Summary
ووصف طريقة التصوير الوظيفي للأنسجة الدهنية الماوس البني (BAT) التي حفزت الباردة 18F-امتصاص Fluorodeoxyglucose (FDG) في BAT هو غير جراحية المقررة مع بروتوكول micro-PET/CT موحدة. هذه الطريقة هي قوية وحساسة للكشف عن الاختلافات في الأنشطة BAT في نماذج الماوس.
Abstract
براون النسيج الشحمي (BAT) يختلف عن الأنسجة الدهنية البيضاء (WAT) من خلال موقعها منفصلة واللون البني والاحمر بسبب الأوعية الدموية الغنية وكثافة عالية من الميتوكوندريا. BAT يلعب دورا رئيسيا في استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة غير يرتجف في الثدييات حديثي الولادة وكذلك الكبار 1. ودرجة عالية من التنظيم BAT بوساطة ثيرموغينيسيس من الجهاز العصبي الودي، في الغالب عن طريق مستقبلات الأدرينالية β 2، 3. وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن ترتبط سلبيا على الأنشطة البشرية في البالغين BAT مع مؤشر كتلة الجسم (BMI) وغيرها من المعلمات السكري 4-6. وهكذا تم BAT كما اقترح هدفا محتملا لanti-obesity/anti-diabetes العلاج التي تركز على تعديل ميزان الطاقة من 6-8. في حين وضعت العديد من التحديات القائمة على التصوير المقطعي بوزيترون الانبعاثات الباردة (PET) للكشف عن أساليب BAT الإنسان 9-13، ليس هناك اي بروتوكول موحد للتصوير وquantification من BAT في نماذج الحيوانات الصغيرة مثل الفئران. نحن هنا وصف الأسلوب قوية التصوير PET / CT لتقييم وظيفي أفضل التقنيات المتاحة في الفئران. لفترة وجيزة، وكانت الفئران الكبار C57BL/6J الباردة في ظل ظروف الصيام علاج لمدة 4 ساعات قبل أن تلقى جرعة واحدة من 18 F-Fluorodeoxyglucose (FDG). وظلت الفئران في البرد لمدة ساعة إضافية حقن FDG آخر، ومن ثم مسحها مع نظام الصغيرة micro-PET/CT الحيوان مخصص. كانت الصور PET المكتسبة شارك في تسجيل مع الصور التشريحية CT للحصول على مراجع وتحليلها لامتصاص FDG في منطقة بين الكتفين إلى تقديم BAT BAT النشاط. تم التحقق من صحة هذه المعاملة الباردة موحدة وبروتوكول التصوير من خلال أنشطة BAT اختبار خلال التدخلات الدوائية، على سبيل المثال، تفعيل BAT قمعها من قبل معاملة β-الأدرينية خصم بروبرانولول 14، 15، أو تفعيل BAT المعززة β3 ناهض BRL37344 16. أسلوب قصريمكن تطبيقها هنا صفه ب للكشف عن المخدرات / المركبات التي تعدل النشاط BAT، أو لتحديد الجينات / مسارات التي تشارك في تطوير وتنظيم BAT في مختلف الدراسات قبل السريرية والأساسية.
Protocol
1. إعداد الحيوان والعلاج الباردة
- تحديد مكان وتفقد ° C 4 غرفة الباردة التي تمت الموافقة لاستيعاب الفئران المعملية.
- أقفاص الحيوانات قبل البرد خلال الليل في غرفة باردة. يتم تجميعها في أقفاص دون الأعلاف والفراش ولكن مع زجاجة من المياه.
- في صباح اليوم التجريبية والفئران المكان واحدا تلو الآخر في كل من الأقفاص قبل المبردة على فترات 30 دقيقة. ينبغي لكل الماوس في قفص منفردة البقاء في غرفة باردة منذ ما يقرب من 4 ساعات قبل أن يتم نقله إلى المختبر التصوير. ضمان الفئران والصوم ولكن مع الحصول على المياه.
- في 4 النقل آخر ساعة العلاج الباردة حيوان واحد في وقت واحد كل 30 دقيقة إلى مختبر التصوير. ويمكن تحقيق هذا عن طريق ملء وعاء الستايروفوم مع الثلج ووضع قفص الإسكان قبل المبردة على رأس الجليد داخل منطقة الجزاء. ضع الغطاء على فضفاضة مربع الستايروفوم.
