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Interscapular ब्राउन वसा ऊतकों के Cerenkov Luminescence इमेजिंग

Published: October 7, 2014 doi: 10.3791/51790
Automatic Translation
1,2, 3, 1, 1
1Molecular Imaging Laboratory, MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School, 2Center for Drug Discovery, School of Pharmacy, China Pharmaceutical University, 3Perkin Elmer

Introduction

ब्राउन वसा ऊतकों (बैट) स्तनधारियों में thermogenesis के लिए एक विशेष ऊतक है, और अपने प्रमुख कार्यों में से एक हीट 1 के रूप में रासायनिक / खाद्य ऊर्जा की बड़ी मात्रा में dissipating के माध्यम से पूरे शरीर की ऊर्जा संतुलन बनाए रखना है. बैट की सबसे अनूठी विशेषताओं ऊतक 2-5 में भरपूर मात्रा में uncoupling प्रोटीन -1 (यूसीपी-1) अभिव्यक्ति, प्रचुर मात्रा में छोटे तेल बूंदों, एक ही सेल में माइटोकॉन्ड्रिया की एक बड़ी संख्या है, और महत्वपूर्ण vascularization शामिल हैं. ये अनूठी विशेषताओं जोरदार चयापचय और ऊर्जा व्यय में ऊतक की महत्वपूर्ण भूमिका के साथ सहयोगी. बैट पहले से अब मौजूद नहीं है और वयस्क मनुष्यों 1 में कोई महत्वपूर्ण शारीरिक कार्यों रखने माना जाता था, लेकिन हाल ही में पीईटी / सीटी इमेजिंग जांच में स्पष्ट रूप से बैट अभी भी मानव वयस्कों 2,3,6-9 में प्रस्तुत करता है कि प्रदर्शन किया है. बैट द्रव्यमान और शरीर द्रव्यमान सूचकांक के बीच एक व्युत्क्रम सहसंबंध (बीएमआई) कई अध्ययनों से स्थापित है, और फिर से किया गया थाप्रतिशत पढ़ाई शारीरिक व्यायाम बैट के द्रव्यमान में वृद्धि कर सकता है कि संकेत दिया. इन परिणामों जोरदार बैट की शिथिलता कसकर मोटापा और मधुमेह 2,6,10,11 की विकृतियों के साथ जुड़ा हुआ है कि सुझाव है. इसके अलावा, सबूत बढ़ते बैट का समारोह जोरदार ऐसे neurodegenerative रोग और कैंसर 3,7,12,13 के रूप में विभिन्न अन्य विकृतियों से संबंधित है जो इंगित करता है.

बैट सक्रियण, thermogenesis को बढ़ाने के लिए एक प्रक्रिया है, ऐसी ठंड जोखिम, व्यायाम, और नशीली दवाओं के उपचार और जीन में गड़बड़ी 1,14,15 के रूप में विभिन्न परिस्थितियों में प्राप्त किया जा सकता है. शीत जोखिम और norepinephrine उपचार बैट को सक्रिय करने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल के तरीके हैं. ऐसी त्वचा में thermoreceptors के रूप में विभिन्न तंत्र द्वारा महसूस किया जा सकता है, शीत, सहानुभूति तंत्रिकाओं को उत्तेजित करता है और बल्लेबाजी करने norepinephrine (पूर्वोत्तर) की रिहाई की ओर जाता है. जारी पूर्वोत्तर यूसीपी -1 सामान्य शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए thermogenesis को प्रारंभ करने के लिए हो सके. इस conditi के तहतपर, ग्लूकोज की तेज भी बैट 1,16,17 में वृद्धि की चयापचय के लिए अधिक कार्बन सूत्रों प्रदान करने के लिए बढ़ जाती है. 18F-FDG साथ पीईटी इमेजिंग लेबल ग्लूकोज की तेज मानव पढ़ाई 6 में ठंड परिस्थितियों में वृद्धि की पुष्टि की है कि.

ऑप्टिकल इमेजिंग के संदर्भ में, बैट एक आदर्श लक्ष्य है. interscapular बैट ऐसे जिगर, दिल, और पेट के रूप में बड़ा अंगों से दूर स्थित चूहों में एक अनूठा स्थान है. इसलिए, इन बड़े अंगों से संकेत हस्तक्षेप नगण्य (चित्रा 1 ए) है. इस बीच, interscapular बैट के उथले स्थान अधिक संकेतों का पता लगाने के कैमरे द्वारा कब्जा करने की अनुमति देता है. इसके अलावा, बैट कुछ क्षेत्रों में प्रकाश संकेत किनारा जो एक केंद्रित जन अंग है. साथ ही, बैट की अद्वितीय त्रिकोणीय शारीरिक आकार अन्य ऊतकों (चित्रा 1 ए) से अलग करने के लिए यह आसान बनाता है.

Cerenkov luminescence इमेजिंग (सीएलआई), एक नव उभरा मोलइस तरह 18 एफ और मध्यम में 131 मैं के रूप में radionuclides का क्षय - ecular इमेजिंग प्रौद्योगिकी 18-26, + और ​​से उत्पन्न luminescence harnesses. आवेशित कण (जैसे + के रूप में और -) यह मध्यम 18-20 में यात्रा करते हुए अणुओं polarizes, और ध्रुवीकृत अणुओं वापस संतुलन के लिए आराम करने के लिए जब luminescence / प्रकाश उत्सर्जित होता है. उत्सर्जित luminescence Cerenkov luminescence (सीएल) कहा जाता है. सीएल के अद्वितीय वर्णक्रमीय गुण अपने पराबैंगनी (यूवी) भर में व्यापक स्पेक्ट्रम और दृश्य स्पेक्ट्रम 18-20, और तीव्रता और तरंग दैर्ध्य (λ 2) के वर्ग के बीच अपनी व्युत्क्रम संबंध शामिल हैं. उत्सर्जित प्रकाश के दोनों यूवी और दृश्य पर्वतमाला विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा सकता है. अब तरंग दैर्ध्य में प्रकाश उत्सर्जित किया जा सकता है, जबकि Cerenkov luminescence के यूवी भाग, बंदी luciferin 21 के vivo photoactivation के लिए लागू किया गया हैइन विवो ऑप्टिकल इमेजिंग 18,27-31 के लिए इस्तेमाल किया.

छोटे जानवरों के अध्ययन के लिए, एक ऑप्टिकल इमेजिंग प्रणाली के साथ सीएलआई इमेजिंग तेजी से और पीईटी की तुलना में अधिक लागत प्रभावी है. इसके अलावा, सीएलआई उच्च throughput क्षमता से लैस एक इमेजिंग प्रणाली के साथ उच्च throughput प्रदर्शन के लिए लागू किया जा सकता है. इस तकनीक के फायदे और नुकसान कई समीक्षा 25,32,33 में चर्चा की गई है. सीएलआई की 3 डी टोमोग्राफी अधिकता कई समूहों 28,34-37 में अध्ययन किया गया है, और इंडोस्कोपिक इमेजिंग और intraoperative इमेजिंग के लिए सीएलआई के आवेदन को सफलतापूर्वक के रूप में अच्छी तरह से 30,38 चूहों में प्रदर्शन किया गया है. इसके अलावा, Spinelli और Thorek एट अल. सीएलआई इमेजिंग भी नैदानिक ​​अनुप्रयोगों 39, 40 के लिए क्षमता है, इस प्रकार प्रौद्योगिकी, मानव विषयों के लिए लागू किया जा सकता है कि प्रदर्शन किया है.

मानव में बैट के पुनराविष्कार के पाठ्यक्रम में, पीईटी छवियों स्पष्ट रूप से एक संकेत दिया कि18 एफ FDG की महत्वपूर्ण राशि कुछ शर्तों 2,3,6 के तहत बैट में जमा हुए. इसके अलावा, चूहों के साथ पीईटी इमेजिंग भी निस्संदेह बैट 18 एफ FDG 41 42 के साथ प्रकाश डाला जा सकता है कि पता चला है. इस रिपोर्ट में, हम 18 एफ FDG से उत्सर्जित Cerenkov luminescence एक ऑप्टिकल इमेजिंग प्रणाली का उपयोग करते हुए छोटे जानवरों में इमेजिंग बल्लेबाजी के लिए उपयोग किया जा सकता है कि कैसे प्रदर्शित करता है. हमारा दृष्टिकोण छोटे जानवरों के लिए बल्लेबाजी इमेजिंग की एक तेज, सस्ता और सुविधाजनक तरीका प्रदान करता है. इस तकनीक को विशेष रूप से पीईटी सुविधाओं के बिना प्रयोगशालाओं के लिए, 18 एफ FDG साथ पीईटी इमेजिंग के लिए एक वैकल्पिक विधि के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है.

