Wizualizacja i kwantyfikacja brązowych i beżowych tkanek tłuszczowych u myszy za pomocą obrazowania [18F]FDG Micro-PET/MR
July 1st, 2021
Funkcjonalne obrazowanie i ilościowe określanie termogenicznych magazynów tłuszczu u myszy przy użyciu podejścia opartego na obrazowaniu mikro-PET/MR.
Obrazowanie PET/MR pozwala na pomiary zarówno jakościowe, jak i ilościowe tych metabolicznie aktywnych brązowych i beżowych adipocytów u żywych zwierząt, dzięki czemu aktywność tych tak zwanych adipocytów termogenicznych może być mierzona na podstawie funkcjonalnej. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona pozyskiwanie i łączenie skanów PET i MRI na tym samym obiekcie, umożliwiając w ten sposób precyzyjne i jednoczesne pozyskiwanie termogenicznych adipocytów w różnych magazynach małego zwierzęcia. Metodę tę można łatwo przenieść do dowolnego systemu przedklinicznego lub zmodyfikować do formatu o wysokiej przepustowości poprzez jednoczesne obrazowanie wielu myszy, zwiększając w ten sposób moc statystyczną danych obrazowania przy zmniejszonych kosztach i czasie.
Aby pobrać brązową tkankę tłuszczową między łopatkami, umieść znieczuloną 8-tygodniową mysz C57 Black 6 na poduszce grzewczej i wykonaj 2-centymetrowe nacięcie wzdłuż grzbietowej linii środkowej. Usuń podkładki iBAT z obszaru międzyłopatkowego. Po ustaniu krwawienia użyj 7-milimetrowych klipsów ze stali nierdzewnej, aby zamknąć nacięcie.
Po zebraniu wszystkich iBAT myszy należy umieścić na oddziale intensywnej terapii przez 14 dni. Podawaj myszom 5 miligramów na kilogram meloksykamu przez sześć dni i usuń klipsy, gdy tylko rana się zagoi. Aby umożliwić automatyczne sekwencyjne skanowanie PET/MR przed sesją obrazowania, ustaw poziom dyskryminacji na 400 do 600 kiloelektronowoltów, tryb ufności na 1-3, czas skanowania na 20 minut, a izotop badania na F-18, aby ustawić przepływ pracy dla akwizycji PET.
Aby uzyskać rezonans magnetyczny zależny od T1 w celu korekcji tłumienia, ustaw parametry Gradient Echo-3D. Aby uzyskać rezonans magnetyczny zależny od T2 jako odniesienie anatomiczne, ustaw parametry Fast-spin Echo 2D. Aby umożliwić rekonstrukcję obrazów PET, należy użyć algorytmu Tera-Tomo 3D z trybem koincydencji ustawionym na 1-3 oraz z ustawionymi poprawkami zaniku, czasu martwego, losowego, tłumienia i rozproszenia, aby utworzyć obrazy o całkowitym rozmiarze woksela wynoszącym 0,3 milimetra sześciennego.
Na dzień przed rozpoczęciem badania obrazowego w celu sprawdzenia dokładności ilościowego oznaczania PET należy założyć odpowiednie środki ochrony osobistej i napełnić 5-mililitrową strzykawkę F18-FDG zgodnie z zaleceniami producenta. Użyć kalibratora dawki, aby zarejestrować aktywność strzykawki i zanotować czas pomiaru. W oprogramowaniu użyj interpolowanego zwrotu z inwestycji elipsy, aby narysować interesującą objętość na zrekonstruowanym obrazie strzykawki i porównać odzyskaną aktywność z wartością zmierzoną za pomocą kalibratora dawki.
W dniu eksperymentu obrazowego za pomocą kleszczy ostrożnie umieść fiolkę podstawową 18F-FDG za osłoną stołową z blokiem L i rozcieńcz podwielokrotność radioizotopu w 100 do 150 mikrolitrach sterylnego roztworu soli fizjologicznej do całkowitego stężenia aktywności od 200 do 250 mikrokiurów. Pobrać roztwór 18F-FDG do 1-mililitrowej strzykawki wyposażonej w igłę i zmierzyć radioaktywność za pomocą kalibratora dawki, jak pokazano. Zapisz masę myszy, która ma być zobrazowana przed wstrzyknięciem roztworu 18F-FDG do żyły ogonowej.
Należy zwrócić uwagę na czas wstrzykiwania i resztkową radioaktywność strzykawki, aby umożliwić korekcję zaniku. Następnie umieść mysz z powrotem w klatce na 60 minut. Aby obliczyć aktywność wstrzykniętego 18F-FDG, należy odjąć aktywność w strzykawce przed wstrzyknięciem od aktywności zmierzonej po wstrzyknięciu.