2. الإعداد Micro-PET/CT التصوير سير العمل
ويتحقق "jove_content"> وفي هذا التصوير micro-PET/CT بروتوكول مع شركة سيمنز PET مخصصة Inveon (dPET) ونظام Multimodality Inveon (MM) نظام (CT / SPECT) في وضع راس. يتم وضع الحيوان من مدخل MM، فحص CT الأولى مع لمراجع التشريحية، وانخفض بعد ذلك إلى مركز لاقتناء dPET ثابت PET F18. وذلك لتمكين الكمبيوتر المضيف لتنفيذ هذه المهام متتابعة تلقائيا، وتمت برمجة ما يلي "سير العمل" مع برنامج (رأي التحالف) مكان العمل اقتناء Inveon قبل الدورة التصوير الفعلي.
- مجموعة للفحص CT الجسم كله، الحالي في 500 UA، الجهد في 80kV، زمن التعرض في 200 ميللي ثانية، و 240 للتناوب الخطوات ° 240: اقتناء CT. لX السينية للكشف عن، حدد القرار في "النظام منخفضة التكبير" مع 78 مم مجال التصوير المحوري واحد وضع السرير. حدد "إعادة الإعمار في الوقت الحقيقي" باستخدام "الحزم المشتركة المخروط إعادة الإعمار" طريقة حتى يتسنى للمحادثات مع المضيف PCمخصص إعادة الإعمار في الوقت الحقيقي الكمبيوتر (كوبرا) لبدء المهمة.
- PET الحصول الانبعاثات: مجموعة ثانية 600 (10 دقيقة) ل "الفحص وقت ثابت" في الخيار "تكتسب الوقت". حدد F-18 ب "النظائر دراسة" استخدام و350-650 كيلو ب "مستوى الطاقة".
- PET الرسم البياني الانبعاثات: مجموعة "الإطار الحيوي" بأنه "أسود" لمعالجة البيانات وإطار واحد لكامل مدة المسح لتحقيق ثابتة. حدد "3D" كنوع الرسم البياني واختيار "لا تصحيح مبعثر".
- PET التعمير: استخدام 2D توقع المجموعة الثانوية أمرت تعظيم (OSEM2D) وخوارزمية إعادة الإعمار.
3. حقن FDG
- من أجل حزمة السريرية من 18 F-FDG (10 MCI) من بائع الإقليمي لوصولها إلى المختبر التصوير ~ 30 دقيقة قبل الحقن أول المجدولة. اتباع اجراءات السلامة المعهد لاستقبال ومسح حزمة تحتوي على خواص المواد المشعةLS (RAM).
- مع الحماية التي يوفرها درع الجدول الأعلى L-كتلة، وقسامة وجعل FDG التخفيفات بمحلول ملحي معقم. وينبغي تركيز النشاط المخففة للFDG تكون متاحة على UL μCi/100 200-300 لكل الحقن. رسم الحل FDG إلى حقنة 1 مل مع 26G 1/2 بوصة إبرة، وقياس النشاط الإشعاعي للحقنة كاملة مع المعاير الجرعة.
- حقن الحيوان الذي ينقل فقط من الغرفة الباردة (انظر الخطوة 1.4) مع 100 ميكرولتر من حل FDG عبر الطريق (IP) داخل الصفاق. تسجيل الوقت الحقن. قياس النشاط الإشعاعي من بقايا الحقنة مرة أخرى مع المعاير الجرعة.
- وضع الحيوان مرة أخرى إلى القفص الباردة برودة الستايروفوم داخل المحافظة مع الجليد. احتضان الحيوان في البرد (~ 4 ° C) لمدة 1 ساعة لامتصاص FDG.
- حساب النشاط FDG حقن لكل الماوس عن طريق الصيغة التالية:
حقن النشاط النشاط = (μCi) في حقنة قبل الحقن- النشاط في المحاقن بعد الحقن
4. Micro-PET/CT التصوير
- التصوير يبدأ micro-PET/CT 1 ساعة بعد الحقن أو FDG ساعة 5 بعد علاج البرد. وضع الحيوانات إلى غرفة التخدير التعريفي مع 3٪ في Isoflurane الأكسجين.
- مرة واحدة هو فعل التخدير، يتم نقل الحيوانات في الصعود إلى بيليه الصغير CT (سرير الحيوانات) مع رئيسها يستريح داخل مخروط قناع الوجه من شأنها أن توفر باستمرار Isoflurane (2٪) بمعدل تدفق من 2 لتر / دقيقة. يتم وضع سادة التدفئة الكهربائية (BioVet، M2M التصوير كورب) تحت الحيوانية للمساعدة في الحفاظ على درجة حرارة الجسم.
