Jednoczesne obrazowanie PET/MRI podczas niedotlenienia-niedokrwienia mózgu myszy
20 września 2015
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.
Ogólnym celem tej procedury jest jednoczesne uzyskanie danych z tomografii emisyjnej i rezonansu magnetycznego w momencie wystąpienia niedotlenienia niedokrwiennego. Osiąga się to poprzez pierwsze podwiązanie, tętnicę szyjną wspólną jednostronnie u myszy. Drugim krokiem jest przygotowanie zwierzęcia do obrazowania i pozyskanie wyjściowych danych PET i MRI.
Ostatnim krokiem jest pozyskanie danych obrazowych w trakcie i po prowokacji hipoksyjnej. Ostatecznie jednoczesna akwizycja PET i MRI jest wykorzystywana do wykazania zmian w dyfuzji wody i wychwytie deoksyglukozy przez grypę w zmianie chorobowej podczas i po niedotlenieniu. Metoda ta może dostarczyć informacji na temat dynamicznych zmian w fizjologii i biochemii podczas udaru, ale może być również stosowana w innych przypadkach, gdy obserwowany układ nie jest w stanie ustalonym, ale ulega zmianie.
Przygotuj sterylne pole operacyjne za pomocą pokazanych tutaj narzędzi, wygodnie rozmieszczonych na zewnątrz. Włącz poduszkę grzewczą i upewnij się, że osiąga 37 stopni Celsjusza. Przed rozpoczęciem zabiegu.
Znieczulij mysz za pomocą jednego do 3% fluoru i nałóż maść okulistyczną na oczy. Ułóż go w pozycji leżącej na plecach i potwierdź sedację ściśnięciem palca u nogi. Następnie nałóż krem detykulacyjny na dolną część szyi i górną część klatki piersiowej za pomocą jednego lub dwóch bawełnianych wacików.
Odczekaj około dwóch minut, a następnie usuń włosy i krem za pomocą mokrej gazy, gdy obszar będzie wolny od włosów. Wysterylizuj obszar nacięcia za pomocą Betadine, nakładając go okrężnie od wewnątrz na zewnątrz. Przebierz się w sterylne rękawiczki chirurgiczne i za pomocą nożyczek chirurgicznych wykonaj jednocentymetrowe nacięcie wzdłuż linii środkowej dolnej części szyi.
Ostrożnie oddziel zewnętrzną skórę od otaczającej powięzi za pomocą nożyczek chirurgicznych. Za pomocą dwóch kleszczyków do szycia mikro tęczówki MCFE sin . Usuń tkankę łączną.
Przejdź między poduszeczkami tłuszczowymi pamięci i oddziel prawą wspólną tętnicę szyjną od powięzi. Uważaj, aby nie uszkodzić żył lub nie zakłócić nerwu błędnego. Następnie użyj kleszczy, aby zewnętrzizować prawą tętnicę szyjną wspólną.
W stabilnej pozycji nałóż kilka kropli soli fizjologicznej, aby zapobiec wysychaniu powyżej dwóch do trzech centymetrów sześciocentymetrowego jedwabnego szwu pod prawą tętnicą szyjną wspólną i podwiązanego za pomocą podwójnego węzła kwadratowego. Następnie powtórz podwiązanie, używając drugiej długości szwu. Zmień położenie prawej tętnicy szyjnej wspólnej i usuń nadmiar płynu z otworu za pomocą sterylnego wacika zakończonego gąbką.
Następnie zamknij nacięcie sześcioma jedwabnymi szwami OTT i nałóż lidokainę miejscowo do siedmiu miligramów na kilogram. Postępuj zgodnie z wytycznymi specyficznymi dla Twojej instytucji dotyczącymi chirurgicznego leczenia bólu. Wykonuj monitorowanie pooperacyjne podczas rekonwalescencji, dopóki mysz nie będzie gotowa do obrazowania.
Sprawdź działanie przepływomierzy tlenu i azotu, najpierw włączając źródła tlenu i azotu w powietrzu. Następnie włącz przepływomierze z natężeniem przepływu jednego litra na minutę. Ustaw przepływ tlenu na 114,3 miligrama na minutę, a przepływ azotu na 1,150 grama na minutę.
Następnie przygotuj legowisko dla zwierząt, upewniając się, że systemy znieczulające, podkładki oddechowej i podgrzewacze są bezpiecznie ustawione i działające. Następnie przymocuj znaczniki odniesienia zawierające znacznik radiowy do łóżka dla zwierząt w polu widzenia. Znieczulasz mysz izofluorem i podgrzewasz jej ogon, aby przygotować ją do wprowadzenia cewnika.
Gdy będziesz gotowy, włóż do pięciu centymetrów cewnika PE 10 wstępnie napełnionego heparynizowaną solą fizjologiczną. Zabezpiecz linię dożylną w miejscu wprowadzenia kroplą kleju cyjanoakrylowego. Następnie przenieś zwierzę na przygotowane legowisko dla zwierząt.
