Name: A dupla Tracer PET-MRI Protocolo para a medida quantitativa da Regional cérebro substratos energéticos Captação no Rato (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 10 s
Description: Aprenda a medir a captação regional de glicose e corpos cetônicos no cérebro de roedores usando PET-MRI. Este protocolo duplo permite quantificar o metabolismo energético cerebral em estudos de envelhecimento.

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Este estudo foi apoiado financeiramente pelo Fonds de la recherche en santé du Québec, Canadian Institutes of Health Research, Canadian Foundation for Innovation e Canada Research Chairs Secretariat (SCC). O Sherbrooke Molecular Imaging Center faz parte do Centro de Pesquisa Clínica Étienne-Le Bel, financiado pelo FRQS. Os autores agradecem a Mélanie Fortier, Jennifer Tremblay-Mercier, Alexandre Courchesne-Loyer, Dr. Fabien Pifferi, Dr. M'hamed Bentourkia, Dr. Otman Sarrhini, Dr. Jacques Rousseau, Caroline Mathieu e Mélanie Archambault pelo generoso apoio e assistência técnica. Os autores gostariam de agradecer à plataforma de análise e visualização de imagens (http://pavi.dinf.usherbrooke.ca) por sua ajuda.

Todos os experimentos foram realizados de acordo com o Comitê de Cuidado e Uso de Animais da Université de Sherbrooke e com o Conselho Canadense de Cuidado com Animais. O protocolo experimental foi aprovado pelo Comitê Institucional de Ética em Pesquisa com Animais (protocolo #011-09).
1. Anatomia cerebral com ressonância magnética
<ol>
	<li>Deixe as ratas aclimatarem-se na instalação animal por um mínimo de 7 dias antes do protocolo. Realize os exames de ressonância magnética cerebral de 1 a 2 semanas antes do protocolo de PET com duplo traçador para permitir recuperação completa da anestesia.</li>
	<li>Anestesie a rata em uma câmara de indução. Utilize isoflurano a 2% e oxigênio a 1,5 L/min durante todo o protocolo para anestesia. Aperte a pata traseira para garantir que o animal esteja completamente anestesiado. ATENÇÃO: a inalação de isoflurano pode causar dor de cabeça, tontura ou inconsciência em alguns casos; deve-se sempre utilizá-lo na presença de um sistema de troca de ar em um ambiente adequadamente ventilado.</li>
	<li>Posicione a rata na mesa de exame de ressonância magnética em posição prona com a cabeça à frente, utilizando um cone nasal para o isoflurano. Posicione os sensores de respiração e retal. Monitore a frequência respiratória durante o experimento e mantenha a temperatura corporal a 37 °C com um sistema automatizado de aquecimento de ar.</li>
	<li>Adquira imagens de ressonância magnética ponderadas em T2 utilizando uma sequência de pulso em eco de spin rápido com parâmetros de aquisição detalhados anteriormente11. Coloque a rata sobre um tapete aquecido durante a recuperação da anestesia.</li>
</ol>
2. Aquisições PET com Duplo Traçador
<ol>
	<li>Utilize um scanner PET para pequenos animais equipado com detectores de fotodíodo de avalanche, um campo de visão axial de aproximadamente 7,5 cm e uma resolução espacial isotrópica de 1,2 mm17. Devido à sua curta meia-vida física, prepare o 11C por bombardeamento de prótons em nitrogênio natural (por meio da reação nuclear 14N(ρ,α)11C) em um ciclotron no local antes de cada experimento.</li>
	<li>Jejue o rato por 18 horas antes da aquisição PET. O jejum permite uma maior captação cerebral de 11C-AcAc e 18F-FDG, melhorando assim a relação sinal-ruído.</li>
	<li>Anestesie o rato em uma câmara de indução. Transfira o rato para um tapete aquecido com cone nasal para isoflurano. Inicie a síntese de 11C-AcAc neste momento. A síntese leva 18 minutos a partir do fim do bombardeamento, conforme descrito anteriormente1.</li>
	<li>Posicione o rato de lado. Prepare um cateter de polietileno PE50 preenchido com solução de cloreto de sódio 0,9% heparinizada (soro fisiológico). Instale o cateter na veia da cauda para injeção do traçador. Instale um segundo cateter na artéria ventral média da cauda para coleta de sangue durante todas as aquisições.</li>
	<li>Transfira rapidamente o rato para a mesa do scanner na posição prona com a cabeça à frente, com cone nasal para isoflurano. Posicione os sensores de respiração e retal. Monitore a frequência respiratória durante o experimento e mantenha a temperatura corporal em 37 °C com um sistema automático de aquecimento por ar. Avance a mesa do scanner para dentro do equipamento para garantir a aquisição adequada simultânea do cérebro e do coração. Como referência anatômica, posicione a borda do campo de visão nos olhos do rato (com auxílio de linhas a laser).</li>
	<li>Usando uma solução concentrada de 11C-AcAc (~1 GBq/ml), prepare uma seringa com cerca de 50 MBq de radioatividade (uma faixa de 45-55 MBq é aceitável). Ajuste o volume para 300 μl com soro fisiológico. ATENÇÃO: A radioatividade pode ser prejudicial à saúde. Deve sempre ser manipulada atrás de um escudo de chumbo. O experimentador deve usar dosímetro corporal e anular. Um contador Geiger também deve permanecer ligado durante o experimento.</li>
	<li>Instale a seringa em uma bomba de injeção. Inicie a injeção em bólus de 11C-AcAc a uma taxa de 1 ml/min (duração da injeção: ~19 segundos). Em uma segunda bomba, imediatamente após a conclusão da injeção de 11C-AcAc, inicie a injeção de 300 μl de soro fisiológico a uma taxa de 1 ml/min, o que é importante para uma injeção ideal do traçador na circulação sanguínea.</li>
	<li>Inicie a aquisição dinâmica de dados PET 30 segundos antes do início da injeção em bólus, por uma duração total de 20,5 minutos. A aquisição de dados de 30 segundos antes da injeção do traçador fornece uma medida do fundo ambiental, que será posteriormente subtraído dos dados PET. Configure o modo de amostragem regular e a janela de energia em 250-650 keV.</li>
	<li>Colete duas amostras de sangue de 200 μl em aproximadamente 15 e 18 minutos após o início da injeção de 11C-AcAc. Injete soro fisiológico heparinizado no cateter após cada coleta para evitar coagulação sanguínea. Anote o horário no início e no fim de cada coleta e utilize o tempo médio. Centrifugue a 6.000 RPM por 5 minutos e colete o plasma. Meça as contagens de radioatividade no plasma usando um contador gama calibrado com o scanner PET.</li>
	<li>Após a aquisição com 11C-AcAc, aguarde um período de 20 minutos para garantir que a maior parte da radioatividade tenha decaído. Esse período pode variar de 15 a 30 minutos. Não mova a mesa do scanner e mantenha o rato sob isoflurano durante todo esse período.</li>
	<li>Durante esse tempo, usando uma solução concentrada de 18F-FDG (~5,5 GBq/μl), prepare uma seringa com cerca de 50 MBq. Proceda exatamente como mencionado nas etapas 2.6 e 2.7. Inicie uma aquisição dinâmica com duração total de 40,5 minutos, incluindo os 30 segundos antes da injeção. Colete duas amostras de sangue de 200 μl em aproximadamente 30 e 35 minutos após o início da injeção de 18F-FDG.</li>
	<li>No final da aquisição com 18F-FDG, colete uma amostra final de sangue de 200 μl. Centrifugue e colete o plasma. Armazene as amostras de plasma a -80 °C para análise de glicose e AcAc.</li>
	<li>Por fim, coloque o rato sobre um tapete aquecido durante o período de despertar. Mantenha o animal para acompanhamento longitudinal ou, alternativamente, eutanazie o rato para coleta cerebral e estudos bioquímicos adicionais.</li>
	<li>Reconstrua as imagens PET de acordo com as seguintes sequências de intervalos de tempo: 1 × 30 segundos; 12 × 5 segundos; 8 × 30 segundos; e n × 300 segundos, onde n = 3 para a aquisição de 11C-AcAc e n = 7 para a aquisição de 18F-FDG.</li>
</ol>
3. Análise de Glicose e AcAc no Plasma
<ol>
	<li>Meça a glicose plasmática e o AcAc com um analisador de química clínica. Realize os ensaios em até 48 horas após a coleta de sangue para minimizar a descarboxilação do AcAc em acetona. Meça a concentração de glicose com o kit DF40 conforme descrito anteriormente18 e o AcAc com um canal aberto2. Esse tipo de analisador é mais preciso do que tiras reagentes (0,1 μM) e possui uma ampla janela de detecção.</li>
</ol>
4. Análise Quantitativa de PET
<ol>
	<li>Utilize o software PMOD ou um sistema equivalente para análise de imagens PET de pequenos animais.</li>
	<li>Curva de atividade no tempo do plasma (TAC)
	<ol>
		<li>Carregue os dados de 18F-FDG. Some os quadros da imagem dos primeiros 60 segundos após a injeção (quando o traçador está principalmente no sangue).</li>
		<li>Utilizando uma ferramenta de desenho manual, desenhe um volume de interesse (VOI) na cavidade do ventrículo esquerdo, no compartimento sanguíneo (um compartimento grande centralizado na parte inferior das imagens). Desenhe o VOI a aproximadamente 1 mm do limite do compartimento sanguíneo (voxels vermelhos) para garantir que nenhum tecido seja incluído e evitar que a radioatividade tecidual entre no compartimento sanguíneo (Figura 1A). Copie o VOI para toda a série de imagens dinâmicas e gere uma curva de radioatividade em função do tempo (TAC).</li>
		<li>Em uma planilha, utilize as contagens de radioatividade das duas amostras de plasma coletadas durante a aquisição para corrigir a TAC do plasma (Figura 1B). Utilize a seguinte equação: 
		<img alt="Fórmula de correção IDIF, método de correção de imagem; equações; conceito de análise de dados científicos" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq1.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000"> 
		Uma leve suavização da TAC plasmática pode ser realizada.</li>
		<li>Verifique se há radioatividade residual de 11C-AcAc presente nos primeiros 30 segundos do exame com 18F-FDG, antes da injeção. Em caso afirmativo, subtraia o seguinte fator de todos os quadros subsequentes da TAC: 
		<img alt="Diagrama da equação de decaimento exponencial, R×e^{-(ln2/t_{1/2})×T}, análise de decaimento radioativo." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/50761/50761eq2.jpg" width="150" data-altupdatedat="1787630408000">, 
		em que R é a radioatividade residual, t1/2 é o tempo de meia-vida do 11C (20,4 min) e T é o quadro de tempo2,13. A radioatividade residual de 11C-AcAc após um período de espera de 20 min pode atingir até 1,5% das contagens máximas de 18F-FDG.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Realização conjunta de 18F-FDG/MRI
	<ol>
		<li>Aplique a realocação obtida com as imagens de 18F-FDG às imagens de 11C-AcAc. Isso é necessário porque as imagens de 11C-AcAc possuem uma baixa relação sinal-ruído e a realocação automática é difícil.</li>
		<li>Carregue os dados correspondentes de ressonância magnética (MRI). Carregue todos os 28 quadros de tempo de 18F-FDG na mesma orientação das imagens de RM (em três eixos).</li>
		<li>Calcule a imagem somada de 18F-FDG dos 28 quadros de tempo. Isso gera uma imagem com contagens mais altas, facilitando o trabalho com a realocação em relação à MRI, comparado aos quadros individuais.</li>
		<li>Realize a realocação automática da imagem somada de 18F-FDG nas imagens de RM (Figura 2). Aplique a transformação a todos os quadros individuais de imagem de 18F-FDG. Salve a transformação, que será posteriormente aplicada às imagens de 11C-AcAc.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Volumes de interesse (VOIs)
	<ol>
		<li>Utilizando um software de segmentação, como o PMOD, selecione os dados de MRI e escolha o plano preferido para desenho manual. Escolha a ferramenta de desenho manual ou semiautomática, dependendo do tamanho da região cerebral e do contraste da imagem. Localize as estruturas cerebrais de acordo com um atlas padrão do cérebro de rato19.</li>
		<li>Desenhe os VOIs. Conforme mostrado na Figura 3, segmente todo o cérebro, córtex, hipocampo, estriado e cerebelo, embora outras regiões possam ser escolhidas. Salve os VOIs, que serão aplicados às imagens de 18F-FDG e 11C-AcAc com realocação.</li>
		<li>Aplique os VOIs às imagens de 18F-FDG com realocação. Selecione as estatísticas dos VOIs para visualizar a TAC cerebral. Se necessário, corrija a TAC subtraindo a média da radioatividade corrigida para decaimento nos primeiros 30 segundos de todos os quadros subsequentes.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Cálculo da taxa metabólica cerebral
	<ol>
		<li>Carregue as TACs cerebrais e plasmáticas correspondentes.</li>
		<li>Selecione o modelo cinético do gráfico de Patlak20,21. Defina a constante agrupada como 0,4822 e a concentração plasmática correspondente de glicose (Figura 4B). Defina o desvio relativo máximo do gráfico de Patlak como 5%. Ajuste os dados ao modelo.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Imagens de 11C-AcAc
	<ol>
		<li>Calcule a imagem somada de 18F-FDG dos primeiros 24 quadros de tempo para ter o mesmo número de quadros do exame de 11C-AcAc. Caso contrário, a realocação de 11C-AcAc/MRI falha. Realize a realocação automática de 18F-FDG na MRI. Salve o processo de transformação que será usado para a realocação das imagens de 11C-AcAc.</li>
		<li>Repita os passos 4.2 e 4.3 para as imagens de 11C-AcAc. Utilize a transformação de 18F-FDG no passo 4.6.1 e aplique-a a todos os quadros individuais de imagem de 11C-AcAc. Repita os passos 4.4 e 4.5 e utilize os VOIs salvos de 18F-FDG. Defina a constante agrupada como 1.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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<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>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Etapas críticas
Uma etapa crítica neste protocolo PET de traçador duplo é ser capaz de escanear simultaneamente o ventrículo esquerdo do coração e o cérebro ao mesmo tempo. Isso requer um scanner PET com um comprimento axial suficiente, ou seja , um mínimo de 7,5 cm. Algumas varreduras de teste são necessárias para determinar a posição exata da mesa do scanner (valores x, y e z), onde o cérebro e o coração são escaneados corretamente.
A injeção de traçador tam...