- حرك الحيوان الى مدخل الماسح الضوئي MM، وتفعيل "الليزر" أيقونة من شريط الأدوات، واستخدام عنصر التحكم لوحة اللمس لتحريك السرير بحيث صدر الحيوان هو في الصليب من خطوط الليزر الأفقي والرأسي. في إطار "ليزر محاذاة" حدد "أول نوع الفحص" والاشعة المقطعية، و "حيازة PET المدرجة في سير العمل"، كما optioن.
- فتح "عرض الكشفية" نافذة والحصول على رأي الكشفية الأشعة السينية صورة شعاعية. استخدام رأي التحالف لضبط الموقف من السرير الحيوان بحيث يقع الحقل مركز نظر CT في وسط الجسم الماوس (الكبد). كرر هذه الخطوة إذا لزم الأمر.
- بدء "سير العمل" التي أنشئت في الخطوة 2. عندما يطفو على السطح خيارات، حدد المناسبة 3D PET-CT ملف مصفوفة التحول لاستخدامها في إعادة الإعمار CT، واختيار ملف التطبيع التي أنشئت مؤخرا لإعادة الإعمار PET مع عدم وجود تصحيح توهين. سوف تبدأ بعد ذلك رأي التحالف CT PET المسح وبالتسلسل كما كان مخططا.
- بعد الانتهاء من العمل كله، والتي قد تستغرق 20-25 دقيقة، لفترة وجيزة تقييم نوعية CT المكتسبة والصور PET مع VM ASIPro، وهو برنامج تحليل الدقيقة PET شارك في تثبيتها مع رأي التحالف. أرشفة البيانات التصوير إلى جهاز تخزين البيانات أو نقل البيانات عبر شبكة إلى محطة عمل التصوير تحليل آخر (انظر الخطوة 5) لمزيد من التحليل.
- ReleaSE الحيوان من نظم التصوير ووضعه في قفص السكن نظيفة مع الطعام العادي وإمدادات المياه لانتعاشها في درجة حرارة الغرفة. نظم الآن على استعداد للحيوان القادمة في قائمة الانتظار. لاحظ الرعاية والتعامل مع مرحلة ما بعد التصوير الحيوانات ينبغي أن تتبع الأنظمة المعهد حول "التعامل مع حقن الحيوانات المختبرية مع RAM". نلاحظ أيضا أن تستخدم الإبر / المحاقن، ومنصات ماصة، والقفازات، وأغطية فراش جميع وينبغي النظر فيها البراز والنفايات المشعة، والتعامل معها وفقا للوائح ذات الصلة المعهد RAM التخلص من النفايات.
5. بعد تحليل التصوير
- مكان العمل المفتوحة البحث Inveon (IRW) البرمجيات (سيمنز) ويدويا استيراد كل CT PET ومجموعات البيانات. شارك في السجل CT PET والصور في نافذة "تسجيل" باستخدام الأدوات مع "التحليل العام" وظيفة، وتحت إطار "استعراض" تأكد من محاذاة المثالي بين CT PET والصور في جميع الأبعاد 3.
- من "منطقة الاهتمام (ROI) الكمي" نافذة، مع المراجع التي توفرها الصور CT المشترك المسجل، وتحديد BAT في المنطقة بين الكتفين والعنق، والأكثر الغالب الباردة محرض BAT في فئران بالغة، ورسم حجم الفوائد (أصوات العراق) من خلال BAT مجموعة البيانات PET. حدد "فوكسل شدة" ب "نوع التحديد الكمي" وتسجيل النشاط الإشعاعي المتوسط في VOI كما بيكريل / مل. وثمة عامل المعايرة الذي يحول التهم / ثانية إلى بيكريل / مل المحددة سابقا عن طريق المسح الضوئي شبحا مع النشاط الإشعاعي المعروفة.
