolicznej łączności mózgu na poziomie pojedynczego podmiotu. Opisujemy metodę pozyskiwania [18F]FDG dynamicznych danych PET mózgu szczura i uzyskania macierzy połączeń poprzez ekstrakcję krzywych czasowo-aktywnych o interesujących nas objętościach.

Badanie metabolicznych połączeń mózgu za pomocą dynamicznej pozytonowej tomografii emisyjnej 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukozy na poziomie pojedynczego obiektu

Poznaj metodę PET-MRI z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru wychwytu glukozy i ketonów w mózgu szczura. Technika ta umożliwia badanie zmian metabolicznych związanych ze starzeniem.

Protokół PET-MRI z podwójnym znacznikiem do ilościowego pomiaru wychwytu regionalnych substratów energetycznych mózgu u szczura

Przeglądaj więcej filmów