Contexto e Justificativa
A tomografia por emissão de pósitrons (PET) permite o estudo minimamente invasivo dos processos funcionais no cérebro. A glicose é o principal substrato energético do cérebro, mas em condições de deficiência de glicose, as cetonas (acetoacetato [AcAc] e β-hidroxibutirato) são os principais substratos energéticos alternativos. O metabolismo energético cerebral tem sido amplamente estudado por PET usando o marcador PET mais comum, 18F-fluorodesoxiglicose (18F-FDG), um análogo da glicose. Nosso grupo desenvolveu recentemente um novo radiotraçador -11C-AcAc - para medir o metabolismo da cetona cerebral1. A ressonância magnética (MRI) é uma técnica de resolução muito mais alta (resolução de 0,1 mm × 0,1 mm no plano) do que a PET, e é necessária para localizar claramente as regiões anatômicas do cérebro necessárias para a análise regional de PET do metabolismo energético cerebral.
Os dados de PET são comumente expressos como valores padronizados de captação (SUV)2-6. SUV são a concentração de atividade tecidual normalizada pela fração da dose/unidade de peso injetada, como proposto inicialmente há mais de 70 anos7. Essas unidades ainda são amplamente utilizadas por exigirem metodologias mais simples de aquisição de PET e análise de imagens. No entanto, uma limitação importante é que os SUV são unidades relativas e não absolutas, dificultando a comparação dos resultados em diferentes estudos. Essa dificuldade de comparação pode contribuir para achados contraditórios na literatura sobre a captação de glicose cerebral em idosos8. Portanto, a taxa metabólica cerebral quantitativa (RMC; μmol/100 g/min) apresenta vantagensparticulares9-11. A geração de valores de CMR requer uma aquisição dinâmica de PET e a radioatividade plasmática conta em função do tempo, ou seja, a curva de tempo-atividade do plasma (TAC) ou função de entrada. A função de entrada pode ser obtida por múltiplas amostras de sangue ao longo da aquisição do PET9,12 ou pelo método da função de entrada derivada de imagem (IDIF), no qual uma região de interesse é desenhada em um pool de sangue (ventrículo esquerdo do coração ou artéria principal)11,13-16.
Objetivo
O objetivo do nosso método foi comparar quantitativamente pela primeira vez a captação dos dois principais substratos energéticos do cérebro, glicose e cetonas, usando PET e ressonância magnética em roedores. 11C-AcAc e 18F-FDG foram utilizados sequencialmente no mesmo animal. O protocolo foi projetado para medir captações regionais em diferentes estruturas cerebrais relevantes (córtex, hipocampo, estriado e cerebelo) claramente visíveis nas imagens de RM. O protocolo também foi especificamente destinado a permitir a análise quantitativa da captação cerebral do traçador, ou seja, CMR de 18F-FDG e 11C-AcAc. Embora este protocolo tenha sido desenvolvido para estudar substratos de energia cerebral, os radiotraçadores que usamos podem ser substituídos por outros, e a mesma metodologia pode ser usada para estudar diferentes processos funcionais cerebrais.
Vantagens sobre os métodos existentes
PET e MRI não exigem que o animal seja sacrificado após a aquisição. Portanto, estudos de acompanhamento dos tratamentos são possíveis. Assim, os dados de linha de base seguidos por uma condição experimental podem ser medidos dentro do mesmo animal, reduzindo assim a variabilidade biológica e o número de animais necessários. Uma das principais vantagens do nosso protocolo PET com traçador duplo é comparar a captação de ambos os traçadores no mesmo animal sob as mesmas condições fisiológicas dentro da mesma sessão de imagem, reduzindo assim ainda mais a variabilidade biológica e as discrepâncias sistemáticas. Este protocolo PET com traçador duplo é viável principalmente devido à meia-vida física curta de 11C (20,4 min) e à rápida lavagem biológica de 11C-AcAc, que deixam radioatividade residual mínima de 11C durante a segunda aquisição com 18F-FDG. A ressonância magnética é uma característica importante deste protocolo, pois permite que a captação do traçador seja estudada em áreas cerebrais específicas. Além disso, este método permite uma medida quantitativa absoluta da captação do traçador cerebral em contraste com as unidades relativas obtidas pelo método SUV. Finalmente, 11imagens C-AcAc têm uma baixa relação sinal-ruído devido à captação relativamente baixa de AcAc no cérebro em condições fisiológicas, o que torna o registro automático de 11imagens C-AcAc e RM um desafio. Portanto, como as aquisições de 11C-AcAc e 18F-FDG são sequenciais (sem movimento do animal), o alinhamento de 18F-FDG para ressonância magnética pode ser aplicado a 11imagens de C-AcAc.
Documentos-chave em que o protocolo foi usado
Utilizamos o protocolo PET com traçador duplo em um estudo envolvendo a comparação do estado de jejum e da dieta cetogênica (DK) em ratos jovens2. Mostramos que tanto o jejum quanto a DK aumentam significativamente a captação cerebral de 11C-AcAc e 18F-FDG. No entanto, esses não foram resultados quantitativos, pois não usamos a metodologia de imagem dinâmica PET e modelagem cinética do traçador na época. Posteriormente, realizamos um estudo regional e quantitativo do metabolismo cerebral em ratos idosos, onde o efeito do envelhecimento e uma dieta cetogênica foram avaliados na captação de 11C-AcAc e 18F-FDGno cérebro 11. Também mostramos que a porcentagem de distribuição entre as regiões cerebrais foi diferente entre 11C-AcAc e 18F-FDG. Além disso, não apenas a RMC de 11C-AcAc, mas também a de 18F-FDG foi aumentada em todo o cérebro, bem como no estriado de ratos idosos no KD.