- وكميا في امتصاص FDG BAT كجرعة نسبة حقن الأنسجة في غرام (٪ ID / ز) مع تصحيح التسوس. حقن الجرعة هو نتيجة الخطوة 3.5، ومع ذلك، وتحويلها إلى وحدة (بيكريل) بيكريل (1 = 37000 بيكريل μCi)، ونحن نفترض أن 1 مل من الأنسجة يعادل 1 غرام.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويرد مثال على التصوير من micro-PET/CT BAT الماوس في الشكل 1. في حين أن التصوير CT يقدم معلومات التشريحية، والتصوير PET بترميز توزيع وكمية امتصاص F-18 FDG جميع أنحاء الجسم كله. يمكن الاطلاع على هذه البيانات بشكل منفصل التصوير (1A و 1B)، تنصهر (1C)، أو أثبت مع ميزة 3D مثل الإسقاط كثافة القصوى (MIP، 1D). يمكن تحويلها بمساعدة أداة التصوير 3D، وبلغ حجم التداول الفائدة (أصوات العراق)، وهنا يتم رسم المنطقة BAT بين الكتفين (المشار إليها بواسطة الأسهم في الشكل 1)، وأكثر من الصور والإشارات PET إجمالي داخل VOI إلى ID٪ / ز، وهو ما يمثل نسبة حقن الجرعة (٪ ID) لكل غرام من النسيج. في الماوس تظاهر، FDG الامتصاص في BAT هو ID 19٪ / ز. استخدمنا من أجل التحقق من ما إذا كان هذا الحث الباردة وبروتوكول التصوير هو حساسة بما يكفي للكشف عن أي نشاط BAT تتغير في كلتا الحالتين التنظيم أعلى أو لأسفل التنظيم، βخصم المستقبلات بروبرانولول لقمع تفعيل BAT 15، وناهض β3 BRL37344 لتعزيز الحث BAT 16، على التوالي. تم تطبيق هذه التدخلات الدوائية خلال العلاج الباردة وعلى وجه التحديد، في 30 دقيقة قبل الحقن من FDG. وأظهرت PET / CT التصوير (الشكل 2A) وتحليل (الشكل 2B) أن العلاج بروبرانولول إلى خفض كبير في امتصاص FDG في BAT، في حين ارتقى بشكل ملحوظ BRL37344 امتصاص، بالمقارنة مع السيطرة على السيارة.
الشكل 1. Micro-PET/CT تصوير BAT في الماوس بعد 5 ساعة المعاملة الباردة. (A) A القسم الاكليلية صورة CT. (B) A القسم الاكليلية صورة PET المشترك مسجل لدى CT في "A". (C) وأسفر تنصهر PET / CT صورة من بتركيب من "A" و "B". (D) كثافة القصوى projectiعلى (MIP) عرض الصور PET / CT تنصهر. الأسهم الصفراء: منطقة بين الكتفين الموافق الأنسجة الدهنية البنية.
الشكل 2. Micro-PET/CT مظاهرة من تغيير النشاط من المخدرات BAT المستقبلات. (A) 18 F-FDG PET / CT التصوير من الفئران التي عولجت بالأدوية المختلفة. أ) PBS (مراقبة). ب) بروبرانولول (β خصم، 5mg/kg، والملكية الفكرية). ملاحظة انخفاض ملحوظ في امتصاص FDG في منطقة BAT. ج) BRL37344 (β3 ناهض، 5mg/kg، والملكية الفكرية). ملاحظة زيادة كبيرة في تراكم FDG في BAT. الأسهم الصفراء: منطقة بين الكتفين الموافق الأنسجة الدهنية البنية. (B) التحليل الكمي للامتصاص في FDG BAT. قيم ID٪ / ز (حقن الجرعة نسبة لكل غرام من النسيج) تقدم (يعني ± SD). ن = 10 للمجموعة PBS، ن = 5 لمجموعات كل وBRL37344 بروبرانولول. *، p <0.05؛ **،ف <0.005، مقارنة مع المجموعة PBS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
في هذه الدراسة تم تطوير أسلوب التصوير للكشف عن الأنشطة micro-PET/CT-based BAT في الفئران البالغة التي تتطلب مجرد علاج البرد وحقنة واحدة من المتاحة تجاريا 18 F-FDG. ويمكن أن يتم هذا الإجراء كله في يوم واحد بعد العلاج والذي يبدأ تسلسل التصوير كل 30 دقيقة حتى يتم التعامل مع جميع الحيوانات وتصويرها. وفقا للشروط المبينة التجريبية، يمكن اختبار ما مجموعه 10 الفئران (أو 2 من 5 مجموعات الفئران) في اليوم نفسه مع نظام التصوير واحد. ويمكن رفع الحد لهذا النوع من الإنتاجية إذا كان يمكن مسحها ضوئيا 2 أو أكثر في وقت واحد الحيوانات على سرير الحيوان المصممة خصيصا كما كان ذكر سابقا 17. لإكمال الدراسة نعتمد على استخدام نظام التصوير micro-PET/CT المشتركة التي يستفيد من المعلومات التشريحية المفصلة التي قدمها CT. ومع ذلك، مستقل الدقيقة PET هي أيضا قادرة على انجاز المهمة عندما C 57يضاف س انتقال المسح الضوئي لسير العمل قبل الحصول الانبعاثات البيانات F18. ويمكن استخدام نقل البيانات 57 شركة لتصحيح توهين خلال إعادة بناء صورة PET ويمكن أيضا أن أعيد بناؤها لتوطين التشريحية.
A خطوة حاسمة من هذا البروتوكول هو لتحسين مدة العلاج البارد (على سبيل المثال، 5 ساعات في هذه الدراسة). ويجوز للوقت أقصر مدة أو القضاء على التعرض للبرد إنتاج نشاط قريب من الخلفية والأسلوب يمكن أن تكون حساسة لأي تنظيم لأسفل من BAT (تأثير الكلمة). في المقابل، قد تعرض ممدود الباردة (مثل ساعات خلال الليل، أو 24) وتحقيق أقصى قدر من الحث الأسلوب يمكن أن تصبح مشبعة اخفاء أي اختلافات في التنظيم تتكون من BAT (تأثير السقف). وقد تم التحقق من صحة الشروط الأمثل الموصوفة في هذا البروتوكول من خلال قمع وبروبرانولول β3 اختبارات التحفيز ناهض BRL37344 (الشكل 2
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
فإن الكتاب أود أن أشكر لورا دياز، كيفن فيليبس، ويلا هسويه A.، والملك لى C. على دعمهم مفيدة التعليقات والتقنية في تطوير هذه الطريقة.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Micro-PET/CT Imaging System | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | Inveon Dedicated PET System and Inveon Multimodality CT/SPECT System (docked) | |
| Propranolol | Sigma | P0884 | |
| BRL 37344 | Sigma | B169 | |
| 18F-FDG | Cyclotope Inc. | ||
| C57BL/6J Male Mice | Jackson Laboratory | 000664 | 3-4 months old |
References
- Cypess, A. M., Kahn, C. R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-484 (2010).
- Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
- Collins, S., Surwit, R. S. The beta-adrenergic receptors and the control of adipose tissue metabolism and thermogenesis. Recent Prog. Horm. Res. 56, 309-328 (2001).
- Ouellet, V., et al. Outdoor temperature, age, sex, body mass index, and diabetic status determine the prevalence, mass, and glucose-uptake activity of 18F-FDG-detected BAT in humans. J. Clin. Endocrinol. Metab. 96, 1115-1125 (2011).
- Cypess, A. M. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N. Engl. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
- Fruhbeck, G., Becerril, S., Sainz, N., Garrastachu, P., Garcia-Velloso, M. J. BAT: a new target for human obesity. Trends Pharmacol. Sci. 30, 387-396 (2009).
- Cypess, A. M., Kahn, C. R. Brown fat as a therapy for obesity and diabetes. Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes Obes. 17, 143-149 (2010).
- Virtanen, K. A., et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. N. Engl. J. Med. 360, 1518-1525 (2009).
- van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. N. Engl. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
- Cohade, C., Mourtzikos, K. A., Wahl, R. L. "USA-Fat": prevalence is related to ambient outdoor temperature-evaluation with 18F-FDG PET/CT. J. Nucl. Med. 44, 1267-1270 (2003).
- Garcia, C. A. Reduction of brown fat 2-deoxy-2-[F-18]fluoro-D-glucose uptake by controlling environmental temperature prior to positron emission tomography scan. Mol. Imaging Biol. 8, 24-29 (2006).
- Saito, M. High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: effects of cold exposure and adiposity. Diabetes. 58, 1526-1531 (2009).
- Agrawal, A., Nair, N., Baghel, N. S. A novel approach for reduction of brown fat uptake on FDG PET. Br. J. Radiol. 82, 626-631 (2009).
- Soderlund, V., Larsson, S. A., Jacobsson, H. Reduction of FDG uptake in brown adipose tissue in clinical patients by a single dose of propranolol. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 34, 1018-1022 (2007).
- Zhao, J., Cannon, B., Nedergaard, J. Thermogenesis is beta3- but not beta1-adrenergically mediated in rat brown fat cells, even after cold acclimation. Am. J. Physiol. 275, 2002-2011 (1998).
- Rowland, D. J., Garbow, J. R., Laforest, R., Snyder, A. Z. Registration of [18F]FDG microPET and small-animal MRI. Nucl. Med. Biol. 32, 567-5672 (2005).
