Summary
שיטה של הדמיה תפקודית של רקמת שומן חום עכבר (BAT) מתוארת שבספיגה קרה מגורה-18F של-fluorodeoxyglucose (FDG) בBAT היא הלא פולשני הוערך עם פרוטוקול micro-PET/CT טופל. שיטה זו היא חזקה ורגישה כדי לזהות הבדלים בפעילות BAT במודלים של עכברים.
Abstract
רקמת שומן חום (BAT) שונה מרקמת שומן לבנה (WAT) על ידי מיקומה הדיסקרטי וצבע חום אדום עקב יצירת כלי דם עשיר וצפיפות גבוהה של המיטוכונדריה. BAT ממלא תפקיד מרכזי בהוצאה אנרגטית ולא רועד התרמוגנזה ביונקי יילוד, כמו גם את מבוגרי 1. התרמוגנזה BAT בתיווך היא פיקוח הדוק על ידי מערכת העצבים הסימפתטית, בעיקר דרך רצפטור β adrenergic 2, 3. מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי פעילות BAT במבוגרי אדם מתואמת שלילית עם מדד מסת גוף (BMI) ופרמטרים אחרים סוכרתיים 4-6. BAT יש לכן הוצע כמטרה פוטנציאלית לטיפול anti-obesity/anti-diabetes מתמקד בויסות מאזן האנרגיה 6-8. בעוד כמה שיטות קרות אתגר מבוסס טומוגרפיה פוזיטרונים (PET) שהוקמו לאיתור BAT האנושי 9-13, אין למעשה שום פרוטוקול סטנדרטי להדמיה וquantification של BAT במודלים של בעלי חיים קטנים כגון עכברים. כאן אנו מתארים שיטת PET / CT חזקה הדמיה להערכה תפקודית של BAT בעכברים. בקצרה, עכברי C57BL/6J הבוגרים היו מטופלים בתנאי צום למשך תקופה של 4 שעות לפני שקבלנו מנה אחת של 18-F-fluorodeoxyglucose (FDG) קרים. העכברים נשארו בקור לזריקה אחת נוספת שעה לאחר FDG, ולאחר מכן סרקו עם מערכת ייעודית micro-PET/CT בעלי חיים קטנות. דימויי PET נרכשו היו שותף רשום-עם תמונות CT עבור הפניות אנטומיים ונותח לספיגת FDG באזור BAT interscapular להציג פעילות BAT. זה קר טיפול פרוטוקול הדמיה סטנדרטית ואומת באמצעות פעילויות BAT בדיקות במהלך התערבויות תרופתיות, למשל, הפעלת BAT מדוכא על ידי הטיפול באנטגוניסט β-adrenoceptor propranolol 14, 15, או הפעלת BAT המשופרת ידי β3 אגוניסט BRL37344 16. שיטת described כאן יכול להיות מיושם על מסך לסמים / תרכובות המווסתים את פעילות BAT, או לזיהוי גנים / מסלולים המעורבים בפיתוח ורגולציה BAT במחקרים פרה ובסיסיים שונים.
Protocol
1. הכנת בעלי חיים וטיפול בקור
- אתר ולבדוק 4 ° C חדר קר שאושר לאירוח עכברי מעבדה.
- כלובי חיות טרום צינת הלילה בחדר הקר. הכלובים הם התאספו בלי הזנה ומצעים אבל עם בקבוק המים.
- בבוקרו של יום הניסוי, עכברי מקום אחד אחד לכל אחד מהכלובים מראש המצוננים במרווחי 30 דקות. כל עכבר בכלוב צריך להישאר לבד בחדר הקר לכמעט 4 שעות לפני שהוא מועבר למעבדת ההדמיה. הקפד על עכברי צום אך עם גישה למים.
- בטיסת 4 שעות לאחר טיפול קרה בעל חיים אחד בכל פעם, בכל 30 דקות למעבדת ההדמיה. זו יכולה להיות מושגת על ידי מילוי מכל קלקר עם קרח והצבת כלוב דיור מראש צונן על גבי הקרח בתוך הקופסה. רופף למקם את הכיסוי על קופסא הקלקר.
2. התקנת Micro-PET/CT הדמית זרימת עבודה
> "Jove_content" בפרוטוקול micro-PET/CT הדמיה זו מושגת עם סימנס Inveon הייעודי PET (dPET) המערכת וmultimodality Inveon (MM) מערכת (CT / SPECT) במצב המעוגן. החיה ממוקמת מכניסת MM, נסרקה ראשון עם CT להפניות אנטומיים, ואז החליקה למרכז dPET לרכישת PET סטטי F18. על מנת לאפשר למחשב המארח כדי לבצע משימות אלו באופן אוטומטי רציפות, "העבודה" הבאה מתוכנת עם מקום עבודת Inveon רכישת תוכנה (שבוע אפרטהייד ישראלי) לפני פגישת ההדמיה בפועל.