<table><tbody><tr><td>Scanner de ressonância magnética</td><td>Varian</td><td></td><td>7 Tesla</td></tr><tr><td>Scanner PET para pequenos animais</td><td>Gamma Medica</td><td></td><td>Lab-PET/-Triumph</td></tr><tr><td>Tapete térmico</td><td>Sunbeam</td><td>PN 143937</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de aquecimento</td><td>SA Instruments</td><td>761 100 Rev B</td><td></td></tr><tr><td>Portão respiratório</td><td>SA Instruments</td><td>Analisador de química clínica P-resp</td><td></td>da SAII</tr><tr><td></td><td>Siemens Healthcare Diagnosis</td><td>765000.931</td><td>Dimension Xpand Plus</td></tr><tr><td>Tubo de Polietileno 50&nbsp;</td><td>Becton Dickinson</td><td>427411</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de injeção</td><td>KD Scientific</td><td>Modelo 210</td><td></td></tr><tr><td>Contador gama</td><td>GMI</td><td>Packard Cobra II</td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>Thermo Scientific</td><td>75002416</td><td>Heraeus Pico 21</td></tr><tr><td>Software PMOD Tecnologias</td><td></td><td></td><td>PMOD versão PMOD 3.2</td></tr><tr><td>Contador Geiger</td><td>Fluke Biomedical</td><td>ASM-990</td><td></td></tr><tr><td>Reagente</td><td></td><td></td><td></td></tr> de medidor de pesquisa avançada <tr><td>Isoflurano</td><td>Abbott Laboratories, Ltd</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>Solução de NaCl a 0,9%</td><td>Hospira</td><td>4888010</td><td></td></tr><tr><td>Heparina</td><td>Sandoz</td><td>1004336</td><td></td></tr><tr><td>Acetato de isopropenil</td><td>Aldrich</td><td>11778</td><td>99%</td></tr> <tr><td>Metillítio</td><td>Aldrich</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 cartucho de reagente glicose</td><td>Siemens Healthcare Diagnosis</td><td>DF40</td><td></td></tr><tr><td>Trizma base</td><td>Sigma</td><td>T6066-500G</td><td>preparar tampão tris 100 mM pH 7,0</td></tr><tr><td>oxamato de sódio</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-hidroxibutirato desidrogenase</td><td>Toyobo</td><td>HBD-301</td><td>1 U/ml</td></tr></tbody></table>