Protocol

नोट: सभी जानवरों के अध्ययन अनुमोदित संस्थागत प्रोटोकॉल और जानवरों की देखभाल के दिशा निर्देशों के तहत किया जाना चाहिए.

18 एफ FDG साथ विवो सीएलआई इमेजिंग बल्लेबाजी में 1

1.1 पृष्ठभूमि इमेजिंग:

  1. 18 एफ FDG इंजेक्शन से पहले, संज्ञाहरण प्रेरित करने के लिए 5 मिनट के लिए ऑक्सीजन के साथ isoflurane संतुलित साथ जोड़ा गया है कि एक प्रेरण कक्ष में चार नग्न चूहों जगह है. फिर इमेजिंग उपकरण में चार anesthetized चूहों जगह है.
  2. ओपन फिल्टर, च = 1, बिन = 8, FOV = डी, और जोखिम समय = 120 सेकंड, चरण तापमान = 37 डिग्री सेल्सियस: पृष्ठभूमि निम्नलिखित मानकों के साथ छवि मोल.

1.2 18 एफ FGD साथ बैट इमेजिंग:

  1. नसों पूंछ नस में पीबीएस में 18 एफ FDG के 280 μCi साथ anesthetized चूहों इंजेक्षन. इंजेक्शन के बाद, भोजन और पानी के साथ सुसज्जित एक पिंजरे में चूहों वापसी.
    नोट: यह neces हैSary नसों बैट क्षेत्र के आसपास एक सभ्य विपरीत प्राप्त करने के लिए 18 एफ FDG इंजेक्षन. Intraperitoneal इंजेक्शन का इस्तेमाल किया जाता है, तो केवल एक बहुत कमजोर विपरीत 18 एफ FDG का एक ही राशि के साथ देखा जा सकता है.
  2. 30, 60 में सीएलआई छवियों मोल, और पृष्ठभूमि इमेजिंग (चरण 1.1.2) के रूप में एक ही मानकों के साथ 18 एफ FDG इंजेक्शन के बाद 120 मिनट. प्रत्येक इमेजिंग सत्र के लिए, संज्ञाहरण reinduction के लिए 5 मिनट की अनुमति है.
  3. शोर अनुपात (एस / एन) के लिए संकेत यों, बैट (संदर्भ क्षेत्र) के निकट दो बराबर आकार अंडाकार interscapular बैट से अधिक ROIs और एक क्षेत्र को आकर्षित करने के लिए इमेजिंग सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस का उपयोग (चित्रा 1 बी).

सीएलआई स्रोत के 1.3 मान्यता:

  1. चार चूहों anesthetize और नसों 18 एफ FDG के 280 μCi साथ चूहों इंजेक्षन.
  2. सोडियम pentobarbital इंजेक्शन (200 मिलीग्राम / किग्रा, आईपी) द्वारा 18 एफ FDG के इंजेक्शन के बाद चूहों 60 मिनट बलिदान. ध्यान से स्की हटानेinterscapular क्षेत्र से एन. छवि एक ही मानकों के साथ चूहों के सभी (1.1.2) के ऊपर के रूप में, एक ही समय में (चित्रा 2A).
  3. ध्यान interscapular सफेद वसा ऊतकों (वाट) और बैट, और फिर छवि एक ही मापदंड (चित्रा 2B) के साथ विच्छेदित चूहों को हटा दें.
  4. आर (बैट) = (सीएलआई एक -CLI ख) (बैट) / (सीएलआई एक -CLI ख) (बैट-हटाया), जहां आरओआई: सीएलआई छवियों से, निम्न समीकरण के साथ दो ROIs का उपयोग करके बैट से योगदान की गणना एक interscapular क्षेत्र के लिए है और रॉय बी संदर्भ क्षेत्र (चित्रा 2 बी) के लिए है.