- CT רכישה: לכל גוף בדיקת CT, להגדיר נוכחי ב 500 UA, מתח ב80kV, זמן החשיפה ב 200 אלפיות שני, ו240 צעדים לסיבוב 240 °. לגלאי רנטגן, בחר ברזולוציה "הגדלת מערכת נמוכה" בתחום 78 מ"מ צירי הדמיה ומצב מיטת יחיד. בחר "שחזור זמן אמת" תוך שימוש בשיטת "קומון קון קרן השיקום" כך שהשיחות עם המחשב המארחותמחשב ייעודי בזמן אמת שחזור (קוברה) כדי ליזום את המשימה.
- רכישת PET פליטה: סט 600 שניות (10 דקות) ל" זמן סריקה קבוע "ב" לרכוש בזמן" האפשרות. בחר F-18 כ" איזוטופ מחקר "ולהשתמש 350-650 keV כ" רמת אנרגיה".
- היסטוגרמה PET פליטה: גדר "מסגרת דינמית" כמו "שחור" לעבד נתונים כמסגרת אחת לכל הימים כדי להשיג סריקה סטטית. בחר "3D" כסוג היסטוגרמה ולבחור "לא תיקון פיזור".
- PET שיקום: השתמש מקסימיזציה 2D המסודר Subset ציפייה (OSEM2D) כאלגוריתם שיקום.
3. הזרקה של FDG
- להזמין חבילה קלינית של ה-F-18 FDG (10 MCI) מספקית אזורית להגעתה למעבדת ההדמיה ~ 30 דקות לפני הזריקה הראשונה המתוכננת. עקבו נהלי בטיחות של המכון לקבלה ויסקור את החבילה המכילה אטריית רדיואקטיביls (RAM).
- עם ההגנה שמספקת מגן L-בלוק בראש טבלה, aliquot FDG ולעשות דילולים עם מלח מעוקר. ריכוז פעילות הדילול של FDG צריך להיות זמין ב200-300 μCi/100 ul עבור כל זריקה. צייר את פתרון FDG לתוך מזרק 1 מ"ל עם מחט 26G 1/2 אינץ, ולמדוד את הרדיואקטיביות של כל המזרק עם כיל מינון.
- הזרק את החיה שרק מועברת מהחדר הקר (ראה שלב 1.4) עם 100 μl של פתרון FDG בציר intraperitoneal (IP). רשום את זמן ההזרקה. מדוד את רדיואקטיביות השאריות של המזרק שוב עם כיל המינון.
- שים את החיים בחזרה לכלוב הקר בתוך צידנית קלקר נשמרה עם קרח. דגירת בעלי החיים בקור (~ 4 מעלות צלזיוס) במשך שעה 1 לספיגת FDG.
- חישוב פעילות FDG הזריק לכל עכבר על ידי הנוסחא הבאה:
הזריקה פעילות (μCi) = פעילות במזרק לפני ההזרקה- פעילות במזרק לאחר הזרקה
4. Micro-PET/CT הדמיה
- הדמית micro-PET/CT מתחילה 1 שעה לאחר הזרקת FDG או 5 שעות לאחר הטיפול בקור. שים את בעל החיים לתוך תא הרדמת אינדוקציה עם 3% isoflurane בחמצן.
- לאחר ההרדמה מושרה, בעלי החיים מועברים על מייקרו-CT גלולה (מיטת בעלי חיים) עם ראשו נח בתוך מסיכת פן שחרוט ברציפות מספקת isoflurane (2%) בקצב זרימה של 2 ליטר / דקה. כרית חימום חשמלית (BioVet, M2M ההדמיה קורפ) מוצבת תחת בעלי החיים כדי לסייע לשמור על טמפרטורת הגוף.
- החלק את החיה לכניסתו של סורק MM, להפעיל את הסמל "הליזר" מסרגל הכלים, ולהשתמש בשלט משטח המגע כדי להזיז את המיטה כך שהחזה שלה חיה נמצא בצולב של קווי ליזר אופקיים ואנכיים. ב" ליזר היישור "חלון לבחור" סוג הסריקה הראשונה "כבדיקת CT, ו" רכישת PET כלול בזרימת עבודה" כOption.
- פתח החלון "צפה סקאוט" ולרכוש נוף הסקאוט רנטגן רנטגן. השתמש שבוע אפרטהייד ישראלי להתאים את המיקום של מיטת בעלי החיים, כך שמרכז שדה ראייה של CT ממוקם במרכז גוף עכבר (כבד). חזור על שלב זה במידת צורך.