a dupla tracer pet-mri protocolo para a medida quantitativa da regional cérebro substratos energéticos captação no rato

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

Apresentamos um método para comparar a captação dos dois principais substratos energéticos do cérebro: glicose e cetonas (acetoacetato [AcAc] neste caso) no rato. O método desenvolvido é um protocolo de tomografia por emissão de pósitrons (PET) de pequenos animais, no qual 11C-AcAc e 18F-fluorodesoxiglicose (18F-FDG) são injetados sequencialmente em cada animal. Essa aquisição de PET com traçador duplo é possível devido à meia-vida curta de 11C (20,4 min). Os ratos também passam por uma aquisição de ressonância magnética (MRI) sete dias antes do protocolo PET. Antes da análise das imagens, as imagens de PET e RM são co-registradas para permitir a medição da captação cerebral regional (córtex, hipocampo, estriado e cerebelo). Uma medida quantitativa de 11C-AcAc e 18F-FDG de captação cerebral (taxa metabólica cerebral; μmol / 100 g / min) é determinada por modelagem cinética usando o método de função de entrada derivada de imagem (IDIF). Nosso novo protocolo PET com traçador duplo é robusto e flexível; Os dois traçadores usados podem ser substituídos por radiotraçadores diferentes para avaliar outros processos no cérebro. Além disso, nosso protocolo é aplicável ao estudo do suprimento de combustível cerebral em múltiplas condições, como envelhecimento normal e patologias neurodegenerativas, como as doenças de Alzheimer e Parkinson.

Como visto na Figura 2, a captação de 11C-AcAc é baixa dentro do próprio cérebro. Como mencionado anteriormente, o consumo de corpos cetônicos pelo cérebro é muito baixo durante o jejum de curta duração. A captação de 11C-AcAc é maior nos músculos da língua e das bochechas. De fato, os corpos cetônicos são rapidamente captados pelos músculos esqueléticos de ratos23. Em contraste, a captação de 18F-FDG é predominantemente no cérebro e nos músculos das bochechas....

A tomografia por emissão de pósitrons de pequenos animais permite a avaliação dos dois principais substratos energéticos do cérebro: glicose e cetonas. No presente método, 11C-acetoacetato e 18F-fluorodesoxiglicose são injetados sequencialmente em cada animal, e sua captação é medida quantitativamente em regiões cerebrais específicas determinadas a partir das imagens de ressonância magnética.

A dupla Tracer PET-MRI Protocolo para a medida quantitativa da Regional cérebro substratos energéticos Captação no Rato

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 ...