Ponownie nałóż maść okulistyczną na oczy myszy, aby zapobiec wysuszeniu i ustabilizować głowę zwierzęcia, umieszczając górne siekacze wokół paska zębów i umieszczając nauszniki na miejscu. Rozpocznij przepływ od jednego do 2% fluoru przy prędkości od 0,5 do jednego litra na minutę. Włóż termometr z sondą doodbytniczą, upewnij się, że odczyty temperatury i oddechu działają.
Następnie narysuj około 600 mikrokiurów dawki radioznacznika w 200 mikrolitrach soli fizjologicznej do jednomililitrowej strzykawki i umieść ją w pompie strzykawkowej. Podłącz około trzech metrów heparynizowanej rurki PE 10 do strzykawki, a drugi koniec do przewodu cewnika żyły ogonowej. Sprawdź, czy położenie cewki rezonansu magnetycznego oraz wszelkie przewody i, zwłaszcza rurki anestezjologiczne, nie są splątane.
Upewnij się, że środek mózgu jest wyrównany ze środkami cewki MRI, systemu PET i magnesu MRI. Następnie ostrożnie wsuń legowisko dla zwierząt do przodu do otworu magnesu. Wykonaj strojenie i dopasowanie cewki MRI, obracając pokrętła regulacyjne na cewce, aby zminimalizować niedopasowania impedancji i częstotliwości.
Następnie wybierz rzadką sekwencję pilota podróży i uruchom sekwencję w oknie sterowania skanowaniem, aby uzyskać obraz zwiadowczy. Sprawdź ułożenie zwierzęcia i w razie potrzeby dostosuj jego pozycję, aż mózg zostanie wyśrodkowany. Następnie zresetuj podkładki regulacyjne do wartości zerowej.
Teraz uruchom punkt. Rozwiąż spektroskopową sekwencję skanowania w mózgu, używając prostokątnej objętości 3,9 milimetra na sześć milimetrów na dziewięć milimetrów. Sprawdź szerokość linii wodnej za pomocą makro polecenia oblicz szerokość linii.
Jeśli dopuszczalna jest pełna szerokość przy połowie wartości maksymalnej, ustaw plan przekroju dla skanowania obrazowania ważonego dyfuzją za pomocą edytora geometrycznego, gdy wynikowy plan przekroju zostanie wyrównany zgodnie z potrzebami. Skopiuj ten plan wycinków w oknie sterowania skanowaniem dla wszystkich kolejnych skanowań i rozpocznij pobieranie obrazu. Następnie, mając przygotowaną i gotową do rozpoczęcia akwizycję PET, uruchom pompę infuzyjną Po wstrzyknięciu soli fizjologicznej z cewnika rozpocznij akwizycję PET.
W celu przechwycenia wejścia radiolokatora. Należy monitorować szybkość zliczania i zwracać uwagę na stopniowy wzrost liczby wskazujący na udane wstrzyknięcie. Po 10 do 15 minutach rozpocznij wyzwanie hipoksyjne, wyłączając przepływ powietrza medycznego i natychmiast włączając mierniki przepływu tlenu i azotu, aby dostarczyć 8% tlenu i 92% azotu.
W tym momencie należy zmniejszyć zawartość fluoru do 0,8% natychmiast po rozpoczęciu prowokacji hipoksyjnej. Rozpocznij akwizycję obrazu ważonego dyfuzją, korzystając z poprzedniej konfiguracji skanowania. Rozpocznij drugą akwizycję obrazu ważonego dyfuzją natychmiast po zakończeniu pierwszego skanowania.
Zakończ wyzwanie związane z hipoksyjnością, wyłączając przepływomierze, przywracając przepływ powietrza medycznego i przywracając stężenie fluoru isof do poziomu od jednego do 2%Uzyskaj skan obrazowania ważonego dyfuzją po niedotlenieniu, a następnie wyłącz pompę infuzyjną i uzyskaj obrazy anatomiczne w płaszczyźnie osiowej i strzałkowej za pomocą edytora geometrii. Upewnij się, że pole widzenia akwizycji obejmuje mózg. Dzięki tej metodzie zmiany w dyfuzji są wykrywalne szybko po rozpoczęciu udaru, zgodnie z oczekiwaniami.
Pozorne wartości współczynnika dyfuzji po niedrożnej stronie mózgu maleją wraz z postępem urazu. Pokazano. Oto wycinki koronalne i poprzeczne zwierzęcia wykazujące wychwyt FDG. Obraz zwierzęcia znajduje się na pierwszym planie i jest rejestrowany w połączeniu z anatomicznym obrazem MRI w tle w celu wizualizacji.
Równolegle ze zmianami pozornego współczynnika dyfuzji można zaobserwować półkuliste różnice w wychwytywaniu FDG po rozpoczęciu prowokacji hipoksyjnej. W dwóch z trzech przypadków późniejszy wychwyt EPS zmniejszył się w stosunku do wychwytu przeciwległego po niedotlenieniu. Chociaż nie była to prawda, we wszystkich przypadkach prawdopodobnie ze względu na zmienność zwierząt, możemy użyć tej ogólnej procedury z różnymi rodzajami rezonansu magnetycznego i kontrastu zwierząt domowych w celu obserwacji innych parametrów fizjologicznych lub celów w mózgu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia metodę jednoczesnego pozyskiwania danych tomografii emisyjnej pozytonów (PET) i obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) podczas hipoksycznej niedokrwiennej obrażenia w modelu mysim. Podejście to pozwala na obserwację dynamicznych zmian w dyfuzji wody i metabolizmie glukozy podczas i po obrażeniu.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauka
- Techniki obrazowania
- Badania nad hipoksją-niedokrwieniem
Tło
- Hipoksyczne niedokrwienie prowadzi do złożonych zmian fizjologicznych.
- Jednoczesne techniki obrazowania mogą dostarczyć kompleksowych danych.
- Zrozumienie tych zmian jest kluczowe dla opracowywania strategii terapeutycznych.
- Dynamiczne obrazowanie może ujawniać wgląd w przebieg obrażeń.
Cel badania
- Zdobycie danych PET i MRI jednocześnie podczas hipoksycznego niedokrwiennego obrażenia.
- Analiza zmian w metabolizmie glukozy i dyfuzji wody.
- Wzmocnienie rozumienia fizjologicznych i biochemicznych dynamiki podczas udaru.
Zastosowane metody
- Ligacja wspólnej tętnicy szyjnej w modelu mysim.
- Przygotowanie zwierzęcia do obrazowania.
- Zdobycie danych PET i MRI w linii wyjściowej.
- Obrazowanie podczas i po hipoksycznym wyzwaniu.
Główne wyniki
- Jednoczesne pozyskiwanie PET i MRI wykazało znaczne zmiany w chłonięciu glukozy.
- Dynamiczne zmiany w dyfuzji wody były obserwowane podczas obrażenia.
- Metoda zapewniła wgląd w zmieniającą się naturę obrażenia mózgu.
- Wyniki mogą być zastosowane do innych systemów niebędących w stanie ustalonym.
Wnioski
- Jednoczesne obrazowanie jest skuteczne w badaniu hipoksycznego niedokrwiennego obrażenia.
- To podejście może prowadzić do lepszego zrozumienia dynamiki udaru.
- Przyszłe zastosowania mogą rozszerzyć się na inne dziedziny badań neuronauki.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Simultaneous PET/MRI imaging enables real-time correlation of metabolic and structural changes in dynamic disease models, addressing a critical gap in preclinical stroke research where temporal misalignment obscures mechanistic insights. This capability supports target validation by linking early biochemical perturbations to downstream tissue damage, improving predictive confidence in therapeutic intervention timing. The method enhances translational continuity by capturing evolving pathophysiology in individual subjects, reducing variability that limits group-wise analysis in vascular injury models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates the temporal relationship between glucose metabolism disruption and diffusion changes to clarify hypoxic injury mechanisms.
- Operational Value: Enables within-subject comparison of PET and MRI endpoints, reducing inter-animal variability in vascular injury models.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by identifying early biomarkers of irreversible damage for target prioritization.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides quantitative, co-registered FDG uptake and diffusion metrics for multimodal assay validation.
- Operational Value: Establishes a reproducible imaging workflow for longitudinal monitoring of acute physiological changes.
- Platform Value: Facilitates standardization of dual-modality data acquisition across neuroimaging screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links dynamic glucose utilization shifts to evolving lesion formation, supporting biomarker alignment in stroke models.
- Operational Value: Enables serial imaging in the same subject to track injury progression from onset through recovery phases.
- Translational Value: Improves risk-adjusted advancement decisions by correlating early metabolic changes with structural outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum by providing early-phase mechanistic data that informs target validation and lead identification strategies in neurovascular research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of metabolic drivers in hypoxic injury through simultaneous glucose and diffusion measurements.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative multimodal outputs for compound effect evaluation in dynamic systems.
- Analytics: Generates co-registered PET and MRI readouts enabling direct comparison of biochemical and structural changes.
- Translational Research: Connects early metabolic perturbations to preclinical lesion development for continuity in stroke model validation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform applicable to other non-steady-state physiological systems beyond hypoxia-ischemia.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by correlating real-time glucose metabolism shifts with diffusion changes in injury evolution.
- Operational Value: Standardizes simultaneous PET/MRI acquisition, improving reproducibility and cross-site data comparability.
- Strategic Value: Enhances go/no-go decisions by providing early, subject-specific biomarkers of injury severity.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates based on multimodal response profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small-animal surgery, vascular ligation, and multimodal imaging system operation.
- Dependent on integrated PET/MRI instrumentation with compatible coil design and synchronization capabilities.
- Necessitates standardized protocols for anesthetic management, physiological monitoring, and radiotracer delivery during hypoxic challenge.
- Involves adaptation considerations for varying mouse strains and injury models due to vascular variability.
- Limited by the technical complexity of simultaneous acquisition, requiring careful timing of hypoxic challenge relative to infusion and scan initiation.
![Obrazowanie PET zapalenia układu nerwowego przy użyciu [11C] DPA-713 w mysim modelu udaru niedokrwiennego](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F57243.jpg%3Fv%3D2026-07-04T03%253A09%253A02.000Z&w=384&q=75)