- התחל "העבודה" שהוקמה בשלב 2. כאשר אפשרויות לצוץ, בחר קובץ מתאים 3D-PET-CT הפיכת מטריצה לשימוש ב-CT בשיקום, ולבחור את קובץ שנוצר לאחרונה נורמליזציה עבור PET שיקום ללא תיקון הנחתה. שבוע האפרטהייד הישראלי אז יהיה להתחיל סריקות PET רצף כתוכנת CT ו.
- לאחר כל העבודה הושלמה, אשר עשוי להימשך 20-25 דקות, זמן קצר להעריך את איכות CT רכש ותמונות PET עם ASIPro VM, תוכנת ניתוח מייקרו-PET משותף מותקן בשבוע אפרטהייד ישראלי. הארכיון את נתוני הדמיה להתקן אחסון נתונים או העברת הנתונים באמצעות רשת לתחנת עבודה לאחר ניתוח הדמיה (ראה שלב 5) לניתוח נוסף.
- Release החיה ממערכות ההדמיה ולמקם אותו לכלוב דיור נקי עם אוכל רגיל ומים להחלמתו בטמפרטורת חדר. המערכות הן מוכנות כעת לבעלי החיים הבאים בתור. שים לב לטיפול והטיפול בבעלי חיים שלאחר הדמיה צריך לעקוב תקנות של המכון בדבר "טיפול בחיות מעבדה שהוזרקו עם זכרון RAM". כמו כן שימו לב שהשתמש במחטים / מזרקים, את הרפידות הסופגות, כפפות, וכל המצעים וחומר צואתי צריך להיחשב כפסולת רדיואקטיבית, ויטופל בהתאם לתקנות הרלוונטיות של מכון RAM הפסולת לרשותו.
5. ניתוח שלאחר ההדמיה
- מחקר Workplace תוכנה פתוחה Inveon (IRW) (סימנס) והן באופן ידני לייבא ערכות PET CT ונתונים. שיתוף קופת CT ו PET תמונות בחלון "רישום" שימוש בכלים עם הפונקציה "הכללית הניתוח", ומתחת לחלון "הסקירה" לוודא יישור מושלם בין CT ו PET תמונות בכל 3 הממדים.
- מחלון "כימות אזור של עניין (ROI)", עם ההפניות הניתנות על ידי תמונות CT שיתוף הרשומות, לזהות BAT באזור interscapular של הצוואר, BAT הקר המושרה הדומיננטי ביותר בעכברים בוגרים, ולצייר נפח של עניין (Voi) של BAT על ערכת נתוני PET. בחר "עצמת Voxel" כמו "סוג כימות" ולהקליט רדיואקטיביות הממוצעת בתוך voi כמו קרל / מ"ל. גורם כיול אשר ממיר ספירות / השני לקרל / מ"ל כבר נקבע בעבר על ידי סריקת פנטום עם רדיואקטיביות ידועה.
- ספיגת FDG בעטלף היא לכמת כאחוז המינון מוזרק לרקמת גרם (ת.ז / g%) עם תיקון ריקבון. החומר המוזרק הוא התוצאה של שלב 3.5, לעומת זאת, הפך ליחידה בקרל (Bq) (1 = 37000 μCi קרל); אנו מניחים ש1 מ"ל של רקמה שווה ל 1 גרם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
דוגמה של הדמית micro-PET/CT של BAT עכבר שמוצג באיור 1. בעוד הדמיית CT מספקת מידע אנטומי, בדיקת PET מקודדת את החלוקה והכמות של ספיגה 18 F-FDG לאורך כל הגוף. נתוני הדמיה אלו ניתן לראות בנפרד (1A ו-1B), התמזגו (1C), או הפגן עם תכונת 3D כגון הקרנת עצמה מקסימלי (MIP, 1D). בעזרת כלי הדמית 3D, בהיקף של ריבית (voi), כאן באזור BAT interscapular (מסומן בחיצים באיור 1), נמשך לאורך תמונות PET והאותות הכוללים בתוך voi ניתן להמיר את תעודת זהות% / G, המייצג את אחוז המינון המוזרק (% ID) לגרם של רקמה. בעכבר הפגין, ספיגת FDG בBAT היא מזהה 19% / g. על מנת לאמת אם האינדוקציה הקרה הזה ופרוטוקול הדמיה היא רגיש מספיק כדי לזהות פעילות BAT השתנה, בכל מקרה של עד תקנה או למטה תקנה, השתמשתי βאנטגוניסט adrenoceptor propranolol לדכא הפעלת BAT 15, וβ3 אגוניסט BRL37344 כדי לשפר אינדוקצית BAT 16, בהתאמה. התערבויות תרופתיות אלה שיושמו בעת הטיפול בקור ובדייקנות, ב30 דקות לפני ההזרקה של FDG. PET / CT הדמיה (איור 2 א) והניתוח (האיור 2B) הראו כי טיפול propranolol משמעותי את ספיגת FDG בBAT, בעוד BRL37344 ניכר מוגבהת הספיגה, בהשוואה לשליטה ברכב.
איור 1. הדמית Micro-PET/CT של BAT בעכבר אחרי 5 קר טיפול שעה. (א) סעיף עטרה של תמונת CT. (ב) סעיף עטרה של תמונת PET שיתוף רשום עם CT ב" ". (ג) תמונה התמזגה PET / CT נבעה מsuperimposing של "" ו "B". (ד) בעצמה מקסימלי projectiבמצגת (MIP) של התמונות התמזגו PET / CT. חצים צהובים: האזור המקביל לרקמת שומן החומה interscapular.
איור 2. Micro-PET/CT הפגנה של שינוי פעילות BAT ידי תרופות adrenoceptor. () 18 F-FDG בדיקת PET / CT של עכברים שטופלו בתרופות שונות. א) PBS (שליטה). ב) propranolol (אנטגוניסט, 5mg/kg, IP β). שים לב ירידה ניכרת בספיגת FDG באזור BAT. ג) BRL37344 (β3 אגוניסט, 5mg/kg, IP). שים לב לעלייה משמעותית בהצטברות FDG בBAT. חצים צהובים: האזור המקביל לרקמת שומן החומה interscapular. (ב) ניתוח כמותי של ספיגת FDG בBAT. ערכים של% מזהים / g (האחוז הזריק מינון לגרם של רקמה) מוצגים (ממוצע ± סטיית תקן). n = 10 עבור קבוצת PBS, n = 5 לקבוצות והן propranolol BRL37344. *, P <0.05; **p <0.005, בהשוואה לקבוצת PBS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
במחקר זה שיטת הדמית micro-PET/CT-based פותחה לאיתור פעילויות לחבוט בעכברים בוגרים שפשוט דורשת טיפול בקור וזריקה אחת של מסחרי 18 F-FDG זמינה. ההליך כולו יכול להיעשות ביום אחד לאחר טיפול ורצף הדמיה שמתחיל כל 30 דקות עד שכל חי מטופלות וצלמו. על פי תנאי הניסוי המתואר, בסך הכל 10 עכברים (או 2 קבוצות של 5 עכברים), ניתן לבדוק באותו היום עם מערכת הדמיה בודדה. ההגבלה לסוג זה של תפוקה יכולה להיות הרים אם ניתן לסרוק 2 או יותר חיות במקביל על מיטת חיה תוכננה במיוחד כפי שכבר דווחו בעבר 17. כדי להשלים את המחקר, אנו מסתמכים על השימוש במערכת הדמית micro-PET/CT משולבת אשר מנצלים את המידע המפורט אנטומית מסופק על ידי CT. עם זאת, מייקרו-PET עצמאי הוא גם מסוגלת למלא את המשימה כאשר 57 Co העברת סריקה נוספת לעבודה עוד לפני רכישת F18 פליטת נתונים. את 57 תמסורת נתוני Co יכולים לשמש לתיקון הנחתה במהלך שחזור תמונת PET ויכולים גם להיות שחזרו ללוקליזציה אנטומי.
שלב קריטי של פרוטוקול זה הוא לייעל את משך הטיפול בקור (לדוגמה, 5 שעות במחקר זה). משך זמן קצר יותר או לביטול של חשיפה לקור עשוי לייצר פעילות קרובה לרקע והשיטה יכולה להיות רגישה לכל את הוויסות של BAT (אפקט הרצפה). לעומת זאת, חשיפה לקור מוארכת (כגון שעתי לילה, או 24) יכולה למקסם את האינדוקציה והשיטה יכולה להיות רווי מסווה כל הבדלים בעד התקנה של BAT (אפקט התקרה). תנאי אופטימיזציה תוארו בפרוטוקול זה אומתו באמצעות דיכוי propranolol וβ3 בדיקות גירוי BRL37344 אגוניסט (איור 2
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אין ניגודי האינטרסים הכריזו.
Acknowledgments
המחברים מבקשים להודות לאורה דיאז, קווין פיליפס, הווילה וא Hsueh, ומלך ג לי לתמיכה טכנית והערות המועילות שלהם בפיתוח בשיטה זו.
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).