O objetivo geral do experimento a seguir é comparar quantitativamente a captação regional dos dois principais substratos energéticos do cérebro, glicose e corpos cetônicos, utilizando PET e RNM em roedores. Isso é alcançado primeiramente obtendo-se uma aquisição de imagem por ressonância magnética do cérebro para localizar regiões anatômicas cerebrais. Como segundo passo, são realizadas aquisições de PET com acetato de carbono-11 e fluordesoxiglicose ou FDG, que fornecem imagens da captação cerebral de corpos cetônicos e glicose. Em seguida, as imagens de PET e RNM são coregistradas.Para medir a captação cerebral regional de ambos os traçadores por PET, são obtidos resultados que mostram a taxa metabólica cerebral regional de glicose e corpos cetônicos com base em curvas de atividade-tempo do cérebro e do plasma. Esta técnica pode ajudar a responder perguntas fundamentais no campo do metabolismo energético cerebral durante o envelhecimento, como se a deterioração do metabolismo da glicose com a idade também ocorre com os principais combustíveis alternativos do cérebro, os corpos cetônicos. O campo de visão real do scanner será um fator e restrição importantes para obter imagens corretamente adquiridas tanto do cérebro quanto do coração.O modelo animal atual exigirá um campo de visão de 7,5 centímetros para acomodar a distribuição dos órgãos-alvo. Escaneamentos de teste localizarão a posição final da mesa do scanner. Tivemos a ideia para este método quando percebemos que as cetonas eram importantes para o metabolismo energético cerebral, embora quase nada seja conhecido.Como o cérebro os utiliza demonstrando o procedimento será observado com calma. Um pesquisador profissional e Michelle Ett, uma estudante de pós-graduação do Centro de Imagem Molecular de Sherbrooke, começam permitindo que os ratos se aclimatizem na instalação animal por um mínimo de sete dias antes de iniciar este protocolo, e então realizam varreduras cerebrais por Ressonância Magnética (RM) de uma a duas semanas antes da PET com duplo traçador, para permitir a recuperação completa do animal da anestesia. Posicione o rato na mesa de exame de RM na posição prona com a cabeça à frente e coloque um cone nasal para isoflurano.Posicione também os sensores de respiração e retal de forma que a frequência respiratória possa ser monitorada e a temperatura corporal mantida a 37 graus Celsius com um sistema automatizado de aquecimento de ar. Adquira imagens de RM ponderadas em T2 do cérebro utilizando uma sequência de pulso em eco de spin rápido. Após a conclusão da aquisição de imagens, coloque a rata sobre um tapete aquecido e monitore a recuperação da anestesia uma a duas semanas após a RM. Jejue a rata por 18 horas antes da varredura por PET.Utilize um escâner para pequenos animais equipado com detectores de fotodíodo de avalanche e campo de visão axial de aproximadamente 7,5 centímetros e uma resolução espacial isotrópica de 1,2 milímetros. Comece colocando a rata na câmara de indução. Em seguida, transfira a rata para um tapete aquecido com cone nasal para isoflurano e assegure-se de que o animal esteja completamente anestesiado antes da aquisição de imagens.Inicie a síntese do acetato de carbono-11 neste momento, pois a síntese leva 18 minutos a partir do fim do bombardeamento. Prepare também um cateter de polietileno PE 50 preenchido com solução de cloreto de sódio 0,9% heparinizada. Posicione a rata de lado e insira o cateter na veia da cauda para a injeção do traçador.Instale um segundo cateter na artéria caudal ventral média para coleta de sangue durante todas as aquisições. Transfira rapidamente o rato para a mesa do escâner na posição prona com a cabeça à frente, mantendo o cone nasal no lugar. Em seguida, mova a mesa do escâner para dentro do equipamento para garantir a aquisição adequada simultânea do cérebro e do coração, posicionando como referência anatômica a borda do campo de visão nos olhos do rato.Monitore a taxa de respiração e mantenha a temperatura corporal a 37 graus Celsius durante todo o experimento. Em seguida, utilizando uma solução concentrada de acetato de carbono 11 com cerca de um giga ERL por mililitro, prepare uma seringa com cerca de 50 megal de radioatividade. Uma faixa de 45 a 55 megal é aceitável.Em seguida, ajuste o volume para 300 microlitros com soro fisiológico. Instale a seringa em uma bomba de infusão e configure a injeção em bolus do traçador radioativo a uma taxa de um mililitro por minuto, com duração da injeção de cerca de 19 segundos. Em seguida, configure uma segunda bomba para administrar imediatamente 300 microlitros de soro fisiológico a uma taxa de um mililitro por minuto, garantindo assim a injeção ideal do traçador na circulação sanguínea.Defina o modo de aquisição contínua e a janela de energia entre 250 e 650 quiloeletronvolts e inicie a aquisição dinâmica de dados PET 30 segundos antes do início da injeção em bólus. A duração total do exame deve ser de 20 minutos e 30 segundos. A 32ª aquisição realizada antes da injeção do traçador fornece uma medida do fundo ambiente, que será posteriormente subtraída dos dados PET.Colete duas amostras de sangue de 200 microlitros aproximadamente 15 e 18 minutos após o início da injeção de acetocetato de Carbono 11 e injete solução salina heparinizada no cateter após cada coleta para evitar a coagulação do sangue. Anote o horário no início e no final da coleta sanguínea e calcule o tempo médio. As amostras devem ser centrifugadas a 6.000 RPM durante cinco minutos para coletar o plasma.Em seguida, realize contagens de radioatividade utilizando um contador gama calibrado com o escâner de PET. Após o exame com acetato de carbono-11, aguarde um período de 20 minutos para garantir que a maior parte da radioatividade tenha decaído. Durante esse tempo, usando uma solução concentrada de FDG, prepare uma seringa com cerca de 50 megal.Novamente, ajuste o volume com soro fisiológico e configure a bomba de infusão conforme descrito anteriormente. Inicie agora uma aquisição dinâmica com duração total de 40,5 minutos, incluindo novamente 30 segundos antes da injeção. Colete duas amostras sanguíneas de 200 microlitros aproximadamente 30 e 35 minutos após o início da injeção de FDG.Em seguida, ao final da aquisição de FDG, colete uma amostra final de sangue de 200 microlitros. Após a conclusão da varredura, reconstrua as imagens de PET de acordo com o seguinte cronograma: sequências de um por 30, 12 por cinco, oito por 30 e n por 300 segundos, em que n equivale a três para a aquisição de ACETOACETATO com carbono 11 e n equivale a sete para a aquisição de FDG. Para iniciar a análise, utilize o software P mode ou um sistema equivalente para análise de imagens de PET em pequenos animais a fim de gerar uma curva de atividade temporal plasmática.Primeiro, carregue os dados de FDG e, em seguida, alguns quadros de imagem dos primeiros 60 segundos após a injeção, quando o traçador está principalmente no sangue. Em seguida, utilizando uma ferramenta de desenho manual, desenhe uma região de interesse ou VOI no compartimento da cavidade ventricular esquerda, aproximadamente um milímetro dentro da borda do compartimento sanguíneo. Isso garante a exclusão do tecido e evita a contaminação radioativa do tecido no compartimento sanguíneo.Em seguida, copie a ROI para toda a série de imagens dinâmicas e gere uma curva de radioatividade em função do tempo. Depois, em uma planilha, utilize as contagens de radioatividade das duas amostras de plasma coletadas durante a aquisição para corrigir a curva de atividade temporal do plasma. Utilize a equação mostrada aqui.Verifique também se há radioatividade residual de acetato de carbono 11 nos primeiros 30 segundos do exame de FDG antes da injeção. Em caso afirmativo, subtraia o seguinte fator de todas as demais janelas temporais da curva de atividade no tempo. Em seguida, carregue os 28 quadros temporais de FDG na mesma orientação das imagens de RM e calcule a imagem somada de FDG.Em seguida, realize a co-registro automático da imagem somada de FDG sobre as imagens de RM. Aplique a transformação a todos os quadros individuais da imagem de FDG e salve a transformação, que posteriormente será aplicada às imagens de acetato de carbono 11. Isso é necessário porque o carbono 11.As imagens de acetatoacetato possuem uma baixa relação sinal-ruído e o co-registro automático é difícil. Em seguida, utilizando um software de segmentação, selecione os dados de RNM e escolha o plano preferido para desenho manual. A ferramenta de desenho manual ou semiautomática pode ser usada dependendo do cérebro, do tamanho da região e do contraste da imagem.Localize as estruturas cerebrais de acordo com um segmento padrão de atlas cerebral de rato, o córtex cerebral inteiro, hipocampo, satu e cerebelo conforme mostrado aqui ou outras regiões conforme necessário. Salve as VOI, que serão aplicadas às imagens de FDG e acetato de carbono-11 coregistradas. Primeiro, aplique as VOI às imagens de FDG coregistradas.Selecione as estatísticas de VO i para visualizar a curva de atividade temporal cerebral, se necessário. Corrija a curva subtraindo a radioatividade média corrigida para decaimento nos primeiros 30 segundos de todos os quadros temporais subsequentes para realizar um cálculo da taxa metabólica cerebral, carregue as curvas de atividade temporal cerebral e plasmática correspondentes. Em seguida, selecione o modelo cinético de plotagem de LAC e defina a constante agrupada como 0,48 e a concentração plasmática correspondente.Defina o desvio relativo máximo do gráfico plac como 5% e ajuste os dados ao modelo. Em seguida, realize a co-registração do acetato de carbono-11 com ressonância magnética. Primeiro, calcule a imagem somada de FDG dos 24 primeiros intervalos de tempo para obter o mesmo número de quadros do exame de acetato de carbono-11.Em seguida, utilize o processo de transformação FDG para ressonância magnética para o registro de imagens de acetato de carbono-11. Repita os cálculos da curva de atividade no tempo do plasma e as etapas de registro para as imagens de acetato de carbono-11. Aplique a transformação FDG a todos os quadros individuais das imagens de acetato de carbono-11.Por fim, utilize os voxs de FDG salvos e, novamente, calcule a taxa metabólica cerebral, ajustando a constante agrupada para um. Aqui podemos observar que durante o processo de co-registro, as imagens de RM são fixas e as imagens de PET se movem devido ao alinhamento no plano axial. Este gráfico mostra a modelagem cinética da captação de FDG em todo o cérebro.Após a captação cerebral, utilizando o software no modo P, atinge-se o estado estacionário. A curva resulta em uma linha reta, cuja inclinação representa o fluxo para o cérebro. Os valores típicos de influxo cerebral e volume de distribuição no cérebro inteiro para a FDG são cerca de 0,0165 por minuto à potência de menos um e aproximadamente 0,6425 mililitros de sangue por mililitro de tecido, respectivamente.A taxa metabólica cerebral esperada de glicose em todo o cérebro é aproximadamente 25 mícromols por minuto, por 100 gramas, após este procedimento. Outros métodos, como o sangue ocidental, podem ser realizados para responder perguntas adicionais. Por exemplo, a expressão dos transportadores cerebrais de glicose e corpos cetônicos é modificada em uma condição específica?Com o desenvolvimento desta técnica, abrimos uma nova janela para pesquisadores interessados no metabolismo de antígenos cerebrais, permitindo o estudo de processos fisiológicos e patológicos envolvidos no envelhecimento, doenças neurodegenerativas e desenvolvimento e tratamento de tumores em roedores e outros modelos animais. O trabalho com radiação exige precauções adicionais. Manipule o traçador radioativo atrás do escudo de chumbo.Usar dosímetros corporal e anular é obrigatório para este experimento. Realizar levantamentos com pessoal e em áreas utilizando um contador Geiger é essencial para manter um ambiente de trabalho livre de contaminação.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