Pod koniec okresu absorpcji izotopów promieniotwórczych włączyć nagrzewnicę powietrza łoża myszy skanera micro-PET/MR. Umieść znieczuloną mysz z wstrzykniętą FDG na podkładce oddechowej w łóżku skanera i wykonaj widok zwiadowczy, aby określić pozycję myszy. Dostosuj położenie łóżka myszy tak, aby można było obserwować całe ciało, upewniając się, że środek pola widzenia MRI pokrywa się ze środkiem ciała.
W obszarze PET Acquisition (Akwizycja PET) wybierz opcję Scan Range on Previous Acquisition (Zakres skanowania przy poprzedniej akwizycji), aby użyć pozycji widoku zwiadowcy, a następnie kliknij przycisk Prepare (Przygotuj), aby przenieść legowisko zwierząt z MR do PET. Wybierz przycisk OK, aby rozpocząć skanowanie PET. Zapisać dawkę i czas wstrzyknięcia mierzone przed i po podaniu 18F-FDG w Radiofarmaceutyk Editorze i wprowadzić masę ciała myszy w menu Subject Information (Informacje o temacie).
Po zakończeniu skanowania PET wybierz opcję Przygotuj do przejścia do obrazowania MR i zakończ wszystkie akwizycje MR w oknie listy badań. Wybierz przycisk OK, aby rozpocząć skanowanie MR. Po zakończeniu całego przepływu pracy krótko oceń jakość uzyskanych obrazów MR w oprogramowaniu do przetwarzania końcowego i kliknij przycisk Home, aby przesunąć łóżko myszy z MR do pierwotnej pozycji.
Po zobrazowaniu wszystkich myszy, aby zrekonstruować dane w menu Raw Scan, wybierz opcję PET Acquisition, aby załadować ukończone skanowanie PET i wybierz T1-weighted MR Acquisition, aby umożliwić utworzenie mapy materiałów. Następnie użyj algorytmu Tera-Tomo 3D, aby zrekonstruować dane, jak pokazano. Usunięcie iBAT przed leczeniem zimnem zmienia aktywność iWAT, na co wskazuje niezwykły wzrost wychwytu 18F-FDG obserwowany w iWAT za pomocą obrazowania mikro-PET/MR.
Ponadto adipocyty wieloplamkowe, które są charakterystycznie obserwowane w beżowej tkance tłuszczowej, są bardziej wyraźne w iWAT od myszy po usunięciu iBAT w porównaniu z morfologią adipocytów obserwowaną w iWAT od zwierząt pozorowanych. Myszy leczone zimnem, pozorowane wykazują znacznie podwyższony wychwyt 18F-FDG w iBAT. Myszy, u których usunięto iBAT przed leczeniem zimnem, wykazują najwyższy wychwyt 18F-FDG w iWAT.
Rzeczywiście, ekspozycja na zimno powoduje siedmiokrotny wzrost wychwytu 18F-FDG w iBAT myszy operowanych pozorowo, podczas gdy usunięcie iBAT u myszy wywołanych zimnem powoduje ośmiokrotny wzrost wychwytu 18F-FDG w porównaniu z myszami neutralnymi termicznie, u których obserwuje się tylko skromny dwukrotny wzrost. Podczas próby tej procedury umieszczenie każdej myszy w tej samej pozycji przy każdym akwizycji PET/MRI jest ważne, aby poprawić wizualizację i kwantyfikację brązowych i beżowych adipocytów w różnych regionach. Stosując tę metodę i wraz z innymi metodami MRI, takimi jak dyfuzja za pomocą obrazowania lub termometria, można uzyskać więcej informacji na temat rozmieszczenia przestrzennego i częstości występowania brązowych i beżowych adipocytów u myszy, które potencjalnie można przełożyć na ludzi.
Metoda ta pozwala naukowcom na zbadanie funkcji tych termogenicznych brązowych i beżowych adipocytów. Dlatego są one szczególnie skuteczne podczas badania nieklinicznych szlaków termogenicznych, w których te klasyczne markery nie są zmieniane ani regulowane w górę.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overview
This study employs micro-PET/MR imaging to visualize and quantify thermogenic adipose tissues in live mice. Using this advanced imaging technique, the activation and metabolism of brown and beige adipocytes are assessed under different conditions.
Key Study Components
Research Area
- Thermogenic adipose tissue imaging
- Metabolic activity assessment
- Preclinical imaging methods
Background
- Brown and beige adipocytes play crucial roles in thermogenesis.
- The quantification of these tissues aids in understanding metabolic disorders.
- Traditional imaging methods lack the capability for simultaneous assessment.
Methods Used
- Micro-PET and MR imaging
- C57 Black 6 mice
- Sequential PET/MR scans and F-18 FDG radioisotope administration
Main Results
- Significant increases in 18F-FDG uptake observed in adipose tissues following specific treatments.
- Removal of interscapular brown adipose tissue alters metabolic activity in other fat depots.
- Innovative imaging method allows for detailed visualization and quantification of fat metabolism.
Conclusions
- The method effectively assesses thermogenic adipocyte activity in vivo.
- This research advances the understanding of fat tissue metabolism and implications for metabolic disease.
Frequently Asked Questions
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