2 बैट इमेजिंग आवेदन

2.1 पूर्वोत्तर के साथ एक्टिवेशन निगरानी

  1. दो समूहों (n = 4 प्रत्येक) में नग्न चूहों फूट डालो.
  2. Intraperitoneally norepinephrine (पूर्वोत्तर) (50 μl, 10mm) के साथ एक समूह इंजेक्षन. एक गैर सक्रिय विवाद के रूप में दूसरे समूह का प्रयोग करेंएल. 30 मिनट के बाद, 5 मिनट के लिए isoflurane के साथ दोनों समूहों anesthetize, और फिर नसों के 18 एफ FDG (220 μCi) के साथ एक माउस इंजेक्षन.
    नोट: 18 एफ FDG इंजेक्शन नाटकीय रूप से चूहों आंदोलन से बचने के लिए पहले पूर्वोत्तर की intraperitoneal इंजेक्शन 30 मिनट होना चाहिए.
  3. छवि के ऊपर प्रोटोकॉल के रूप में एक ही मापदंड का उपयोग कर 18 एफ FDG इंजेक्शन के बाद चूहों में 60 मिनट.

शीत जोखिम के तहत 2.2 निगरानी सक्रियण

  1. एक गुदा थर्मामीटर के साथ ठंडे कमरे में चूहों के शरीर के तापमान को मापने. तापमान लगभग 30 डिग्री सेल्सियस होना चाहिए.
  2. छवि के ऊपर प्रोटोकॉल के रूप में एक ही इमेजिंग मापदंडों का उपयोग करके 18 एफ FDG इंजेक्शन के बाद चूहों में 60 मिनट. उसी के साथ नियंत्रण के रूप में कमरे के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) में रखा जाता है कि चूहों, और छवि उन्हें का प्रयोग करें.
  3. एक ठंड जोखिम अध्ययन के लिए, 18 एफ FDG इंजेक्शन से पहले 4 घंटे के लिए एक ठंडे कमरे (4 डिग्री सेल्सियस) में चूहों जगह और एम लौटनेप्रत्येक इमेजिंग सत्र के बाद ठंड के कमरे में और संज्ञाहरण से उबरने के बाद बर्फ.
  4. ऊपर के रूप में पैरामीटर.

बैट के तहत लंबी संज्ञाहरण के 2.3 निगरानी निष्क्रियकरण

  1. लंबे संज्ञाहरण के लिए (60-70 मिनट), Ketamine / xylazine साथ intraperitoneally चूहों इंजेक्षन और 60 के लिए संज्ञाहरण के तहत उन्हें रख - कमरे के तापमान पर 70 मिनट.
  2. चूहों anesthetized हैं एक बार, नसों पूंछ नस के माध्यम से 18 एफ FDG (220 μCi) इंजेक्षन.
  3. छवि के ऊपर प्रोटोकॉल के रूप में एक ही मापदंड का उपयोग करके 18 एफ FDG इंजेक्शन के बाद चूहों में 60 मिनट.

3 वर्णक्रमीय unmixing और Multispectral Cerenkov Luminescence टोमोग्राफी अध्ययन

  1. 5 मिनट के लिए एक माउस anesthetize, और फिर नसों के 300 μCi 18 एफ FDG इंजेक्षन. च = 1, बिन = 16, अधिग्रहण: 18 एफ FDG निम्नलिखित मानकों के साथ जानवर की पृष्ठीय ओर से इंजेक्शन के बाद multispectral छवियों 60 मिनट मोलफिल्टर, उत्सर्जन फिल्टर = 580, 600, 620, 640, 660 और 680 एनएम प्रति समय = 300 सेकंड.
  2. इमेजिंग 4.3.1 सॉफ्टवेयर रहने के साथ वर्णक्रमीय unmixing आचरण और दो ​​घटकों (बैट और unspecific संकेतों) और स्वचालित unmixing (चित्रा 4) का चयन करें.
  3. कू एट अल. 28,43 द्वारा रिपोर्ट विधि के अनुसार 3 डी पुनर्निर्माण आचरण. संरचना प्रकाश इमेजिंग से (3 डी छवि coregistration के लिए प्रयोग किया जाता है), प्रकाश फैलाना प्रचार मॉडल में Cerenkov उत्सर्जन स्पेक्ट्रम शामिल NNLS में बच के अनुकूलन (गैर नकारात्मक कम से कम वर्ग) Tikhonov नियमितीकरण लागू होते हैं, और सतह टोमोग्राफी उत्पन्न (चित्रा 5 ).
    नोट: multispectral सीएलआई वर्णक्रमीय unmixing और टोमोग्राफी के लिए, विभिन्न फिल्टर के साथ कम से कम 5 छवियों की जरूरत है.

Representative Results

चित्र 1 में, interscapular बैट (चित्रा 1 ए) हर समय अंक (30, 60, 120 मिनट) पर डाला गया था, और बल्ले और संदर्भ क्षेत्र के बीच विपरीत आसानी से (चित्रा 1 बी) मनाया जा सकता है. विशेष रूप से, बैट छवि के समोच्च निकट एक त्रिकोणीय समोच्च है जो अपनी शारीरिक उपस्थिति, परिलक्षित. बल्ले और संदर्भ क्षेत्र के बीच संकेत अनुपात 2.37, 2.49, और 2.53 गुना 30, 60, और इंजेक्शन (चित्रा 1 ए) के बाद 120 मिनट थे.

कदम के लिहाज से विच्छेदन प्रयोग से, interscapular स्थल पर संकेत के 85% बैट (चित्रा 2) से उत्पन्न किया था. हालांकि, अभी भी शायद बैट अवशिष्ट ऊतक और रक्त वाहिकाओं और मांसपेशियों में शामिल हैं कि अन्य आसन्न ऊतकों से उत्पन्न जो बैट के ऊपरी रिम के पास स्थित कुछ अवशिष्ट संकेत नहीं था.

यह बैट सक्रियण के माध्यम से पूरा किया जा सकता है बताया गया है किNorepinephrine (पूर्वोत्तर) के उपचार और ठंड जोखिम 3,6. सबसे पहले, हम कम (5 मिनट) isoflurane संज्ञाहरण के तहत साथ और पूर्वोत्तर इलाज के बिना चूहों के एक ही समूह में पूर्वोत्तर के साथ बैट सक्रियण मनाया. डेटा पूर्वोत्तर उपचार (चित्रा 3 ए) के बिना की तुलना में पूर्वोत्तर इलाज हालत (1.23 गुना) के तहत काफी अधिक सीएलआई संकेत दिखाया.

मानव अध्ययन में, पीईटी इमेजिंग ठंड जोखिम के तहत विषयों कमरे के तापमान 6 में उन से बल्लेबाजी में काफी ज्यादा 18 एफ FDG तेज था कि पता चला है. इस चूहे अध्ययन में, 18 एफ FDG तेज में एक 39% वृद्धि ठंड जोखिम (चित्रा 3 बी) के साथ इलाज जानवरों के बैट में मनाया गया.

चूहों में, बैट गतिविधि विभिन्न संज्ञाहरण से प्रभावित किया जा सकता है 3,41 regimens. उदाहरण के लिए, बैट में 18 एफ FDG तेज काफी ketamine 41 के साथ संज्ञाहरण के एक घंटे के बाद कम किया जा सकता है. 18 एफ FDG uptak मुकाबलेछोटी (isoflurane के साथ 5 मिनट) और लंबी संज्ञाहरण परहेज (ketamine / xylazine के साथ 70 मिनट), 18 एफ FDG बैट तेज में एक 54% कमी के तहत चूहों के एक ही समूह में ई (ketamine / xylazine साथ anesthetized समूह में मनाया गया चित्रा -3 सी).

यह अच्छी तरह से हीम युक्त (जैसे माइटोकांड्रिया में रक्त और साइटोक्रोम ग में हीमोग्लोबिन के रूप में) प्रोटीन महत्वपूर्ण प्रकाश अवशोषण को जन्म दे सकता है कि जाना जाता है, और यह बैट 1 में प्रचुर मात्रा में रक्त वाहिकाओं सीएलआई के स्पेक्ट्रम, और वर्णक्रमीय बदल जाएगा कि उम्मीद है बैट क्षेत्र से आकार अन्य क्षेत्रों से अलग हो जाएगा. क़यास, वर्णक्रमीय unmixing तकनीक हमें दो सीएलआई स्पेक्ट्रा अलग करने के लिए अनुमति देते हैं. चित्रा -4 ए से, कोई विशेष क्षेत्र बारीकी शुद्ध मीडिया में 18 एफ के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम, जिसमें सीएलआई मची घटक # 1 (Unmix # 1), और इसी स्पेक्ट्रम (चित्रा 4D में नीली रेखा) के अमिश्रित छवि से प्रकाश डाला गया intensiTy व्युत्क्रमानुपाती तरंगदैर्ध्य 18,20 के वर्ग के साथ जोड़ा जाता है. इस डेटा Unmix # 1 बहुत उथले गहराई से है, जो शायद एक unspecific सीएलआई संकेत, त्वचा में इस तरह के रूप में 18 एफ FDG संचय प्रतिनिधित्व पता चलता है कि. अमिश्रित # 2 स्पेक्ट्रम (लाल रेखा) के शिखर संकेत बैट से था, सुझाव के आसपास 640 एनएम था. यह अब तरंगदैर्य में उत्सर्जित प्रकाश की बेहतर ऊतक प्रवेश का संकेत है, अपने चरम (चित्रा 4 में लाल रेखा) पर पहुंच गया एक बार दिलचस्प है, सीएलआई से कम 640 एनएम की तीव्रता का महत्वपूर्ण क्षीणन के विपरीत, तीव्रता का कोई नाटकीय कमी मनाया गया.

Multispectral Cerenkov luminescence टोमोग्राफी (msCLT) 3 डी पुनर्निर्माण के लिए इस्तेमाल किया गया था. msCLT पहले कू एट अल. 28,43 द्वारा सूचित किया गया है, और संकीर्ण bandpass फिल्टर (> 5 फिल्टर) के एक नंबर के साथ प्राप्त 2D तलीय छवियों का एक सेट से निर्माण किया है. खंगाला 3 डी छवियों coregist हैंसंरचना प्रकाश से उत्पन्न होता है कि सतह टोमोग्राफी के साथ जुटी है, और छवियों सीएलआई संकेत का एक बड़ा हिस्सा interscapular बैट (चित्रा 5) से उत्पन्न कि प्रकट करते हैं. उल्लेखनीय है, राज्याभिषेक छवि (चित्रा 5A) स्पष्ट रूप से बारीकी से चित्रा 5e में दिखाया बैट का त्रिकोण समोच्च सदृश जो बैट की दो पालियों, रूपरेखा.

चित्रा 1
चित्रा 1: एक माउस में interscapular बैट (नीले तीर) (क) त्रिकोणीय समोच्च; (बाएं) बल्लेबाजी सफेद वसा ऊतकों के साथ कवर किया जाता है, और (दाएं) बल्लेबाजी सामने आ रहा है. (ख) सीएलआई 30 पर एक माउस की छवियों और 18 एफ FDG (280 μCi) नसों में इंजेक्शन के बाद 60 मिनट. छवियों स्पष्ट रूप से बैट के समोच्च रूपरेखा. (ग) क ¥ से सीएलआई संकेत के मात्रात्मक विश्लेषणrscapular बैट क्षेत्र और एक संदर्भ क्षेत्र. संदर्भ 42 से पुनर्मुद्रण. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
चित्रा 2: (क) (बाएं) और बाद (सही) बल्लेबाजी हटाने से पहले चूहों के प्रतिनिधि छवियाँ. (ख) मात्रा> 85% सीएलआई बैट से उत्पन्न कि इंगित करता है. संदर्भ 42 से पुनर्मुद्रण. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 3
चित्रा 3:(एक) के साथ (बाएं) और कम isoflurane संज्ञाहरण के तहत (सही) पूर्वोत्तर उत्तेजना के बिना चूहों के बैट के प्रतिनिधि सीएलआई छवियों. (ख) (प्रत्येक समूह के लिए n = 4) (क) में दो समूहों से सीएलआई संकेतों के मात्रात्मक विश्लेषण. (ग) के साथ (बाएं) और कम isoflurane संज्ञाहरण के तहत (सही) ठंड उत्तेजना के बिना चूहों के बैट के प्रतिनिधि सीएलआई छवियों. (डी) (ई) में दिखाया दो समूहों से सीएलआई संकेतों के मात्रात्मक विश्लेषण (एन = 3 - प्रत्येक समूह के लिए 4). (ई) प्रतिनिधि सीएलआई (बाएं) लघु isoflurane संज्ञाहरण (5 मिनट) के तहत 18 एफ FDG इंजेक्शन के बाद 60 मिनट पर बल्लेबाजी की छवियों और ketamine / xylazine संज्ञाहरण (70 मिनट) (दाएं). (प्रत्येक समूह के लिए n = 4) (एफ) (जी) में दिखाया दो समूहों से सीएलआई संकेतों के मात्रात्मक विश्लेषण. संदर्भ 42. से पुनर्मुद्रण प्लीएसई यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
चित्रा 4:. Unspecific सीएलआई और बैट सीएलआई के लिए वर्णक्रमीय unmixing (एक) Unmix # 1 18 एफ FDG से unspecific सीएलआई संकेत (इस छवि के लिए अमिश्रित स्पेक्ट्रम डी (में दिखाया गया है) पूरे शरीर पर वितरित किया जाता है पता चलता है कि (नीली रेखा )). (ख) Unmix # 2 interscapular साइट पर सीएलआई का बहुमत (अमिश्रित स्पेक्ट्रम डी (में दिखाया गया है) (लाल रेखा)) बैट से इंगित करता है. सीएलआई शिखर 640 एनएम के आसपास है. (ग) Unmix # # 1 और 2 के विलय छवि. (घ) Unmix # # 1 और 2 का सीएलआई स्पेक्ट्रा. संदर्भ 42 से पुनर्मुद्रण. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें. </ P>

चित्रा 5
चित्रा 5: Multispectral Cerenkov luminescence टोमोग्राफी (एक - घ) छवियों की 3 डी पुनर्निर्माण.. Interscapular बैट राज्याभिषेक (एक), बाण के समान (ख) में देखा, और अनुप्रस्थ (ग) देखा गया है, साथ ही 3 डी छवि (डी) में किया जा सकता है; (ई) शारीरिक बैट आकार खंगाला छवियों के साथ संबद्ध है, जो (नीले तीर) में दिखाया गया है. पुनर्मुद्रण और संदर्भ 42 से अनुकूलित. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Discussion

बैट से संबंधित अनुसंधान कई दशकों के लिए आयोजित किया गया है. इससे पहले, यह मानव वयस्कता 1 के दौरान कोई महत्वपूर्ण शारीरिक प्रासंगिकता है करने के लिए विचार किया गया था. हालांकि, 18 एफ FDG के साथ हाल ही में बड़े पैमाने पर नैदानिक ​​पीईटी इमेजिंग और अन्य जांच की पुष्टि की है बैट अभी भी ऊपरी छाती, गर्दन और वयस्कों 2,3 में अन्य स्थानों में मौजूद है. हाल के अध्ययनों से जोरदार बैट मोटापा और मधुमेह 2,6 में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि सुझाव दिया है. अन्य अनुसंधान भी बैट 12 उम्र बढ़ने की प्रक्रिया के दौरान और अपनी गतिविधि व्यायाम 10,44 के माध्यम से बढ़ाया जा सकता है कि महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि इंगित करता है.

दोनों नैदानिक ​​मानव अध्ययन और preclinical अनुसंधान में, 18 एफ FDG साथ पीईटी इमेजिंग बैट अध्ययन करने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया विधि है. हालांकि, preclinical जानवरों के अध्ययन के लिए, पीईटी आम तौर पर बहुत अधिक महंगा ऑप्टिकल इमेजिंग से है. इस प्रोटोकॉल में, हम दिखाना है कि सीएल18 एफ FDG साथ मैं छोटे जानवरों में ऑप्टिकली इमेजिंग बल्लेबाजी के लिए लागू किया जा सकता है. अन्य ऑप्टिकल इमेजिंग तकनीक, ऊतक मर्मज्ञ सीमा और गहरी लक्ष्यों के लिए कम संवेदनशीलता तरह सीएलआई 25,32 की आंतरिक सीमाएं हैं. बहरहाल, हाल ही में Spinelli एट अल. सभ्य सीएलआई संकेत 32 पी 28,43 के साथ 10 मिमी ऊतक गहराई के साथ मनाया जा सकता है कि प्रदर्शन किया, और Thorek एट अल. 16 मिमी प्रवेश 18 एफ FDG इंजेक्शन 39, 40 के बाद रोगियों के लिम्फ नोड्स में प्राप्त किया जा सकता है कि पता चला है. पीईटी इमेजिंग की तुलना में, सीएलआई एक अपेक्षाकृत कम लागत इमेजिंग प्रणाली के साथ किया जा सकता है. हाल ही में, Thorek एट अल. रोगियों 39, नोड्स में (2CI के बारे में) संचित 18 एफ FDG के रूप में कम मात्रा 0.01 Ci 90Y था से 40. इन विट्रो में परीक्षण कि सीएलआई संकेत संकेत दिया कि काफी उच्च संवेदनशीलता सीएलआई साथ प्राप्त किया जा सकता है प्रदर्शन समाधान 25,32,33 में detectable

प्रयोगों के दौरान, हम 18 एफ FDG के साथ बल्लेबाजी की कि सीएलआई विपरीत अत्यधिक इंजेक्शन तरीकों से संबंधित है पाया. 18 एफ FDG का एक ही राशि के साथ intraperitoneal इंजेक्शन केवल बैट क्षेत्र में एक कमजोर विपरीत दिखाया, जबकि 18 एफ FDG की नसों में इंजेक्शन, interscapular बल्लेबाजी के लिए उत्कृष्ट विपरीत प्रदान कर सकते हैं.

वर्णक्रमीय unmixing, संकेतों के दो सेट अलग करने के लिए एक बहुत ही व्यावहारिक तकनीक, व्यापक रूप से प्रतिदीप्ति इमेजिंग में इस्तेमाल किया गया है. यह अच्छी तरह से 18 एफ FDG के तेज अत्यधिक लक्ष्य विशिष्ट नहीं है कि जाना जाता है, और विभिन्न लक्ष्यों / ऊतकों अलग प्रकाश क्षीणन गुण होते हैं. हम बल्लेबाजी का सीएलआई स्पेक्ट्रम के शिखर के आसपास 640 एनएम है पाया, और इस डेटा बैट की वास्तविक संदर्भों परिलक्षित. इस जनसंपर्क के 3D पुनर्निर्माणयह अलग तरंग दैर्ध्य के प्रकाश वाचाल गुणों के आधार पर एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल इमेजिंग प्रणाली के साथ किया जा सकता है क्योंकि otocol, बहुत प्रचलित है. इस दृष्टिकोण के साथ, हम 3 डी पुनर्निर्माण के लिए कई कोण दृश्य चित्र की आवश्यकता है कि एक विशेष इमेजिंग प्रणाली के उपयोग से बचने कर सकते हैं.

वर्णक्रमीय unmixing और 3 डी पुनर्निर्माण दोनों के लिए, बैट में प्रत्येक छवि से 600 फोटॉन गिनती के अधिक से अधिक न्यूनतम आवश्यकता है. इसके लिए बड़े binning (बिन = 16), छोटे च रोक (च = 1) और एक लंबे समय के अधिग्रहण के समय (5 मिनट) प्रत्येक छवि के लिए आवश्यक हैं.

संक्षेप में, अद्वितीय स्थान और आकार बैट की और बल्लेबाजी में 18 एफ FDG की काफी उच्च तेज दोहन, हम छोटे जानवरों में बैट ऑप्टिकली सीएलआई तकनीक के माध्यम से 18 एफ FDG साथ imaged किया जा सकता है कि कैसे प्रदर्शित करता है. इस विधि मज़बूती इमेजिंग बल्लेबाजी के लिए और बैट सक्रियण की निगरानी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. साथ ही, हम यह भी है कि वर्णक्रमीय unmixing और 3 डी सिफारिश का प्रदर्शनnstruction साध्य हैं और 3 डी मात्रा मात्रा का ठहराव भविष्य के अध्ययन के लिए संभव है.

Disclosures

इस वीडियो लेख के प्रकाशन Perkin एल्मर कंपनी द्वारा समर्थित है.

Materials

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Optical Imaging system Perkin Elmer IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated
CCD Size: 2.7 cm x 2.7 cm
Pixels: 2048 x 2048
Quantum Efficiency: 85%
Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm 2
Dark Current: <100 electrons/s/cm 2
Lens: f 0.95 50 mm
CCD Cooling: Cooled to 90 degree. 
18F-FDG IBA Molecular
norepinephrine Sigma N5785-250MG
Ketamine/Xylazine Sigma K113-10ML

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References

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चिकित्सा अंक 92 Cerenkov luminescence इमेजिंग भूरा वसा ऊतकों 18F-FDG ऑप्टिकल इमेजिंग, वर्णक्रमीय unmixing
Interscapular ब्राउन वसा ऊतकों के Cerenkov Luminescence इमेजिंग
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Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran,… More

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue. J. Vis. Exp. (92), e51790, doi:10.3791/51790 (2014).

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