Функциональная визуализация и количественное определение термогенных жировых депо у мышей с использованием подхода, основанного на микро-ПЭТ/МР визуализации.
Method Article
Функциональная визуализация и количественное определение термогенных жировых депо у мышей с использованием подхода, основанного на микро-ПЭТ/МР визуализации.
Коричневые и бежевые адипоциты в настоящее время признаны потенциальными терапевтическими мишенями для ожирения и метаболических синдромов. Неинвазивные методы молекулярной визуализации необходимы для обеспечения критического понимания этих термогенных жировых депо. Здесь в протоколе представлен метод визуализации ПЭТ/МР для оценки активности коричневых и бежевых адипоцитов в межлопаточной коричневой жировой ткани мыши (iBAT) и паховой подкожной белой жировой ткани (iWAT). Визуализация и количественная оценка термогенных жировых депо были достигнуты с использованием [18F]FDG, неметаболизируемого аналога глюкозы, в качестве радиоиндикатора, в сочетании с точной анатомической информацией, предоставленной МР-визуализацией. Пэт/МР-визуализация проводилась через 7 дней после холодной акклиматизации, а количественное определение сигнала [18F]FDG в различных жировых депо проводилось для оценки относительной мобилизации термогенных жировых тканей. Удаление iBAT существенно увеличивало поглощение [18F]FDG в iWAT мышей.
В ответ на изменение потребностей в питании жировая ткань служит энергетическим кэшем для принятия либо хранения липидов, либо режима мобилизации для удовлетворения потребностей организма1. Кроме того, жировая ткань также играет ключевую функцию в терморегуляции с помощью процесса, называемого недрожащим термогенезом, также называемым факультативным термогенезом. Это обычно достигается коричневой жировой тканью (BAT), которая экспрессирует обильный уровень разъединяющего белок мембраны митохондрий 1 (UCP1). В качестве протонного носителя UCP1 генерирует тепло, разъединяя перенос протонов и производство АТФ2. При холодной стимуляции термогенез в БАТ приводится в движение активацией симпатической нервной системы (СНС) с последующим высвобождением норадреналина (NE). NE связывается с β3 адренергическими рецепторами и приводит к повышению внутриклеточного циклического АМФ (цАМФ). Как следствие, цАМФ/ПКК-зависимое вовлечение CREB (белка, связывающего элемент ответа цАМФ), стимулирует транскрипцию Ucp1 посредством прямого связывания с элементами CREB-ответа (CRE)2. В дополнение к BAT, коричневые адипоциты также находятся в белой жировой ткани и поэтому называются бежевыми или бритовыми (коричневыми в белом) клетками1,3. В ответ на специфические раздражители (такие как холод) эти в противном случае покоящиеся бежевые клетки реконструируются, чтобы проявлять множественные коричневые черты, включая многолокулярные липидные капли, плотно упакованные митохондрии и увеличенную экспрессию UCP13,4,5.
Исследования на животных показали, что коричневые и бежевые адипоциты обладают множественными метаболическими преимуществами, помимо их эффекта снижения жира, включая сенсибилизацию к инсулину, снижение уровня липидов, противовоспалительное и антиатеросклерозное 6,7. У людей количество бежевого/бурого жира обратно коррелирует с возрастом, индексом резистентности к инсулину и кардиометаболическими расстройствами8. Кроме того, активация бежевых/коричневых адипоцитов у человека либо путем холодной акклиматизации, либо агониста β3-адренергических рецепторов обеспечивает защиту от ряда метаболических нарушений4,9,10. Эти доказательства в совокупности указывают на то, что индукция коричневой и бежевой жировой ткани является потенциальной терапевтической стратегией для лечения ожирения и связанных с ним медицинских осложнений8.
Интересно, что, хотя они имеют сходную функцию, бежевые и классические коричневые адипоциты получены из разных предшественников и активируются перекрывающимися, но различными механизмами1. Поэтому визуализация in vivo и количественная оценка коричневых и бежевых адипоцитов необходимы для достижения лучшего понимания молекулярного контроля этих жировых тканей. В настоящее время 18F-фтордезоксиглюкоза ([18F]FDG) позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) в сочетании с компьютерной томографией (КТ) остается золотым стандартом для характеристики термогенных коричневых и бежевых клеток в клинических исследованиях8. Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует мощные магнитные поля и радиочастотные импульсы для создания подробных анатомических структур. По сравнению с КТ, МРТ генерирует изображения органов и мягких тканей с более высоким разрешением. Здесь представлен протокол для визуализации и количественной оценки функциональных коричневых и бежевых жиров в мышиных моделях после акклиматизации к воздействию холода, распространенный и наиболее надежный способ вызвать потемнение жировой ткани. Этот метод может быть применен для характеристики термогенных жировых депо в моделях мелких животных с высокой точностью.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Протокол, описанный ниже, следует руководящим принципам по уходу за животными Университета Гонконга. Животные, использованные в исследовании, были 8-недельными мышами C57BL / 6J.
1. Хирургические процедуры для животных и холод
2. Калибровка Micro-PET/MR и настройка рабочего процесса
ПРИМЕЧАНИЕ: Микро-ПЭТ/МР визуализация выполняется с использованием последовательной системы ПЭТ/МРТ (см. Таблицу материалов). Каждая мышь помещается на кровать для визуализации; сначала сканирование с помощью MR для анатомической ссылки (скаутский вид), прежде чем перейти к центру поля зрения ПЭТ (FOV) для статического [18F]FDG ПЭТ-получения, а затем МР-визуализация для анатомической ссылки. Рабочий процесс визуализации создается в программном обеспечении, работающем со сканером (см. Таблицу материалов), для обеспечения автоматизированного последовательного сканирования ПЭТ/МРТ до сеанса визуализации.
3. Инъекция [18F]FDG
4. Приобретение микро-ПЭТ/МР
5. Поствизуальный анализ
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Три группы мышей (n = 3 на группу) прошли микро-ПЭТ/МР визуализацию в этом исследовании, где они были размещены либо при термонейтральности (30 ° C), либо при холоде (6 ° C) в течение 7 дней. У одной группы мышей (n = 3) был удален iBAT (iBATx) до лечения холодом (рисунок 1A). Этот метод привел к изменению активности белой жировой ткани у всех трех мышей. В частности, наблюдалось заметное увеличение поглощения [18F]FDG в iWAT с использованием микро-ПЭТ/МР визуализации (
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
В этом исследовании была описана визуализация на основе ПЭТ/МРТ и количественная оценка функциональной коричневой и бежевой жировой ткани у мелких животных. Этот метод использует неметаболизируемый аналог глюкозы [18F]FDG в качестве биомаркера визуализации, чтобы идентифицировать жировые ткани с высоким спросом на глюкозу неинвазивным способом. MR предлагает хороший контраст мягких тканей и может лучше дифференцировать жировые ткани от соседних мягких тканей и мышц. В сочетании с ПЭТ это позволяет точно визуал...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
У авторов нет конфликта интересов для раскрытия.
Мы благодарим за поддержку Национального фонда естественных наук Китая (NSFC) - Фонда отличных молодых ученых (Гонконг и Макао) (81922079), Общего исследовательского фонда Совета по исследовательским грантам Гонконга (GRF 17121520 и 17123419) и Фонда совместных исследований Совета по исследовательским грантам Гонконга (CRF C7018-14E) за эксперименты по визуализации мелких животных.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 0,9% стерильный физиологический раствор | BBraun | 0,9% хлорид натрия внутривенная инфузия, 500 мл | |
| 5 мл шприц | Terumo | SS05L | 5 мл шприц Luer |
| Lock Dose Calibrator | Biodex | Atomlab 500 | |
| Глазная смазка | Alcon Duratears | Стерильная глазная смазка мазь, 3,5 г | |
| Инсулиновый шприц | Terumo | 10ME2913 | 1 мл инсулинового шприца с иглой |
| Программное обеспечение InterView Fusion | Mediso | Version 3.03 | Программное обеспечение для постобработки и анализа изображений |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, ингаляционный анестетик, 250 мл | |
| кетамина | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Кетамин 10% раствор для инъекций, 10 мл |
| Медицинский кислород | Linde HKO | 101-HR | сжатый газ, 99,5% чистота |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 мг/мл Мелоксикам раствор для инъекций для собак и кошек, 10 мл | |
| nanoScan ПЭТ/МРТ сканер | Mediso | 3 Тесла MR | |
| Nucline nanoScan программное обеспечение | Mediso | Version 3.0 | Scanner операционное программное обеспечение |
| Зажимы | для ран Reflex 7 | 203-100 | 7мм Зажимы для ран из нержавеющей стали, 20 зажимов |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | Ксилазин 2% раствор для инъекций, 30 мл |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission