Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

הדמיה לא פולשנית וניתוח של מוחין איסכמיה בחולדות Living שימוש Positron פליטת טומוגרפיה עם doi: 10.3791/51495 Published: December 28, 2014

Abstract

שבץ הוא הגורם המוביל השלישי למוות בקרב אמריקאים גיל 65 ומעלה 1. איכות חיים של חולים הסובלים משבץ מוחי לא מצליחה לחזור לשגרה ברוב גדול של חולים 2, שהוא בעיקר בגלל חוסר הנוכחי של טיפול הקליני לשבץ חריף. זה מחייב הבנת ההשפעות הפיזיולוגיות של איסכמיה מוחית על רקמת המוח לאורך זמן והוא אזור מרכזי של מחקר פעיל. לצורך זה, התקדמות ניסוי נעשתה שימוש בחולדות כמודל פרה-קליני עבור שבץ, במיוחד, תוך שימוש בשיטות בלתי פולשניות כגון F-18 fluorodeoxyglucose (FDG) בשילוב עם פוזיטרון פליטת פוזיטרונים (PET) הדמיה 3,10,17. כאן אנו מציגים אסטרטגיה לגרימת איסכמיה מוחית בחולדות על ידי חסימת עורק המוח אמצעית (MCAO) שאיסכמיה מוחית מחקה מוקדה בבני אדם, והדמית השפעותיה על 24 שעות באמצעות FDG-PET בשילוב עם טומוגרפיה ממוחשבת X-ray (CT) עם Albira Pמכשיר ET-CT. אטלס תבנית VOI היה התמזגו לאחר מכן לנתונים עכברוש המוחין כדי לאפשר ניתוח משוחד של המוח ותת האזורים שלה 4. בנוסף, שיטה להדמיה 3D של קורס זמן FDG-PET-CT מוצגת. לסיכום, אנו מציגים פרוטוקול מפורט לייזום, לכימות, ולדמיין אירוע שבץ איסכמי נגרם בעכברוש Sprague-Dawley המתגורר בשלושה ממדים באמצעות FDG-PET.

Introduction

שבץ הוא אחד הגורמים המובילים לתמותה במדינות מפותחות, והוא אחראי באופן ישיר למותם של 1 מתוך 19 אמריקאים 1. הערכה הוא כי כ 795.000 אמריקאים חווים שבץ מדי שנה, מתוכם 87% מאלה הם איסכמי בטבע 5. במהלך אירוע איסכמי, אספקה ​​רציפה של חמצן וגלוקוז לתאי העצב בקליפת המוח נפגעת קשה גרימת סביבת חוסר חמצן, מה שמוביל לירידה בתפקוד סלולארי באזורים במוח שנפגעו. בהתאם לחומרה של האירוע המוחי, זרימת דם במוח וספיגת הגלוקוז משתנים מרחב ובזמן.

ניתן לזהות נזק שייגרם עקב שבץ באמצעות שיטות בלתי פולשניות, כגון F-18 fluorodeoxyglucose (FDG) Positron Emission טומוגרפיה 6. FDG הוא אנלוגי גלוקוז שבו קבוצת הידרוקסיל בעמדת 2 הוחלפה בפוזיטרונים פולטות איזוטופ 18 F. 18 F הוא advantageous בשל זמן מחצית החיים, הארוכים שלה 110 דקות, המאפשר לה לשמש כדי לזהות צריכת הגלוקוז במוח. FDG PET מייצרת מפה ברזולוציה גבוהה הכמותית של צריכת deoxyglucose בתוך המוח 7 18 F נוטה להצטבר באזורים של צריכת סוכר גבוהה, מצביעה על כך שרקמות כאלה הן מאוד מטבולית פעילה 8. גרעין F 18 עובר-התפרקות בטא, שחרור פוזיטרונים, שמהירות משמידה עם אלקטרון סמוך, הפקת קרני גמא, המתגלים על ידי המכשיר. ניתן לחזור על סריקות FDG PET באותו האדם עם 10 18 לפחות מחצית חיים F, או כ -18 שעות, בין סריקות, ובכך לספק דרך ללמוד את השינויים בפעילות המוח לאורך זמן באותו האדם.

מודלים של בעלי חיים פרה-קליניים, כגון חולדות, משמשים לעתים קרובות כדי להעריך את ההשפעות של שבץ והיעילות של טיפולים בשבץ. מאז FDG PET אינה פולשני, ניתן להשתמש בו כדי למדודאת ההשפעות של שבץ מוחי לאורך זמן מבלי לשבש את הפיסיולוגיה של בעלי החיים. בהתאם למיקום אירוע השבץ, אזורים שונים של המוח עשויים להיות מושפעים. עם זאת, עם בעלי חיים קטנים כגון חולדות, באופן ידני הגדרה וכימות פעילות באזורים מסוימים של מוח החולדה יכולה להיות מאתגר. על מנת להשוות את פעילות חילוף חומרים של גלוקוז באזורים מסוימים של מוח החולדה לאורך זמן, כרכים של עניין (VOI) ללכמת חייבים להיות מסומן באופן עקבי. אטלס מדויק של מוח החולדה פותח כדי להקל על בעיה זו 9, והוסב לצורה דיגיטלית לשימוש בכימות של נתונים FDG-PET פרה-קליניים. כאן אנו מציגים שיטה לסווג נזק לרקמות שבץ באופן עקבי, שיטתי. השיטה מפרטת את ההליך כירורגי לייזום איסכמיה מוחית במודל חיה, כימות תת-אזורים ספציפיים במוח מושפע מאירוע מוחי, ולייצר שלוש הדמיה ממדית של ההיקף ומיקום של אירוע מוחינזק לרקמות תוך שימוש בטכניקות ובכלים המתאימים. באמצעות המתודולוגיה שתוארה במחקר זה, חוקרים יכולים באופן עקבי ליזום איסכמיה מוחית בחולדות, לנהל הדמיה PET, ולכמת שינויים בספיגת FDG באמצעות אזורים במוח שהוגדרו במודלים פרה-קליניים שבץ לאורך זמן.

Protocol

טיפול בבעלי חיים וכל הניסויים איתם בוצעו בקפידה על פי פרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה המוסדית טיפול בבעלי חיים ושימוש באוניברסיטת נוטרדאם (מספר פרוטוקול 14-086).

1. בעלי חיים

  1. בעלי חיים ושבץ ייזום: חולדות זכרי שימוש ספראג Dawley במשקל של בין 220 ו -270 גרם לכל מחקרי השבץ.
  2. להרדים חולדות עם isofluorane 2.5% (2 L / min ב 100% O 2) שימוש בחרטום.
  3. מניחים את החיה שכיבה על גב כרית חימום. קלטת את הרגליים הקדמיות.
  4. לגלח ventralsurface של צוואר. הכן את האזור המגולח עם 70% EtOH ואחריו 10% תמיסת יוד providone.
  5. מכשירים סטריליים משמשים להליך זה; כפפות מוחלפות לאחר ההכנה של בעלי החיים. טכניקות טיפ סטרילי מועסקות.
  6. בעזרת מספריים, לעשות חתך מקביל 2-2.5 סנטימטר לקנה הנשימה, 0.5 סנטימטרים מימין לקנה הנשימה. באמצעות dissectio הבוטהn לאתר את העורק הראשי.
  7. השתמש בכלי כתיבה כדי לעזור להמחיש את הכלי. הנח מהדק מיקרו בעורק התרדמה המשותפת (CCA).
  8. אתר את נקודת ההסתעפות הראשונה אשר יהיה עורק התרדמה החיצוני (ECA) ועורק התרדמה הפנימי (רשפ"ת). לצרוב סניפים קטנים יותר מחוברים לECA, כגון עורק העורפי.
  9. ולקשור את ECA ליד הסניף לעורק התריס עם תפר 4-0 משי. התפרים צריכים להיות אורך נוסף כדי לאפשר hemostats להחזיק את התפר.
  10. לצרוב את ECA מעל התפר (cranially). כדי לצבוט את התפר עם hemostats, למשוך את ECA caudally וזה יהיה מקביל עם המרכז לאמנות העכשווית.
  11. אתר ICA ולהשתמש אחר מהדק מיקרו כדי לחסום עורק זה.
  12. לעשות חור קטן בECA באמצעות מספריים אביב קטנים. הכנס את occluder לECA ולקשור תפר סביב occluder למנוע את זרימת דם.
  13. הסר את מהדק מיקרו על ICA ולקדם את occluder עד ההתנגדות מורגשת.
    הערה ודא התקדמות occluder לICA ולא עורק pterygopalatin. Occluder צריך להתקדם בצורה חלקה והקצה הלבן אין לראות אם occluder ממוקם כראוי.
  14. הסר את מהדק מיקרו מהמרכז לאמנות העכשווית. חותך כל occluder או תפר עודף.
  15. הנח 9 מ"מ קליפים אוטומטי כדי לסגור את החתך בעור.
  16. הסר את החיה מן ההרדמה ולאפשר לבעלי החיים להתעורר. לאחר שעה 2:
    1. הרדימי עכברוש עם isoflurane.
    2. הסר את קליפים הפצע.
    3. אתר את סוף occluder ולהסיר אותו מעורק המוח האמצעי על ידי משייכתו בעדינות על זה עד הקצה הלבן של occluder בא במגע עם התפרים. אל תמשוך אותו כל הדרך החוצה, זה יגרום לדימום.
    4. החלף את סרטוני פצע החתך.
    5. הסר את החיה מן ההרדמה ולאפשר לבעלי החיים להתעורר.

2. תמונת רכישה

בצע שלושה PET CT ושלפחיות לכל חולדה. קח 1-2 ימי סריקה מראש לפני גרימת שבץ, כדי לספק בסיס לספיגת 18 F-FDG. לסרוק כל שעה 1.5 עכברוש לאחר שבץ, לפני reperfusion מתבצע (תמונה עם occluder עדיין בבעלי החיים). לסרוק כל הודעה שבץ 26 שעות חולדה (לאחר reperfusion 24 שעות) לכמת את ניזק לרקמות מוח עקב פציעת שבץ.
הערה: נקודת זמן 24 שעות מוזכרת בשאר כתב היד מתייחסת לזמן שלאחר reperfusion כאשר החולדות נסרקו.

  1. לטשטש חולדות תחת 2.5% גז isofluorane בתא הרדמה.
  2. להזריק כ 500 μCi של 18 F-deoxyglucose (FDG) (נפח כולל של 200 μl) לוריד זנב של חולדה.
  3. חכה שעה 1.
  4. מניחים חולדה מורדמת על מיטת עכברוש סטנדרטית, תחת ההרדמה isofluorane חרטום. מדידת מרחק במ"מ בין האף של עכברוש וקצה מיטת חולדה להיסט אופקי.

3. תמונת רכישה

  1. Albira הפתוח Suite Software.
  2. בחר הרוכש.
  3. שם מחקר חדש.
  4. תחת PET או SPECT לחץ על הוסף> פרוטוקול PET בחר. לחץ על הוסף.
  5. תחת CT לחץ על הוסף> פרוטוקול CT בחר. לחץ על הוסף.
  6. לחץ על מספר במיקום אופקי ראשוני תחת PET. מספר מוגדר מרחק שנמדד במ"מ בין האף של עכברוש ומול מיטת עכברוש. חזור לCT.
  7. נקבע בכפוף לעכברוש ולהיכנס במשקל בגרמים.
  8. הגדר מגרש לFDG.
  9. להגדיר זמן הזרקה ותאריך הזרקה ומינון.
  10. לחץ על לחצן התחל לימוד.
    הערה: עם השלמת סריקת PET CT, הנתונים יישמרו באופן אוטומטי.
  11. פתח Albira Reconstructor.
  12. Change בהמתנה לאחרון 10 או כל.
  13. בחר שם קובץ סריקה.
  14. לחץ על הוסף.
  15. לחץ על התחל שחזור. הערה: קובץ יישמר בפורמט MicroPET.

ניתוח 4. תמונה

  1. ביצוע ניתוח תמונה באמצעות תוכנת ניתוח PMOD בשיתוף עם W. שיפר מוח האטלס.
    1. פתוח PMOD> Fusion.
    2. נווט אל כרטיסיית CoRegistration העיבוד המקדימה בחלק העליון של המסך.
    3. פתח את התפריט הנפתח הפניה טען במרכז המסך ובחר NifTI. נווט אל C: //PMOD3.2/resources/templates/usertemplates. בחר עכברוש (W.Schiffer) -FDG.nii ולחץ על פתיחה.
    4. פתח את התפריט הנפתח קלט טען בפינה הימנית של המסך ובחר MicroPET. נווט אל רצויקובץ MicroPET. בחר אותו ולחץ על פתיחה.
    5. נווט אל כרטיסיית CoRegistration ידנית בחלק העליון של המסך.
    6. בחר בכרטיסייה הרביעית בקבוצת אמצע הכרטיסיות בצד הימין (Reslicing).
      הערה: שני כפתורים יופיעו בסריקות MicroPET.
    7. השתמש במלבן הלבן הפתוח כדי לסובב את סריקות MicroPET ומלבן הלבן מולא לעבור סריקות MicroPET. יישר את שתי סריקות. כדי לעשות זאת, אתר ציוני דרך כמו הבלוטות harderian, והעליון ותכונות מוח האחוריות שיכול לשמש כדי להתאים את סריקת MicroPET עם מודל המוח. לאחר מכן, להתאים את סריקת MicroPET עד שהוא תואם עם אטלס המוח (W. שיפר).
      הערה: לדוגמא, בלוטות harderian מופיעות בהירה בשני סריקות MicroPET ואטלס המוח (W. שיפר), וניתן להשתמש בו כנקודת התייחסות ליישור.
    8. במידת הצורך, לסובב את MicroPET לסרוק 180 מעלות בתצוגת העטרה ולהעלות את הסריקה באופן משמעותי בהתצוגת דואר sagittal, יחד עם שינויי כיוון קטין אחרים.
    9. נווט אל כרטיסיית Fusion מסך המלא (VOIs) בחלק העליון של המסך.
    10. בחר מקור בפינה הימנית העליונה של המסך.
    11. נווט לתבנית> אטלס בתחתית הדף.
    12. בחר עכברוש (W. שיפר) מהתפריט הנפתח.
      הערה: חזור (אופציונאלי) לכרטיסיית CoRegistration הידני שבו האטלס צריך להיראות מעולף על אטלס מוח (W. שיפר). ניתן להשתמש באטלס כדי לעזור ליישר את סריקת MicroPET ואטלס המוח (W. שיפר). לאחר יישור, לחזור לכרטיסיית Fusion מסך המלא (VOIs). תבנית תופיע במוח, המצביעה על אילו חלקים של המוח יימדדו לסטטיסטיקת VIO.
    13. בחר מקור B בפינה הימנית העליונה של המסך.
    14. בחר בלחצן VOI סטטיסטיקה בrigh העליוןt של המסך.
      הערה: גיליון אלקטרוני יופיע.
    15. בחר באפשרות שמור.
      הערה: כתיבה כחלון [VOI סטטיסטיקה] יופיע.
    16. בחר באפשרות שמירת קבצי מערכת קבצים.
      הערה: PMOD (חיסכון): לבחור חלון רכיבים יופיע.
    17. בשם קובץ השדה, הקלד את שם קובץ הרצוי.
    18. בחר באפשרות שמור.
  2. לבצע ניתוח נתונים באמצעות Microsoft Office Excel 2010.
    1. הפתוח Excel.
    2. בחר File> Open.
    3. לשנות את סוג הקובץ מכל קבצי Excel לכל הקבצים.
    4. נווט אל קבצי VIOSTAT הצילו. בחר את הקובץ הרצוי.
      הערה: אשף יבוא יופיע.
    5. בחר סיום. אם משתמש ב- Mac, לחץ לחיצה כפולה על קובץ VOISTAT וזה יהיה ישירות פתוח כקובץ Excel.
    6. בחר את העמודה המכילה את VoiName השדה (Region). העתק את המידע ולהדביק אותו לקובץ Excel חדש.
    7. בחר את העמודה המכילה את השדות בממוצע ו [1/1]. העתק את המידע ולהדביק אותו בקובץ Excel החדש.
    8. חזור על תהליך זה עבור כל קבצי VOISTAT.
    9. להתחיל כרטיסייה חדשה עבור כל קבוצת נתונים.
    10. לחזור לכרטיסייה הראשונה. בחר תא חדש. לחשב את היחס בין הצד הימני של מוח לסעיף בצד השמאל של סעיף מוח על ידי חלוקת השווי של הצד הימני של המוח על ידי הצד השמאלי של המוח. סעיף המוח המשתייך לצד הימני של המוח מופיע לפני הקטע המשתייך לצד השמאלי של המוח. חזור על פעולה זו עבור כל החלקים במוח.
    11. בחר תא חדש. השתמש בפונקציה הממוצעת לצורך החישוב הממוצע של כל אחד מהיחסים מחושבים בעבר על פני כל העכברים.
    12. בחר תא חדש. לחשב את SEM של כל חלק במוח על ידי שימוש בפונקצית STDEV וחלוקת it בשורש הריבועי של מספר העכברים.
    13. חזור על פעולה זו עבור כל קבוצת נתונים.

ויזואליזציה 5. תמונה

  1. המרת תמונות לפורמט לנתח את הקובץ באמצעות תוכנת ניתוח PMOD.
    1. צפה פתוח PMOD>.
    2. נווט אל כרטיסיית התצוגה בחלק העליון של המסך.
    3. פתח את התפריט הנפתח טען בפינה הימנית של המסך ובחר MicroPET. נווט אל MicroPET הרצוי או קובץ CT. בחר אותו והקש על פתח.
    4. פתח את התפריט הנפתח שמור בפינה הימנית של המסך ובחר לנתח. לנווט ליעד הרצוי. הקלד את השם הרצוי בשדה שם קובץ. בחר באפשרות שמור.
  2. ליצור רצפי תמונה באמצעות תוכנת ההדמיה VolView.
    1. VolView הפתוח.
    2. בחר פתח קובץ
    3. נווט לגרסה לנתח של קובץ נתוני CT לסריקה הרצויה. בחר אותו והקש על פתח.
      הערה: אשף פתח קובץ יופיע.
    4. השתמש בהגדרות ברירת המחדל על ידי לחיצה על Next בחלון קופץ.
    5. בחר בכרטיסייה התוספים בצד השמאל של המסך.
    6. פתח את תפריט Plugin הנפתח ושירות בחר> מיזוג כרכים.
    7. הסר את הסימון Rescale רכיבים.
    8. בחר קלט הקצאה שני.
    9. נווט לגרסה לנתח של קובץ נתונים MicroPET לאותה סריקה. בחר אותו והקש על פתח.
      הערה: אשף פתח קובץ יופיע.
    10. השתמש בהגדרות ברירת המחדל על ידי לחיצה על הבא בכל מסך.
      הערה: סריקת MicroPET תופיע מעולף על סריקת CT.
    11. בחר את הגדרת צבע / אטימותכרטיסייה של בצד השמאל של המסך.
    12. פתח את התפריט הנפתח הרכיב בפינה הימנית התחתונה של המסך. בחר 1.
      הערה: הפעולה זו תבטיח כי סריקת CT היא התמונה בלבד מושפעת מהכיוונים הבאים.
    13. בסעיף סקלר צבע המיפוי, בחר את נקודת האמצע. להסיר אותו על ידי גרירה מאזור המחוון זה.
    14. בחר את הנקודה עזבה.
      הערה: חלון דוגם הצבע יופיע.
    15. לשנות את הצבע של הנקודה לשחורה.
    16. בחר את הנקודה הנכונה.
      הערה: חלון דוגם הצבע יופיע.
    17. לשנות את הצבע של הנקודה לבנה.
    18. בסעיף סקלר אטימות המיפוי, להוסיף נקודה על ידי לחיצה בכל מקום בתיבה.
    19. התאם את הסעיף עד שתמונת CT מציגה את השלד של העכברוש בלבד.
    20. סימון אפשר הצללה.
    21. בחר את Rכרטיסיית eView בצד השמאל של המסך.
    22. שינוי מספר הפריימים ל- 72.
    23. שינוי סיבוב X 360.
    24. בחר באפשרות צור.
    25. לנווט ליעד הרצוי. צור תיקייה חדשה לאחסון התמונות על ידי לחיצה ימנית על מקום ריק ותיקייה חדשה בחירה>.
    26. הקלד את השם הרצוי בשדה שם קובץ. בחר באפשרות שמור.
      הערה: חלון גודל מסגרת יופיע.
    27. בחר אישור.
    28. Volview יפיק תמונות. כאשר הוא סיים, יופיע חלון וקבע "הסרט שלך נוצר בהצלחה!" בחר אישור.
    29. לחזור לכרטיסיית הגדרות צבע / אטימות.
    30. תחת רכיב משקל (s), להתאים את המחוון לרכיב 1 ולכן יש valuדואר של 0.
      הערה: רק סריקת MicroPET תופיע.
    31. חזור על שלבים 5.2.21-28 ליצור רצף תמונה שני.
    32. לחזור לכרטיסיית הגדרות צבע / אטימות.
    33. תחת רכיב משקל (s), להתאים את המחוון לרכיב 2 ולכן יש לו את הערך של 0.
      הערה: רק סריקת CT תופיע.
    34. חזור על שלבים 5.2.21-28 ליצור רצף תמונה שלישי.
  3. צור סרטי סיבוב (שמוצגים בוידאו) באמצעות תוכנת ImageJ.
    1. ImageJ הפתוח.
    2. בחר קובץ> יבוא> תמונה ברצף.
    3. נווט אל הקובץ המכיל את התמונות שהצגת נתוני CT רק לסריקה מראש. בחר את התמונה הראשונה ולחץ על בחירה.
      הערה: חלון אפשרויות רצף יופיע.
    4. בחר אישור.
    5. בחר קובץ ו62 #; יבוא> תמונה ברצף.
    6. נווט אל הקובץ המכיל את התמונות שרואות בנתוני MicroPET רק לסריקה מראש. בחר את התמונה הראשונה ולחץ על בחירה.
      הערה: חלון אפשרויות רצף יופיע.
    7. בחר אישור.
    8. בחר קובץ> יבוא> תמונה ברצף.
    9. נווט אל הקובץ המכיל את התמונות שרואות הן את נתוני CT וMicroPET לסריקה מראש. בחר את התמונה הראשונה ולחץ על בחירה.
      הערה: חלון אפשרויות רצף יופיע.
    10. בחר אישור.
    11. בחר תמונה> סטאקס> כלים> שלב.
      הערה: חלון Combiner יופיע.
    12. בחר את התפריט הנפתח stack1. בחר את המחסנית המכילה את נתוני CT.
    13. בחר את התפריט הנפתח stack2. בחר את המחסנית המכילה Miנתונים croPET. בחר אישור.
      הערה: מחסנית חדשה עם שני הסריקות תופיע.
    14. בחר תמונה> סטאקס> כלים> שלב.
      הערה: חלון Combiner יופיע.
    15. בחר את התפריט הנפתח stack1. בחר את המחסנית המכילה את הערימות משולבות.
    16. בחר את התפריט הנפתח stack2. בחר את המחסנית המכילה את שני נתוני CT ונתוני MicroPET. בחר אישור.
      הערה: מחסנית חדשה עם כל שלוש הסריקות תופיע.
    17. שמור את הערימות המשולבות פתוחים. חזור על שלבים 5.3.2-16 לתפקיד הסריקה 1.5 שעות וערימות תמונת סריקה שלאחר 24 שעות.
    18. בחר תמונה> סטאקס> כלים> שלב.
      הערה: חלון Combiner יופיע.
    19. בחר את התפריט הנפתח stack1. בחר את המחסנית המכילה את כל נתוני הסריקה מראש.
    20. בחר stack2
    21. בדקו שלבו אנכי.
    22. בחר אישור.
      הערה: מחסנית חדשה עם שתי הסריקה לפני ואחרי סריקת 1.5 שעות תופיע.
    23. בחר תמונה> סטאקס> כלים> שלב.
      הערה: חלון Combiner יופיע.
    24. בחר את התפריט הנפתח stack1. בחר את המחסנית המכילה את הערימות משולבות.
    25. בחר את התפריט הנפתח stack2. בחר את המחסנית המכילה את כל נתוני סריקת 24 לאחר שעה.
    26. בדקו שלבו אנכי.
    27. בחר אישור.
      הערה: מחסנית חדשה עם כל תשע הסריקות תופיע.
    28. בחר קובץ> שמירה בשם> AVI.
    29. בחר אישור.
    30. לנווט ליעד הרצוי. הקלד את השם הרצוי לשם הקובץ שמור.

Representative Results

איסכמיה מוחית החלה בSprague-Dawley חולדות חיות באמצעות חסימה של עורק המוח האמצעי, עם הדמיה גרעינית שלאחר מכן בוצעה כדי לזהות את השפעותיו. חולדות חיות היו צילמו 24 שעות לפני גיוס שבץ, כמו גם 1.5 שעות ו -24 שעות שלאחר איסכמיה, כל אחד עם זריקות עצמאיות של כ 500 μCi של 18 F-FDG שדועך באופן מלא תוך 18 שעות. יש מערכת Albira טבעת שלושה גלאים המשמשת למחקרים אלה רגישות של 9%, מה שהופך את 500 μCi מינון סביר לחולדות. נתוני הדמיה נציג לPET וסריקות CT X-ray מוצגים לעכברוש בטרום 24 שעות ונקודות זמן שלאחר reperfusion-24 שעות באיור 1, שורות עליונה ותחתונות בהתאמה. הרוחביים (הלוחות A ו- E), (B פנלים וF) sagittal, ו( C פנלים וG) העטרה פרוסות לכל סריקה מוצגות עם נתונים FDG-PET הצבעוניים ב& #8220; קנה מידה אינטנסיביות קשת ", ומעולף על CT בגוונים אפור. שים לב שCT שימש לשיתוף רישום האנטומי של נתוני PET בתוך גולגולת בעלי החיים, ולא חלה שינויי radiodensity ברקמת המוח נרשמו במהלך ניסויים אלה. בגיל 24 שעות חלה ירידה דרמטית בספיגת הגלוקוז לחצי כדור ipsilateral, המצביעה על נזק לרקמות נרחבות בשל שבץ איסכמי נגרם. טיוח 3D של נתוני השכבות מוצג באיור 1D ו- H. כאשר הסתובבו על מסך, נתונים שניתנו אלה מספקים הדמיה משופרת של ירידת תוצאת המשבץ המוחית בספיגת FDG.

על מנת לכמת את השינויים בספיגת הגלוקוז במוח עקב שבץ באופן spatiotemporal, אטלס מוח VOI היה מוחל מראש שבץ-בסיס, 1.5 שעות, 24 שעות ו( פוסט-reperfusion) עבור כל סריקה. הדבר זה הושג באמצעות חבילת תוכנת PMOD בשיתוף עם W. תבנית מוח החולדה שיפר וATLAs. ראשית, PMOD שימש להפוך כל אחד מערכות נתונים PET מוח חולדה למרחב המתאים והגיאומטריה באמצעות שיתוף רישום ידני באמצעות ההעברה וכלים סובב תחת לשונית Reslicing. שים לב שהכלי בקנה מידה זמין גם כדי להתאים את הגודל כללי של מוח, במידת צורך. בעוד שהשימוש באטלס שיפר עדיף על ציור ידני VOIs בתוך חלל המוח, ייתכן שיש שגיאה ניסיונית הנגרמת מהיתוך המוח לא מדויק. לפיכך, במקרים מסוימים ייתכן שתהיה צורך עלייה במספרים של בעלי חיים כדי להשיג מובהקות סטטיסטיות. בשלב הבא, אטלס מוח W. שיפר VOI יושם באופן אוטומטי כדי למדוד את הצטברות FDG, ביחידות ספיגה סטנדרטית, בתוך תת-אזורים מוגדרים במוח החולדה (איור 2). גם אטלס המוח VOI ניתן להשתמש באופנת איטרטיבי עם המודל הסטנדרטי המוח כדי לייעל את ההיתוך הידני של נתוני ניסוי נוסף. כאירוע סטוק היה מבודד לאונה הימנית של המוח בכל חיה, t הנזקo כל אזור היה לכמת על ידי חישוב יחס של פעילות ספיגת הגלוקוז בין אזורים נגדי (איור 2). השימוש ביחסים אלו מספק נורמליזציה נוחה בין ימין ואונה השמאלית, ומסיר את השונות שעלולים להיוצר בעת עריכת השוואות ערכי עוצמת אות PET פני סריקות שונות. בשבץ שלאחר 1.5 שעות, 18 uptakes F-FDG לא נפגע באזור איסכמי. לכן, לא חל שינויים כמותיים נצפו בספיגת הגלוקוז בין ההמיספרות הנגדית וipsilateral (איור 3, כחול ופסים ירוקים). זה יכול להיות בגלל היפר-ספיגה של גלוקוז באזור פרי-איסכמי או חילוף החומרים של הגלוקוז עלו בנקודה זו בזמן, כדי לפצות על אובדן סלולארי 10,11 ATP. עם זאת, ירידה משמעותית בספיגת הגלוקוז באזורים ספציפיים של חצי הכדור ipsilateral נצפתה על פני בעלי חיים רבים (n = 5) בשעה 24 לאחר reperfusion שעות (איור 3, ברים אדומים). Othאזורים במוח אה מוצג נזק קטן או לא בחצי כדור ipsilateral.

באופן ספציפי, האזורים של חצי הכדור ipsilateral שהציג באופן עקבי uptakes FDG פחתה היו: האמיגדלה, putamen caudate, השמיעתי, אונת entorhinal, מבודדת, paracortex, ואזורים החושית של קליפת המוח. נגעים בקליפת המוח שנגרמו עקב שבץ קשורים עם אובדן של קשרים עצביים ומפות פונקציונליות שינו. מומים מבניים באמיגדלה עקב השבץ להוביל לבעיות בתפקוד הקוגניטיבי ופסיכופתולוגיה 12. אין זה מפתיע כי באזור caudate-putamen הושפע לספיגת FDG כזרימת דם במוח בחלק הצדדי של אזור זה מסופקת על ידי עורק המוח האמצעי החסום 13. פתולוגיה באזור זה של מוח מכרסם מובילה ללמידה לקויה להפלות, עיבוד הקוגניטיבי, ופונקציות שאינם מנוע 14. חוסר היכולת לקחת את FDG נצפתה גם בקליפת מוח entorhinalקליפת המוח השמיעתי ד באונה הטמפורלית המדיאלי של האונה איסכמי. בשנת 2001, דייויס et al. דיווח כי נזק קליפת entorhinal בחולדות מוביל לאינטגרציה חושית לקויה ולמידה מרחבית מתמשכת deificits 15. תפקוד לקוי שמיעה ידוע להתרחש בשבץ בבני אדם, אם כי לעתים רחוקות 16. עם זאת, ספיגה של FDG ידי colliculus הנחות שהיא אחד מהמסלולים השמיעתיים המרכזיים לא הושפעה משבץ במודל שלנו. הוכח כי חולדות שבץ מושרה MCAO להגדיל אפינפרין, נוראפינפרין, ופעילות עצבים הסימפתטית עקב אוטם בקליפת המוח המבודד, אחד האזורים במודל שלנו שהראו ספיגת FDG עניה 17. זה יכול לגרום לשינויים בתפקוד אוטונומי המשפיעים על מערכת הלב. ספיגת FDG עניה נצפתה גם באזור החושית של קליפת frontoparietal. אוטם איסכמי בתחום זה כבר דווח ללגרום לחריגות ואובדן קשרי התלמוס מבניות 18. הספיגה המוגבלת FDG נצפתה גם בקליפת המוח הראייתית, שעלול להוביל לפלסטיות דומיננטיות עינית לקויה, כפי שדווחו בילודים עכברוש נתון לאיסכמיה חוסר חמצן 19. עם זאת, ירידה בספיגת FDG לא נצפתה בcolliculus מעולה אזור כי הוא מעורב בהדרכת 20 מנוע חזותי. ספיגת FDG באזור בהיפוקמפוס הייתה גם לקויה, אזור שהוא חשוב בזיכרון וניווט במרחב. היא נצפתה באופן עקבי כי תת-אזורים של המוח התיכון, כגון colliculus העליון ונחותים, אזור tegmental הגחון (VTA), כמו גם את הנורה חוש הריח של המוח הקדמי, והתלמוס העמוק לא הושפעו חסימה של עורק התרדמה אמצע (איור 3).

יחדיו, תוצאות אלה ממחישות כי FDG-PET CT עם מספק אסטרטגית הדמיה קיימא, לשחזור, ולא פולשנית שעם לפקח איסכמיה מוחית בחולדות בצורה אורך.

class = "jove_content" fo: לשמור-together.within-page = "תמיד"> איור 1
איור 1:. PET-CT נתונים של חולדות לפני ואחרי מוחין איסכמיה כל שורה מציגה רוחבית המתאים (A, E), saggital (B, F), העטרה (C, G), וניתן 3D (D, H) PET נתונים -CT של hr עכברוש 24 לפני (שורה העליונה) ו -24 שעות לאחר reperfusion (או 26 שעות לאחר הגיוס של איסכמיה המוחית; למטה). חצים לבנים מצביעים על מיקומו של ספיגת FDG ירד בשל נזק מוחי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2: נתונים PET מיושרים עם אטלס מוח W. שיפר עכברוש באמצעות PMOD נתונים FDG-PET של.hr 24 עכברוש לאחר reperfusion (או איסכמיה פוסט-מוחי 26 שעות; שורה עליונה) הוא התמזגה עם אטלס תבנית מוח VOI לניתוח (בשורה תחתונה). צבעים מצביעים VOIs הנפרד של אטלס תבנית המוח. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
. איור 3: נציג ניתוח כמותי של גלוקוז ספיג במוח חולדה על ידי סעיף יחסים של זכות לאונה השמאלית אות FDG PET בתקן ספיגה יחידות מכל אזור של W. שיפר מוח החולדה האטלס דיווחו לסריקות שצולמו לפני אירוע שבץ איסכמי (לפני; כחול), 1.5 שעות (ירוק) ו -24 שעות (אדום) שלאחר reperfusion (או פוסט-reperfusion 26 שעות). ברים שגיאה מייצגים סטיית התקן לאירועי שבץ מוחי n = 5 חולדה, בכל נקודת זמן. ** P ≤ 0.01, p *≤ 0.05 (מבחן t מזווג). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4:. איור של ניתוח MCAO הקו האדום הוא occluder שמוכנס לתוך עורק התרדמה החיצוני. הסגלגל הכחול מייצג את האזור במוח.

Discussion

כאן אנו מציגים אסטרטגיה מפורטת לזירוז שבץ, הדמיה PET, ומדידה תת-אזור סטנדרטי מוח של נזק לרקמות בSprague-Dawley חולדות. הדמיה של מודלים של בעלי חיים קטנים, במיוחד באזור של שבץ היא מועילה, כטיפול בשבץ מוחי על מנת להיות יעיל תלוי בזמן טיפולי קצר ביותר. כאן אנו מציגים מודל הפציעה reperfusion, בי השבץ היה מושרה באמצעות חסימה בעורק המוח האמצעי, והדמיה שנערכה באמצעות FDG עם PET, לצד CT רנטגן להתייחסות אנטומיים. מדידות מאורגנות של ספיגת FDG בתוך תת-אזורים במוח התאפשרה על ידי מיפוי מדויק של אטלס תבנית VOI על מוח החולדה בתוך תוכנת ניתוח תמונת PMOD. ערכי ratiometric FDG נאספו על ידי חלוקת משנה אזורים במוח המקבילה באונות מנוגדות, המאפשר מדידה ישירה של נזק תוך נרמול לוריאציות באות FDG PET הגלובלי בין בעלי חיים השונים וp הזמןoints. מדידות אלה עולות בקנה אחד עם את ההשפעה הצפויה של שבץ במוח החולדה, מפגינים באופן עקבי, אובדן משמעותי של ספיגת הגלוקוז רקמת המוח באזורים מסוימים של חצי הכדור ipsilateral. יש מתודולוגיה זו הפוטנציאל להגדיל את היכולת שלנו כדי להשוות ערכות נתונים FDG PET של בעלי חיים שעברו סוגים רבים של טראומה מוחית, כוללים שבץ איסכמי. על ידי סטנדרטיזציה הכרכים שיש לכמת ברחבי ההמיספרות של המוח ועל פני בעלי חיים רבים, בשיטה זו יוצרת מדידות של ספיגת הגלוקוז רקמת ירידה עקביות. שים לב שקליעים נותבים PET אחרים עם ספיגת המוח, כמו 11 C-raclopride לקולטנים D2, ניתן להשתמש בפרוטוקול זה, כמו גם 21. לבסוף, אנו מתארים שיטה לדמיין שבץ איסכמי במוח חולדה בתוך השלד שלה עם דיוק אנטומי גבוה בשלושה ממדים. מאז ירידת ערך פיזיולוגית ותפקודי תוצאת המשבץ מוחית יכול להיות חולפת או קבוע, שיטה לא פולשנית של הדמיהמאפשר לחוקרים להעריך את הנזק מוחי באותה החיה על פני תקופה של זמן. הוא מספק דרך להבקיע נוירולוגית החולדות, כמו גם להעריך גירעונות נוירולוגיות טווח קצר וארוך באותו בעלי החיים. פונקצית התבנית של תוכנת PMOD מאפשרת לחוקרים עם כמות מסוימת של דיוק כדי למפות את אזור פציעה ואולי כדי לתאם סיבוכי נוירולוגים ודפוסי התנהגות.

לכימות מדויק של נזק על ידי שבץ subregion המוח, צעד המפתח הוא יישור של נתוני PET עם אטלס מוח חולדה בתוך PMOD. חוסר עקביות ביישור יכול להוביל לכימות נכון של אזורי משנה המוח המושפעים מאיסכמיה. כפי שתואר בשלב הפרוטוקול 4.1.7, אפשר להשתמש בבלוטות harderian כציוני דרך ליישור אטלס המוח עם נתונים PET ניסיוניים. השפעות נפח חלקי (PVE) הן דאגה במהלך ניתוח מסוג זה, ותגבלנה את הרזולוציה הכוללת של מבנה המוח שיכול להיות צילם. גלישת האות עלולה להתרחש בין כרכים סמוכים, או VOI עצמו עשוי להיות קטן מדי ביחס לרזולוצית המכשיר, ובכך להקטין את דיוק כמותי של השיטה 22. מערכת Albira PET משמשת במחקרים אלה מצוידת בשלוש טבעות גלאי ומניבה ברזולוציה של 1.1 מ"מ, אשר התפתח ממקביל מערכת אחת-טבעת שהשיגה 1.5 מ"מ 23. Buvat ועמיתים לעבודה לציין כי PVE ישפיע מדידות של גידולים בקוטר של פחות מ 2-3x הרזולוציה המערכת במחצית רוחב מרבי מלאה (FWHM), שהיה מתאים לנפח כדורי של 5.6-18.9 מ"מ 3 ל3- טבעת Albira. Casteels et al., הצהיר לאחרונה כי כרכים גדולים מ 8 מ"מ 3 יהיו השפעות נפח חלקיות מינימליות לסורקי PET פרה-קליניים מודרניים עם רזולוציה בטווח של 1.1-1.3 מ"מ 24. האטלס שיפר כבר נבנה בקפידה עם הפרמטרים האלה בחשבון, ומנצל 58 VOIs, מתוכם 13 בסתיו מתחת לסף 8 מ"מ 3. אלה כוללים את VOIs לימין ושמאל ההמיספרות של קליפת מוח הקדם חזיתית המדיאלי (6.3 מ"מ 3, R / L), Cortex Par (7.6 מ"מ 3, R / L), colliculus מעולה (7.1 מ"מ 3, R / L) , VTA (5.5 מ"מ 3, R / L), colliculus הנחות (5.7 מ"מ 3, R / L), בלוטת יותרת המוח (5.9 מ"מ 3), וזרימת דם CB (5.1 מ"מ 3). בנוסף, מדידות של קליפת המוח הקדמי (1.4 מ"מ 3 R / L) תהיה הרגישים ביותר לPvE בשל גודלו הקטן.

מחקרים בבעלי חיים גדולים יותר כמו חולדות, אשר יש לי גידול מקביל בגודל של האנטומיה, יהיו מספר גדול יותר של תת-אזורים במוח שעלול להיות אמין לכמת בהשוואה לעכברים. עם זאת, שיטות אלו חלות על הדמיה מוחית בעכברים, שבו יש אטלס שלהם פנוי במוח בPMOD שמורכב מאזורי המשנה 18 שגודל למזער PVE. יתר על כן, באמצעות PET לזהות אזורים במוח אפילו קטנים יותר ממתוארים במחקר זה עשוי לדרוש שימוש במתודולוגיה חלופית. השיטה המתוארת כאן מאפשרת כימות מאורגנת ויעילה של נזק מוחי רקמה לאורך זמן, בפילוח לפי subregion המוח, בחולדות חיות. פגיעה בגוף עקב איסכמיה מודגמת כאן כדוגמא, אבל המתודולוגיה שהוצגה לכימות של שינויים בפעילות המוח יכולה להיות מיושמת על כל מצב אחר הפוגע במוח החולדה.

לסיכום, נתוני FDG-PET-CT של בעלי חיים קטנים ניתן לרכוש באופן בלתי פולשני וחסכוני, וניתן להשתמש בו בנוחות עבור הדמיה חיה קטנה בצורה כמותית. ניצול כלי התבנית שיפר של תכנית PMOD, אזורי איסכמי במוח יכולים להיות שמסומן ונתוני PET נמדדו. זה הוא כלי רב עוצמה למחקר העתידי של ארגון מחדש במוח, תיקון, וneurogenesis לאחר איסכמיה מוחית שתקדם developmeNT של נוירו-טיפולים של חולי שבץ נכים. הדמיה זו תהיה גם שימושית במיוחד בהערכת מקרים אחרים של טראומה מוחית, שבו הנזק לרקמות יכולות להיות מיושרות משיטות הדמיה נפרדות.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Albira PET SPECT CT Bruker 3D molecular imaging equipment
Sprague Dawley Rats Charles River Laboratories 400 Animal Subjects
18-F-D-Glucose Spectron PET compound
micro clamp FST 18055-03 artery clamp
occluder #4037 Doccol Corp. 403712PK10 surgical stroke induction

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Minino, A. M., Murphy, S. L., Xu, J., Kochanek, K. D. Deaths: final data for 2008. Natl Vital Stat Rep. 59, 1-126 (2011).
  2. Niemi, M. L., Laaksonen, R., Kotila, M., Waltimo, O. Quality of life 4 years after stroke. Stroke. 19, 1101-1107 (1988).
  3. Ter-Pogossian, M. M., Phelps, M. E., Hoffman, E. J., Mullani, N. A. A positron-emission transaxial tomograph for nuclear imaging. 114, 89-98 (1975).
  4. Schiffer, W. K., et al. Serial microPET measures of the metabolic reaction to a microdialysis probe implant. J Neurosci Methods. 155, 272-284 (2006).
  5. Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics--2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 125, e2-e220 (2012).
  6. Heiss, W. D., et al. Progressive derangement of periinfarct viable tissue in ischemic stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 12, 193-203 (1992).
  7. Foster, N. L., et al. Alzheimer's disease: focal cortical changes shown by positron emission tomography. Neurology. 33, 961-965 (1983).
  8. Bustamante, E., Pedersen, P. L. High aerobic glycolysis of rat hepatoma cells in culture: role of mitochondrial hexokinase. Proc Natl Acad Sci U S A. 74, 3735-3739 (1977).
  9. Toga, A. W., Santori, E. M., Hazani, R., Ambach, K. A 3D digital map of rat brain. Brain Res Bull. 38, 77-85 (1995).
  10. Yuan, H., et al. Saptiotemporal uptake characteristics of [18]F-2-Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose in a rat middle cerebral artery occlusion model. Stroke. 44, (2013).
  11. Nemoto, E. M., Hossmann, K. A., Cooper, H. K. Post-ischemic hypermetabolism in cat brain. Stroke. 12, (5), 666-676 (1981).
  12. Sachdev, P. S., Chen, X., Joscelyne, A., Wen, W., Brodaty, H. Amygdala in stroke/transient ischemic attack patients and its relationship to cognitive impairment and psychopathology: the Sydney stroke study. Am. J. Geriatr. Psychiatry. 15, 487-496 (2007).
  13. Nagasawa, H., Kogure, K. Correlation between cerebral blood flow and histologic changes in a new rat model of middle cerebral artery occlusion. Stroke. 20, 1037-1043 (1989).
  14. Hauber, W., Schmidt, W. J. Differential effects of lesions of the dorsomedial and dorsolateral caudate-putamen on reaction time performance in rats. Behavioral Brain Research. 60, 211-215 (1994).
  15. Davis, A. E., Gimenez, A. M., Therrien, B. Effects of entorhinal cortex lesions on sensory integration and spatial learning. Nurs. Res. 50, 77-85 (2001).
  16. Hausler, R., Levine, R. A. Auditory dysfunction in stroke. Acta Otolaryngol. 120, 689-703 (2000).
  17. Cechetto, D. F., Wilson, J. X., Smith, K. E., Wolski, D., Silver, M. D., Hachinski, V. C. Autonomic and myocardial changes in middle cerebral artery occlusion: stroke models in the rat. Brain Res. 502, 5296-5305 (1989).
  18. Carmichael, S. T., Wei, L., Rovainen, C. M., Woolsey, T. A. New patterns of intracortical projections after focal cortical strike. Neurobiol. of Disease. 8, 910-922 (2001).
  19. Failor, S., et al. Neonatal cerebral hypoxia-ischemia impairs plasticity in rat visual cortex. J. Neurosci. 30, 81-92 (2010).
  20. Wurtz, R. H., Albano, J. E. Visual-motor function of the primate superior colliculus. Ann. Rev. Neurosci. 3, 189-226 (1980).
  21. Kuhn, F. P., et al. Comparison of PET template-based and MRI-based image processing in the quantitative analysis of C11-raclopride PET. EJNMMI Res. 4, (1), 7 (2014).
  22. Soret, M., Bacharach, S. L., Buvat, I. Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging. J. Nuc. Med. 48, 932-945 (2007).
  23. Sanchez, F., et al. ALBIRA: A Small Animal PET/SPECT/CT Imaging System. Med. Phys. 40, (5), 051906 (2013).
  24. Casteels, C., et al. Construction and Evaluation of Quantitative Small-Animal PET Probabilistic Atlases for [18F]FDG and [18F]FECT Functional Mapping of the Mouse Brain. PLOS One. 8, (6), e65286 (2013).
הדמיה לא פולשנית וניתוח של מוחין איסכמיה בחולדות Living שימוש Positron פליטת טומוגרפיה עם<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Balsara, R. D., Chapman, S. E., Sander, I. M., Donahue, D. L., Liepert, L., Castellino, F. J., Leevy, W. M. Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG. J. Vis. Exp. (94), e51495, doi:10.3791/51495 (2014).More

Balsara, R. D., Chapman, S. E., Sander, I. M., Donahue, D. L., Liepert, L., Castellino, F. J., Leevy, W. M. Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG. J. Vis. Exp. (94), e51495, doi:10.3791/51495 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter