Abstract
Инсульт является третьей ведущей причиной смерти среди американцев в возрасте 65 лет и старше 1. Качество жизни пациентов, которые страдают от инсульта не удается вернуть в нормальное подавляющего большинства пациентов 2, который является в основном за счет отсутствия в настоящее время клинического лечения острого инсульта. Это требует понимания физиологических эффектов ишемии головного мозга на ткани головного мозга с течением времени и основной областью активных исследований. С этой целью экспериментальной прогресс был достигнут с использованием крыс в качестве доклинической модели инсульта, в частности, с использованием неинвазивных методов, таких как F-18 фтордезоксиглюкозы (ФДГ) в сочетании с позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) 3,10,17. Здесь мы представляем стратегию для индукции ишемии головного мозга у крыс окклюзии средней мозговой артерии (MCAO), который имитирует очаговой ишемии головного мозга у людей, и отображения его последствий в течение 24 ч с использованием ФДГ-ПЭТ в сочетании с рентгеновской компьютерной томографии (КТ) с Albira PET-CT инструмент. Шаблон атлас VOI был впоследствии сливаются с церебральными данных крыс, чтобы дать возможность непредвзятого анализа головного мозга и его субрегионов 4. Кроме того, способ 3D визуализации временного хода ФДГ-ПЭТ-КТ представлена. Таким образом, мы представляем подробный протокол для начала, количественной и визуализации индуцированного событие ишемического инсульта у живого Sprague-Dawley крыс в трех измерениях с использованием ФДГ-ПЭТ.
Introduction
Инсульт является одной из ведущих причин смерти в развитых странах, и несет прямую ответственность за смерть 1 из 19 американцев 1. Было подсчитано, что около 795000 американцев испытывают инсульт каждый год, из которых 87% из них в природе ишемической 5. Во время ишемии, непрерывная подача кислорода и глюкозы в кортикальных нейронов сильно поражены индуцировать гипоксической среды, что приводит к снижению клеточной функции в пораженных областях мозга. В зависимости от тяжести инсульта, мозгового кровотока и поглощение глюкозы изменяется во времени и пространстве.
Повреждения, вызванные инсультом могут быть определены через неинвазивных методов, таких как 18 F-Фтордезоксиглюкозой (ФДГ) Позитронно-эмиссионная томография 6. ФДГ является аналогом глюкозы, где гидроксильную группу в положении 2 'был заменен позитрона излучающей 18 F изотоп. 18 Р Advantageous из-за его длинного, 110 минут полураспада, что позволяет использовать его для обнаружения потребление глюкозы в головном мозге. ФДГ ПЭТ производит количественный высокого разрешения карты потребления дезоксиглюкозы в головном мозге 7, 18 F имеет тенденцию к накоплению в регионах с высоким потреблением глюкозы, указывая, что такие ткани обладают высокой метаболически активными 8. 18 F ядро испытывает бета-распад, выпустив позитрон, который быстро аннулирует с соседним электроном, производя гамма-лучи, которые, обнаруженные прибором. ФДГ ПЭТ может быть повторен в той же особи, по крайней мере, 10 18 F полураспада, или около 18 часов, между сканирования, обеспечивая тем самым путь к изучению изменения активности мозга с течением времени в одной и той же личности.
Доклинические модели на животных, такие как крысы, часто используются для оценки последствий инсультов и эффективность лечения инсульта. Поскольку ФДГ ПЭТ является неинвазивным, он может быть использован для измеренияпоследствия инсульта в течение долгого времени без нарушения физиологии животного. В зависимости от места проведения мероприятия инсульта, различные участки мозга могут быть затронуты. Тем не менее, с мелких животных, таких как крысы, вручную определения и количественного деятельность в конкретных регионах головного мозга крысы может быть сложной задачей. Для сравнения глюкозы метаболической активности в конкретных регионах головного мозга крыс в течение долгого времени, объемы интерес (ВОИ), чтобы быть количественно должен быть последовательно определены. Точная атлас мозга крысы была разработана, чтобы решить эту проблему 9, и был преобразован в цифровой форме для использования в количественной доклинических данных ФДГ-ПЭТ. Здесь мы представляем метод классификации хода повреждение тканей в последовательной, методической моды. Метод детали хирургической процедуры для начала ишемии головного мозга на животных моделях, количественной конкретные мозга суб-регионам, пострадавшим от инсульта, и производить трехмерную визуализацию размеры и местоположение инсультаповреждение тканей с использованием соответствующих методов и инструментов. Использование методики, описанной в данном исследовании, исследователи могут последовательно инициировать церебральной ишемии у крыс, проводят ПЭТ и количественной оценки изменений в поглощении ФДГ с использованием определенных регионах мозга в доклинических моделях инсульта в течение долгого времени.
Protocol
Обращения с животными и все эксперименты с ними были строго выполнены в соответствии с протоколами, которые были одобрены уходу и использованию комитета Институциональная животных из Университета Нотр-Дам (номер протокола 14-086) по.
1. Животные
- Животные и инсульта начало: использовать мужские Sprague Dawley крыс весом от 220 до 270 г для всех исследований инсульта.
- Обезболить крыс с 2,5% изофлуораном (2 л / мин 100% O 2) с использованием носового конуса.
- Место животное в спинной лежачее положение на грелку. Лента вниз передних ног.
- Бритье ventralsurface шеи. Приготовительный бритая зона с 70% этанола, а затем 10% -ным раствором провидон йода.
- Стерильные инструменты используются для этой процедуры; Перчатки заменены после препаративной животного. Используются стерильные технологии чаевые.
- С помощью ножниц, сделать 2-2,5 см разрез параллельно трахеи, 0,5 см в правой части трахеи. Использование тупой dissectioп найти сонную артерию.
- Используйте преднатяжителями, чтобы помочь себе судно. Поставьте микро зажим на общей сонной артерии (ОСА).
- Найдите первый точке ветвления, который будет наружной сонной артерии (ЭКА) и внутренней сонной артерии (ВСА). Cauterize мелких ветвей, прикрепленных к ЭКА, такие как затылочной артерии.
- Перевязывать ЭКА возле филиала в щитовидной артерии с 4-0 шелковой нити. Швы должны иметь дополнительную длину, чтобы позволить кровоостанавливающих провести шов.
- Прижечь над швом (краниально) ЭКА. Для зажима шовного материала с кровоостанавливающих, потяните ЭКА каудально и это будет параллельно с ОСО.
- Найдите ICA и использовать другой микро зажим закрывают эту артерию.
- Сделайте небольшое отверстие в ЭКА, используя небольшие весенние ножницы. Вставьте окклюдер в ЭКА и завязать шов вокруг окклюдером, чтобы предотвратить приток крови.
- Удалить микро зажим на ВСА и продвигать окклюдер до ощущается сопротивление,
ПРИМЕЧАНИЕ Убедитесь, окклюдер достижения в ВСА и не pterygopalatin артерии. Окклюдер должны продвигаться плавно и белый кончик не следует рассматривать, если окклюдер установлена правильно. - Удалить микро зажим с ОСО. Вырезать любую лишнюю окклюдер или шов.
- Поместите 9 мм клипы авто, чтобы закрыть разрез кожи.
- Удалить животное от наркоза и позволяют животному пробудить. Через 2 ч:
- Обезболить крысу изофлураном.
- Удалить рану клипы.
- Найдите конец окклюдера и удалить его из средней мозговой артерии, осторожно потянув за него, пока белый кончик окклюдера не приходит в контакт с швами. Не тяните все это выход, это вызовет кровотечение.
- Замените раны клипы разреза.
- Удалить животное от наркоза и позволяют животному пробудить.
2. Image Acquisition
Выполните три ПЭТ и КТ сбанки для каждой крысы. Возьмите заранее сканирования 1-2 дня до индукции инсульта, чтобы обеспечить основу для 18 F-ФДГ поглощения. Сканирование каждой крысы 1,5 ч после инсульта, до реперфузии выполняется (изображение с окклюдера еще в животном). Сканирование каждой крысы 26 ч после инсульта (24 ч после реперфузии) для количественной оценки повреждения головного мозга ткани из-за травмы хода.
ПРИМЕЧАНИЕ: упоминается в остальной части рукописи момент времени 24 часа в сутки относится ко времени после реперфузии, когда были отсканированы крысы.
- Анестезировать крыс при 2,5% изофлуораном газа в анестезии камеры.
- Вводите примерно 500 мкКи 18 F-дезоксиглюкозы (ФДГ) (200 мкл общего объема) в хвостовую вену крысы.
- Подождите 1 час.
- Поместите под наркозом крыса на стандартный крыс кровати, под носом у конуса изофлуораном анестезии. Измерьте расстояние в мм между носом крысы и края крыс постели горизонтальное смещение.
3. Получение изображения
- Открыть Albira Люкс софtware.
- Выберите приобретателя.
- Имя нового исследования.
- Под ПЭТ или ОФЭКТ нажмите кнопку Добавить> Выбрать протокол ПЭТ. Нажмите кнопку Добавить.
- Под контролем КТ кнопку Добавить> Выбрать протокол CT. Нажмите кнопку Добавить.
- Щелкните по номеру при начальных горизонтальном положении под ПЭТ. Установить количество для измеренного расстояния в мм между носом и крысы перед крыс кровати. Повторите эти действия для КТ.
- Устанавливается в зависимости от Крысы и введите вес в граммах.
- Установите соединение ФДГ.
- Установите Время впрыска и литья Дата и дозы.
- Нажмите кнопку Пуск исследования.
ПРИМЕЧАНИЕ: После завершения ПЭТ КТ, данные будут сохранены автоматически. - Откройте Albira Reconstructor.
- ЧанGE ожидании навечно 10 или Все.
- Выберите Сканировать имя файла.
- Нажмите кнопку Добавить.
- Нажмите кнопку Пуск реконструкции. ПРИМЕЧАНИЕ: Файл будет сохранен в формате MicroPET.
Анализ 4. Изображение
- Выполнить анализ изображения с помощью программного обеспечения для анализа PMOD в сочетании с В. Шиффер мозга Атлас.
- Открыть PMOD> Fusion.
- Перейдите на вкладку Корегистрация предварительной обработки в верхней части экрана.
- Откройте выпадающее меню Load Reference в центре экрана и выберите NifTI. Перейдите к C: //PMOD3.2/resources/templates/usertemplates. Выберите Rat (W.Schiffer) -FDG.nii и нажмите кнопку Открыть.
- Откройте выпадающее меню Load Input в правой части экрана и выберите MicroPET. Перейдите к нужномуMicroPET файл. Выделите ее и нажмите Открыть.
- Перейдите на вкладку Manual Корегистрация в верхней части экрана.
- Выберите вкладку четвертое место в средней группе вкладок справа (Reslicing).
ПРИМЕЧАНИЕ: Две кнопки появятся на MicroPET сканирования. - Используйте открытый белый прямоугольник, чтобы повернуть MicroPET сканирования и заполненную белый прямоугольник, чтобы переместить MicroPET сканирования. Совместите два скана. Для этого найдите достопримечательностей, как harderian желез, а также верхней и задней мозговых функций, которые могут быть использованы в соответствии с MicroPET сканирование с моделью мозга. Затем настройте MicroPET сканирование, пока она не совпадает с атласом головного мозга (В. Шиффер).
Примечание: Например, harderian железы ярче на обеих MicroPET сканирования и атласа мозга (В. Шиффер), и могут быть использованы в качестве основы для выравнивания. - При необходимости, поверните MicroPET сканирования 180 ° во фронтальной зрения и значительно повысить сканирование в гое сагиттальной вид, наряду с другими незначительными изменениями ориентации.
- Перейдите на вкладку Full Fusion экрана (Войс) в верхней части экрана.
- Выберите Source A в правом верхнем углу экрана.
- Перейдите к Шаблон> Атлас в нижней части страницы.
- Выберите крысы (W. Шиффер) из выпадающего меню.
Примечание: (необязательно) Вернуться на вкладке Manual Корегистрация где атлас должна появиться накладывается на атласе мозга (В. Шиффер). Атлас может быть использован, чтобы помочь выровнять MicroPET осмотр, а также атлас мозга (В. Шиффер). После выравнивания, вернитесь на вкладку Full Fusion экрана (Войс). Шаблон появится на мозг указанием того, какие отделы головного мозга, будут оцениваться для VIO статистики. - Выберите Source B в правом верхнем углу экрана.
- Нажмите кнопку ВОИ статистики на верхней Рогт экрана.
ПРИМЕЧАНИЕ: таблица появится. - Выберите Сохранить.
ПРИМЕЧАНИЕ: Пишите так, как [ВОИ статистики] окно. - Выберите Сохранить, чтобы файловую систему.
ПРИМЕЧАНИЕ: PMOD (Сохранить): выберите окно компоненты появится. - В поле Имя файла введите имя требуемого файла.
- Выберите Сохранить.
- Выполнить анализ данных с помощью Microsoft Office Excel 2010.
- Откройте Excel.
- Выберите Файл> Открыть.
- Изменить тип файла из всех файлов Excel, чтобы все файлы.
- Перейдите к сохраненным VIOSTAT файлов. Выберите нужный файл.
ПРИМЕЧАНИЕ: Мастер импорта появится. - Выберите Готово. При использовании Mac, дважды щелкните на файле VOISTAT и он будет напрямую открывать в виде файла Excel.
- Выберите столбец, содержащий поля VoiName (REgion). Скопировать информацию и вставить его в новый файл Excel.
- Выберите столбец, содержащий поля Осредненные и [1/1]. Скопировать информацию и вставить его в новый файл Excel.
- Повторите эту процедуру для всех файлов VOISTAT.
- Начните новую вкладку для каждого набора данных.
- Вернуться к первой вкладке. Выберите новую ячейку. Рассчитать отношение правой стороне участка мозга на левой стороне секции мозга путем деления значения в правой части головного мозга левой стороне мозга. Секция мозга, принадлежащих к правой стороне мозга указана перед секцией, принадлежащей к левой стороне мозга. Повторите эту процедуру для всех срезах головного мозга.
- Выберите новую ячейку. Используйте функцию усреднения для расчета средней каждого из рассчитанных ранее соотношений всех мышей.
- Выберите новую ячейку. Рассчитать SEM каждого раздела мозга с помощью функции СТАНДОТКЛОН и деления Iт на квадратный корень от числа мышей.
- Повторите эту процедуру для каждого набора данных.
5. Изображение Визуализация
- Преобразование изображения в анализировать файл формата с помощью программного обеспечения PMOD анализа.
- Открыть PMOD> Просмотр.
- Перейдите на вкладку Вид в верхней части экрана.
- Откройте выпадающее меню Load в правой части экрана и выберите MicroPET. Перейдите к нужному MicroPET или КТ файла. Выделите ее и нажмите Открыть.
- Откройте выпадающее меню Сохранить в правой части экрана и выберите анализировать. Перейдите к нужному пункту назначения. Введите желаемое имя в поле Имя файла. Выберите Сохранить.
- Создать последовательности изображений, используя программное обеспечение обработки изображений VolView.
- Открыть VolView.
- Выберите Открыть файл
- Переход к анализу версии файла данных КТ в течение требуемого сканирования. Выделите ее и нажмите Открыть.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запустите Мастер файла появится. - Используйте настройки по умолчанию, нажав Далее в появившемся окне.
- Выберите вкладку Плагины в левой части экрана.
- Откройте Plugin раскрывающемся меню и выберите утилиту> Merge томов.
- Снимите Rescale Компоненты.
- Выберите Назначить второй вход.
- Переход к анализу версии файла данных MicroPET для одной и той же сканирования. Выделите ее и нажмите Открыть.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запустите Мастер файла появится. - Используйте настройки по умолчанию, нажав Далее на каждом экране.
ПРИМЕЧАНИЕ: сканирование MicroPET появится накладывается на КТ. - Выберите цветовую настройку / Непрозрачностьв левой части экрана с табл.
- Откройте выпадающее меню компонентов в правом нижнем углу экрана. Выберите +1.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это будет гарантировать, что КТ-сканирование изображений только влияет по следующим направлениям. - В разделе Скалярные сопоставления цветов, выберите среднюю точку. Удалите его, перетащив его из области ползунка.
- Выберите левую точку.
ПРИМЕЧАНИЕ: окно Color Picker появится. - Изменение цвета точки до черного.
- Выберите правильную точку.
ПРИМЕЧАНИЕ: окно Color Picker появится. - Изменение цвета точки на белый.
- В разделе Скалярные Непрозрачность карт, добавить точку, нажав в любом месте блока.
- Отрегулируйте раздел пока изображение CT только не появится скелет крысы.
- Установите флажок Включить заливка.
- Выберите RВкладка EView в левой части экрана.
- Изменить количество кадров до 72.
- Изменить вращение X 360.
- Выберите Создать.
- Перейдите к нужному пункту назначения. Создайте новую папку для хранения изображений щелкнув правой кнопкой мыши на пустом пространстве и выбрав New> Folder.
- Введите желаемое имя в поле Имя файла. Выберите Сохранить.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно Размер кадра появится. - Выберите OK.
- Volview будет генерировать изображения. Когда она будет закончена, появится окно с указанием "Ваш фильм был успешно создан!" Выберите OK.
- Вернуться на вкладку Настройки Цвет / непрозрачность.
- В рамках компонента Вес (ы), переместите ползунок для компонента 1, так что имеет VALUе 0.
ПРИМЕЧАНИЕ: Только появится MicroPET сканирования. - Повторите шаги 5.2.21-28 создать вторую последовательность изображений.
- Вернуться на вкладку Настройки Цвет / непрозрачность.
- В рамках компонента Вес (ов), отрегулируйте ползунок для компонента 2, так что имеет значение 0.
ПРИМЕЧАНИЕ: Только появится КТ. - Повторите шаги 5.2.21-28, чтобы создать третью последовательность изображений.
- Создать вращения фильмов (показанные на видео), используя программное обеспечение ImageJ.
- Открыть ImageJ.
- Выберите Файл> Импорт> последовательности изображений.
- Перейдите к файлу, содержащему изображения, которые только просматривать данные ТТ для предварительной проверки. Выберите первое изображение и нажмите Выбрать.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно Параметры последовательности появится. - Выберите OK.
- Выберите Файл и# 62; Импорт> последовательности изображений.
- Перейдите к файлу, содержащему изображения, которые только просматривать данные MicroPET для предварительной проверки. Выберите первое изображение и нажмите Выбрать.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно Параметры последовательности появится. - Выберите OK.
- Выберите Файл> Импорт> последовательности изображений.
- Перейдите к файлу, содержащему изображения, которые рассматривают как данные КТ и MicroPET для предварительной проверки. Выберите первое изображение и нажмите Выбрать.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно Параметры последовательности появится. - Выберите OK.
- Выбрать Изображение> Стеки> Инструменты> комбината.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно комбинатор появится. - Выберите в раскрывающемся меню stack1. Выберите стек, содержащий данные КТ.
- Выберите в раскрывающемся меню stack2. Выберите стек, содержащий МиДанные croPET. Выберите OK.
ПРИМЕЧАНИЕ: новый стек с обеих сканирования появится. - Выбрать Изображение> Стеки> Инструменты> комбината.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно комбинатор появится. - Выберите в раскрывающемся меню stack1. Выберите стек, который содержит объединенные стеки.
- Выберите в раскрывающемся меню stack2. Выберите стек, который содержит как данные КТ и данные MicroPET. Выберите OK.
ПРИМЕЧАНИЕ: новый стек со всеми тремя сканирования появится. - Держите в сочетании стеки открытым. Повторите шаги 5.3.2-16 на пост сканирования 1,5 ч и 24 ч после проверки стеков изображений.
- Выбрать Изображение> Стеки> Инструменты> комбината.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно комбинатор появится. - Выберите в раскрывающемся меню stack1. Выберите стек, содержащий все предварительно данные сканирования.
- Выберите stack2
- Проверьте комбинат Вертикально.
- Выберите OK.
ПРИМЕЧАНИЕ: новый стек как с предварительной проверки и последующей проверки 1,5 ч появится. - Выбрать Изображение> Стеки> Инструменты> комбината.
ПРИМЕЧАНИЕ: Окно комбинатор появится. - Выберите в раскрывающемся меню stack1. Выберите стек, который содержит объединенные стеки.
- Выберите в раскрывающемся меню stack2. Выберите стек, содержащий все данные сканирования 24 ч после.
- Проверьте комбинат Вертикально.
- Выберите OK.
ПРИМЕЧАНИЕ: новый стек со всеми девятью сканирования появится. - Выберите Файл> Сохранить как> AVI.
- Выберите OK.
- Перейдите к нужному пункту назначения. Введите желаемое имя в имени файла Сохранить.
Representative Results
Церебральной ишемии был инициирован в живых крыс Sprague-Dawley с помощью окклюзии средней мозговой артерии, с последующим ядерного изображений выполняется для обнаружения его последствий. Живых крыс были обследованы 24 ч перед такта впуска, а также 1,5 ч и 24 ч после ишемии, каждый с независимыми инъекции приблизительно 500 мкКи 18 F-ФДГ, которые полностью распадается в течение 18 часов. Три детектора кольцо Albira система, используемая для этих исследований имеет чувствительность 9%, составив 500 мкКи разумная доза для крыс. Представительства данные отображения для ПЭТ и рентгеновских КТ показаны для крыс на 24 ч до и 24 ч моменты времени после реперфузии на рисунке 1, верхней и нижней строк соответственно. Поперечные (панели и Е), сагиттальной (панели B и F), и корональной (панели C и G) ломтики для каждого сканирования представлены данные ФДГ-ПЭТ цветных в & #8220; радуги "шкала интенсивности и накладывается на КТ в оттенках серого. Следует отметить, что КТ был использован для анатомической совместного регистрации данных ПЭТ внутри черепа животных, и никаких изменений радиоплотности в ткани мозга не было отмечено при этих экспериментах. В 24 ч было резкое снижение потребления глюкозы в ипсилатеральном полушарии, предполагая, широкое повреждение тканей из-за вынужденного ишемического инсульта. 3D-рендеринг данных наложения представлена на рисунке 1D и H. При повороте на экране, эти оказываемые данные обеспечивают повышенную визуализацию снижения инсульта, вызванного в поглощении ФДГ.
Для того, чтобы количественно определить изменения в коре головного поглощения глюкозы в результате инсульта в пространственно-временной образом, мозг атлас ВОИ был применен к Предынсультное базовой, 1,5 ч и 24 ч (пост-реперфузии) для каждого сканирования. Это было достигнуто с помощью программного пакета PMOD в сочетании с W. Шиффер шаблон головного мозга крысы и Atlaс. Во-первых, PMOD использовали для трансформации каждого из множеств ПЭТ данных головного мозга крыс в соответствующем месте и геометрии через ручной сотрудничества регистрацию с использованием перемещать и вращать инструменты на вкладке Reslicing. Следует отметить, что масштаб средство также можно регулировать общий размер мозга, если это необходимо. В то время как использование атласа Шиффер превосходит вручную рисунок VOIS в пространстве мозга, могут быть экспериментальные ошибки, индуцированной из неточной синтеза мозга. Таким образом, в некоторых случаях увеличение числа животных могут быть необходимы для достижения статистической значимости. Далее, атлас мозга В. Шиффер VOI был автоматически применяется для измерения накопления ФДГ, в условных единицах поглощения в рамках определенных субрегионов мозга крыс (рис 2). Атлас мозга VOI также могут быть использованы в итеративном режиме со стандартной моделью мозга для дальнейшей оптимизации ручного синтеза экспериментальных данных. Как событие Сток был изолирован в правом полушарии головного мозга у каждого животного, повреждения тО каждом регионе количественно путем расчета соотношение поглощение глюкозы деятельности между контралатеральных регионах (рисунок 2). Использование этих отношений обеспечивает удобный нормализацию отношений между правой и левой полушарии, и удаляет изменчивость, которые могут возникнуть при сопоставлении значений интенсивности сигнала ПЭТ разных сканов. В 1,5 ч после инсульта, 18 F-ФДГ поглощений не были затронуты в зоне ишемии. Таким образом, никаких количественных изменений не наблюдалось в поглощение глюкозы между контралатеральных и ипсилатеральных полушарий (рис 3, Синие и зеленые полоски). Это может быть связано с гипер-поглощения глюкозы по пери-ишемической области или увеличение метаболизма глюкозы в этот момент времени, чтобы компенсировать потерю сотовой ATP 10,11. Тем не менее, значительное снижение потребления глюкозы в конкретных регионах ипсилатеральном полушарии наблюдалось по нескольким животных (N = 5) на 24 ч после реперфузии (рис 3, красными полосами). OthРегионы э мозга проявил мало или никакое повреждение в ипсилатеральном полушарии.
В частности, регионы ипсилатеральном полушарии, которые постоянно выставлены пониженные поглощений ФДГ были: миндалина, хвостатые скорлупа, слуховые, энторинальной, островной доли, паракортикальная, и соматосенсорной области коры головного мозга. Кортикальные поражения, вызванные в результате инсульта связаны с потерей нервных связей и измененных функциональных карт. Структурные нарушения в миндалине в результате инсульта приводят к психопатологии и когнитивной дисфункции 12. Это не удивительно, что область хвостатых-скорлупа была затронута на поглощение ФДГ, как церебральный кровоток в боковой части этого региона поставляется закупоренной средней мозговой артерии 13. Патология в этой области грызунов мозга приводит к нарушению дискриминирует обучения, когнитивных процессов, и немоторных функций 14. Неспособность принять до ФДГ наблюдалось также в энторинальной коры апd слуховая кора в медиальной височной доле ишемической полушарии. В 2001 году Дэвис и др. Сообщается, что энторинальной повреждение мозга у крыс приводит к нарушению сенсорной интеграции и настойчивый пространственное обучение deificits 15. Слуховые дисфункция, как известно, происходят при инсульте у человека, хотя нечасто 16. Тем не менее, поглощение ФДГ в нижней бугорок, что является одним из основных слуховых путей не был затронут инсульта в нашей модели. Было показано, что MCAO-индуцированные крысы инсульта увеличить адреналин, норадреналин и активности симпатической нервной из-за инфаркта в островной коры, в одном из регионов в нашей модели, которые показали плохую поглощение ФДГ 17. Это может привести к изменениям в вегетативной функции, влияющие на сердечную систему. Бедные поглощение ФДГ наблюдался также в области соматосенсорной в лобно-теменной коры. Ишемическая инфаркта в этой области, как сообщается, вызвать структурные аномалии и потерю таламуса соединений18. Поглощение Limited ФДГ наблюдалось также в зрительной коре, что может привести к нарушению глазного доминирования пластичности, как сообщили в крыс новорожденных, подвергшихся гипоксическим ишемии 19. Однако, снижение поглощения ФДГ не наблюдалось в двухолмия область, которая участвует в визуальном двигателя наведения 20. Поглощение ФДГ в гиппокампе области также нарушена, область, которая играет важную роль в пространственной памяти и навигации. Было последовательно заметил, что суб-регионов мозга, такие как верхней и нижней бугорок, площадь вентральной покрышки (VTA), а также обонятельные луковицы переднего мозга и глубинного таламуса не были затронуты окклюзии средний сонной артерии (рисунок 3).
Взятые вместе, эти результаты показывают, что ФДГ-ПЭТ КТ обеспечивает жизнеспособную, воспроизводимый и неинвазивной стратегии работы с изображениями для мониторинга церебральной ишемии у крыс в продольном моды.
Рисунок 1:. ПЭТ-КТ Данные крыс до и после ишемии головного мозга Каждая строка отображает соответствующие поперечные (A, E), сагиттальной (В, F), корональной (С, О), и 3D визуализации (д, Н) ПЭТ -ct данные крысы 24 ч до (верхний ряд) и 24 ч после реперфузии (или 26 ч после индукции ишемии головного мозга, а нижняя). Белые стрелки показывают расположение снизилась поглощения ФДГ из-за повреждения инсульта. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 2: ПЭТ данные выровнены с мозгом атласа В. Шиффер крыс с использованием PMod В ФДГ-ПЭТ данные.крыса 24 ч после реперфузии (или 26 ч после ишемии головного мозга; строке вверху) сливается с ВОИ шаблонов мозг атласа для анализа (нижний ряд). Цвета указывают на отдельный Войс шаблона мозг атласа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.
. Рисунок 3: Представитель Количественный анализ поглощение глюкозы в головном мозге крыс в Разделе Отношения права на левое полушарие ФДГ ПЭТ сигнала в стандартной Uptake единиц от каждого региона W. Шиффер мозга крысы Атлас сообщалось сканирования, сделанных до ишемический инсульт (до; синий), 1,5 ч (зеленый) и 24 ч (красный) после реперфузии (или 26 ч после реперфузии). Столбики ошибок обозначают стандартное отклонение для событий хода N = 5 головного мозга крысы, в каждый момент времени. ** Р ≤ 0,01 * р≤ 0,05 (парный Т-тест). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 4:. Иллюстрация MCAO хирургии красная линия окклюдера, который вставлен в наружную сонную артерию. Синий овал представляет собой область головного мозга.
Discussion
Здесь мы представляем детальную стратегию развития инсульта индукции, ПЭТ и стандартизированной мозга суб-региона измерения повреждения тканей Спрэг-Доли крыс. Изображений мелких животных моделях, особенно в области инсульта является полезным, так как для лечения инсульта, чтобы быть эффективным, зависит от очень короткого терапевтического времени. Здесь мы приводим модель травмы-реперфузии, в котором инсульт, индуцированного с помощью окклюзии в средней церебральной артерии и изображений проводится с использованием ФДГ ПЭТ, наряду с рентгеновской компьютерной томографии для анатомической ссылки. Регламентированный измерения поглощения ФДГ в пределах мозга суб-регионов стало возможным благодаря точной картографии шаблона атласа VOI на головном мозге крыс в программном обеспечении для анализа изображений ПМОД. Значения Логометрический ФДГ были собраны путем деления соответствующего головного мозга субрегионов в противоположных полушариях, что позволяет простой измерение повреждений при нормализации вариации в глобальном сигнала ФДГ ПЭТ между различными животными и времени рoints. Эти измерения в соответствии с ожидаемым эффектом удара на головном мозге крыс, демонстрируя последовательно, значительная потеря мозговой ткани поглощения глюкозы в некоторых регионах ипсилатерального полушария. Эта методика имеет потенциал, чтобы увеличить нашу способность сравнивать ФДГ ПЭТ наборов данных животных, перенесших различные типы травмы головного мозга, в том числе ишемического инсульта. Благодаря стандартизации объемы должны быть определены количественно по полушарий головного мозга и в самых разных животных, этот метод генерирует последовательные измерения выпадающих поглощения ткани глюкозы. Обратите внимание, что другие индикаторов ПЭТ с поглощением мозга, как 11 C-раклоприда для D2-рецепторов, может быть использован с протоколом, а также 21. Наконец, мы опишем метод для визуализации ишемического инсульта в мозге крыс в течение его скелета с высокой анатомической точностью в трех измерениях. С инсульт-индуцированного физиологические и функциональные нарушения могут быть временными или постоянными, это неинвазивный метод визуализацииИсследователи позволяет оценить повреждение головного мозга в то же животного в течение периода времени. Это дает возможность неврологических забить крыс, а также оценки краткосрочных и долгосрочных неврологического дефицита в том же животного. Шаблон функции программного обеспечения ПМОД позволяет исследователи с определенным количеством точности для отображения области травмы и, возможно, коррелируют с неврологических осложнений и поведенческих моделей.
Для точной количественной оценки ущерба инсульта головного мозга субрегионе, важным шагом является согласование данных ПЭТ с атласа мозга крыс в течение PMOD. Несоответствия в выравнивание может привести к неправильному количественного субрегионов мозга, пострадавших от ишемии. Как описано в шаге протокола 4.1.7, можно использовать harderian железы в виде ориентиров для выравнивания атлас мозга с экспериментальными данными ПЭТ. Эффекты частичного объема (ПВЕ) являются проблемой во время этого типа анализа, и будет ограничивать общее разрешение структуры мозга,может быть отображена. Сигнал перелива может происходить между соседними объемами, или сам ВОИ может быть слишком мал по отношению к разрешению прибора, тем самым уменьшая количественный точность метода 22. Система Albira ПЭТ используется в этих исследованиях оснащен тремя детектора колец и дает разрешение 1,1 мм, который развился из соответствующих одной кольцевой системы, что достигается 1,5 мм 23. Бюва и сотрудники отметить, что PVE повлияет измерения опухолей с диаметром менее 2-3 раза Разрешающая способность системы на полную ширину половины макс (FWHM), которая соответствовала бы сферическом объеме 5.6-18.9 мм 3 для 3- кольцо Albira. Casteels др. Недавно отметил, что в объеме более 8 мм 3 будет иметь минимальные частичные эффекты громкости для современных доклинических ПЭТ сканеров с разрешением в диапазоне 1,1-1,3 мм 24. Атлас Шиффер была тщательно построена с этими параметрами в виду, и использует 58 Войс, из которых 13 упадет ниже 8 мм 3 порога. Они включают в себя Войс для правого и левого полушарий медиальной префронтальной коре (6,3 мм 3, R / L), Par Cortex (7,6 мм 3, R / L), двухолмия (7,1 мм 3, R / L) , ВТА (5,5 мм 3, R / L), уступает бугорок (5,7 мм 3, R / L), гипофиза (5,9 мм 3), а СВ кровоток (5,1 мм 3). Кроме того, измерения лобной коры (1,4 мм 3 R / L) будет наиболее восприимчивы к PVE из-за его небольшого размера.
Исследования, проведенные в более крупных животных, как крысы, у которых есть соответствующее увеличение размера анатомии, будет иметь большее количество мозговых субрегионов, которые могут быть надежно количественно по сравнению с мышами. Тем не менее, эти методы применимы к визуализации головного мозга у мышей, у которых есть свой собственный атлас мозга, доступные в PMOD, который состоит из 18 субрегионов, которыеразмер свести к минимуму PvE. Кроме того, с помощью ПЭТ, чтобы определить еще меньшие участки мозга, чем те, которые описаны в данном исследовании может потребовать использования альтернативных методик. Метод, описанный здесь позволяет регламентированный и эффективный количественный анализ повреждения головного мозга ткани с течением времени Географическая мозга субрегиона, в живых крыс. Травмы из-за ишемии показано здесь в качестве примера, но методика представлена для количественной оценки изменений в активности головного мозга могут быть применены к любым другим условием, влияющих мозга крыс.
В заключение, ФДГ-ПЭТ-КТ данных мелких животных могут быть приобретены в неинвазивной и экономичным способом, и может быть удобно использовать для малого изображений животных в количественном моды. Использование шаблона инструмент Шиффер программы ПМОД, ишемические участки мозга могут быть выделены и данные ПЭТ измеряется. Это мощный инструмент для дальнейшего изучения мозга реорганизации, ремонту, нейрогенез после ишемии головного мозга, что будет способствовать developmeNT нервно-терапии пациентов с ограниченными физическими возможностями, перенесших инсульт. Эта визуализация и будет особенно полезно при оценке других случаев травмы головного мозга, где повреждение ткани может быть выровнен из отдельных методов визуализации.
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 |
References
- Minino, A. M., Murphy, S. L., Xu, J., Kochanek, K. D. Deaths: final data for 2008. Natl Vital Stat Rep. 59, 1-126 (2011).
- Niemi, M. L., Laaksonen, R., Kotila, M., Waltimo, O. Quality of life 4 years after stroke. Stroke. 19, 1101-1107 (1988).
- 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).
- Schiffer, W. K., et al. Serial microPET measures of the metabolic reaction to a microdialysis probe implant. J Neurosci Methods. 155, 272-284 (2006).
- Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics--2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 125, e2-e220 (2012).
- Heiss, W. D., et al. Progressive derangement of periinfarct viable tissue in ischemic stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 12, 193-203 (1992).
- Foster, N. L., et al. Alzheimer's disease: focal cortical changes shown by positron emission tomography. Neurology. 33, 961-965 (1983).
- 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).
- Toga, A. W., Santori, E. M., Hazani, R., Ambach, K. A 3D digital map of rat brain. Brain Res Bull. 38, 77-85 (1995).
- 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).
- Nemoto, E. M., Hossmann, K. A., Cooper, H. K. Post-ischemic hypermetabolism in cat brain. Stroke. 12 (5), 666-676 (1981).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hausler, R., Levine, R. A. Auditory dysfunction in stroke. Acta Otolaryngol. 120, 689-703 (2000).
- 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).
- 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).
- Failor, S., et al. Neonatal cerebral hypoxia-ischemia impairs plasticity in rat visual cortex. J. Neurosci. 30, 81-92 (2010).
- Wurtz, R. H., Albano, J. E. Visual-motor function of the primate superior colliculus. Ann. Rev. Neurosci. 3, 189-226 (1980).
- 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).
- Soret, M., Bacharach, S. L., Buvat, I. Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging. J. Nuc. Med. 48, 932-945 (2007).
- Sanchez, F., et al. ALBIRA: A Small Animal PET/SPECT/CT Imaging System. Med. Phys. 40 (5), 051906 (2013).
- 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).