Os danos cerebrais resultantes da isquemia cerebral podem ser visualizados de forma não invasiva e estudados em ratos usando tomografia pré-clínica por emissão de pósitrons acoplada à sonda radioativa injetável, 18F-fluorodesoxiglicose. Além disso, o uso de ferramentas de software modernas que incluem modelos cerebrais de volume de interesse (VOI) aumenta drasticamente as informações quantitativas obtidas nesses estudos.

Imagem não invasivo e Análise de Isquemia Cerebral em Ratos de Vida Usando Positron Emission Tomography com<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

O método aqui apresentado utiliza a tomografia por emissão de pósitrons simultânea e ressonância magnética. No modelo de hipoxia-isquemia cerebral, alterações dinâmicas no metabolismo de glicose e de difusão ocorrem durante e após a lesão. O dano em evolução e irreproduzível neste modelo exige aquisição simultânea, se dados de imagens multi-modais significativas devem ser adquiridos.

Simultânea de imagem PET / MRI Durante Rato isquemia-hipoxia cerebral

Aplicamos estimulação magnética transcraniana repetitiva (EMTr) no hemisfério unilateral do cérebro de ratos, colocando uma bobina de 25 mm em forma de 8 1 cm lateral ao vértice da linha biauricular e angulando a bobina em 45°. Um sistema interno de resfriamento de água foi usado para rTMS por mais de 20 min.

Estimulação Magnética Transcraniana repetitiva para o Hemisfério unilateral do cérebro de rato

A síntese proteica é um processo biológico crítico para as células. No cérebro, é necessário para mudanças adaptativas. A mensuração das taxas de síntese proteica no cérebro intacto requer considerações metodológicas cuidadosas. Aqui nós apresentamos o L-[1-14C]-método Bakersfield quantitativo da leucina para a determinação de taxas regionais da síntese da proteína cerebral in vivo.

Método autoradiográfico quantitativo para determinação das taxas regionais de síntese protéica cerebral in vivo

Após a verificação pelo sangue-oxigénio-dependente de nível funcional de ressonância magnética (fMRI bold (realce)) que a área correspondente do córtex campo barril somatossensorial (chamada S1BF) corretamente é ativado, o principal objetivo deste estudo é quantificar o teor de lactato flutuações nos cérebros rato ativado por espectroscopia de ressonância magnética de prótons localizados (1H-MRS) em 7 T.

Funcionais de ressonância magnética espectroscopia em 7 T no córtex de barril de rato durante a ativação dos whiskers

Este manuscrito descreve dois protocolos de administração do radiotraçador para FDG-PET (infusão constante e bolus mais a infusão) e compara-os à administração do bolus. As resoluções temporais de 16 s são realizáveis usando estes protocolos.

Administração do radiotracer para a tomografia de emissão de positrão de alta resolução temporal do cérebro humano: aplicação para FDG-fPET

Este protocolo tem o objetivo de monitorar as alterações in vivo da mielina (desmielinização e remielinização) por meio da tomografia de emissão de pósitrons (PET) em um modelo animal de esclerose múltipla.

Tomografia de emissão de pósitrons para medição in vivo de conteúdo de mielina no modelo de rato de lysolecithin de esclerose múltipla

Este protocolo descreve um método para obter dados de ressonância magnética funcional de estado de repouso estável (rs-fMRI) de um rato usando isoflurane de baixa dose em combinação com dexmedetomidina de baixa dose.

Aquisição de dados de ressonância magnética funcional de estado de repouso no rato

Aqui, apresentamos um protocolo de imagem experimental para a quantificação da função cardíaca e morfologia utilizando tomografia por emissão de pósitrons de alta resolução/tomografia computadorizada para animais de pequeno porte. Tanto camundongos quanto ratos são considerados, discutindo os diferentes requisitos de agentes de contraste da tomografia computadorizada para as duas espécies.

Tomografia por Emissão de Pósitrons Cardíacos de Alta Resolução/Tomografia Computadorizada para Animais de Pequeno Porte

Medidas quantitativas do metabolismo de oxigênio e glicose por PET são tecnologias estabelecidas, mas detalhes de protocolos práticos são escassamente descritos na literatura. Este artigo apresenta um protocolo prático implementado com sucesso em um scanner de tomografia computadorizada por emissão de pósitrons de última geração.

Estudos multi-traçadores do metabolismo cerebral de oxigênio e glicose usando um scanner de tomografia computadorizada por emissão de pósitrons por tempo de voo

A aquisição de dados dinâmicos de tomografia por emissão de pósitrons (PET) e a reconstrução em intervalos de tempo permitem a análise da conectividade metabólica do cérebro no nível de um único sujeito. Descrevemos um método para adquirir dados dinâmicos de PET [18F]FDG do cérebro de ratos e obter uma matriz de conectividade por meio da extração de curvas de tempo-atividade de volumes de interesse.

Estudando a conectividade metabólica do cérebro usando tomografia por emissão de pósitrons dinâmica de 2-desoxi-2-[18F]Fluoro-D-glicose no nível de sujeito único

Aprenda a medir a captação regional de glicose e corpos cetônicos no cérebro de roedores usando PET-MRI. Este protocolo duplo permite quantificar o metabolismo energético cerebral em estudos de envelhecimento.

A dupla Tracer PET-MRI Protocolo para a medida quantitativa da Regional cérebro substratos energéticos Captação no Rato

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