Одновременное ПЭТ / МРТ изображений Во мыши гипоксии мозга-ишемии

Summary

Метод, представленный здесь использует одновременное позитронно-эмиссионной томографии и магнитно-резонансной томографии. В коре головного модели ишемии-гипоксии, динамические изменения в диффузионной и метаболизма глюкозы происходят во время и после травмы. Развивающейся и неповторимы повреждения в этой модели требует одновременного приобретения, если значимые мультимодальных данных изображений будут приобретены.

Abstract

Динамические изменения в ткани диффузии воды и метаболизма глюкозы происходят во время и после гипоксии в коре головного гипоксии-ишемии, отражающей нарушение биоэнергетический в пораженных клеток. Диффузия взвешенных магнитно-резонансная томография (МРТ) выявляет области, которые были повреждены, потенциально необратимо, гипоксией-ишемией. Изменения в утилизации глюкозы в пораженной ткани может быть обнаружено с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) из 2-дезокси-2- ⁽¹⁸ F), фтор-ᴅ-глюкозы ^([18 F] FDG) поглощения. В связи с быстрым и переменного характера травмы в этой модели на животных, приобретение обоих режимах данных должны выполняться одновременно для того, чтобы осмысленно соотносятся ПЭТ и МРТ данных. Кроме того, изменчивость между животными в гипоксически-ишемической травмы из-за сосудистых различий ограничивает способность анализировать мультимодальных данные и наблюдать изменения в групповой мудрый подход, если данные не приобрел одновременно в отдельных предметов. Метод рвозмущение здесь позволяет приобретать как диффузионно-взвешенных МРТ и ^[18 F] FDG данные поглощения в том же животного до, во время и после гипоксической вызов для того, чтобы опрашивать непосредственные физиологические изменения.

Introduction

Во всем мире, инсульт является второй ведущей причиной смерти и одной из основных причин инвалидности ^1. Каскад биохимических и физиологических событий, которые происходят во время и остро следующих событие хода происходит быстро и с последствиями для жизнеспособности тканей и в конечном счете исход ^2. Церебральный ишемии-гипоксии (HI), что приводит к гипоксически-ишемической энцефалопатией (HIE), по оценкам, затрагивает до 0,3% и 4% доношенных и недоношенных новорожденных, соответственно ^3,4. Смертность у детей с ГИЭ примерно 15% до 20%. В 25% выживших HIE, постоянные осложнения возникают в результате травмы, в том числе умственной отсталости, дефицит моторных, церебральный паралич и эпилепсия ^3,4. Прошедшие терапевтические вмешательства не доказано достойным принятия в качестве стандарта лечения, и консенсус еще не достигнут, что самые передовые методы, основанные на переохлаждение, эффективно снижение заболеваемости ^3,5. Другие вопросы выводае утверждение включают способ введения гипотермии пациента и выбора ^6. Таким образом, стратегии для нейропротекции и neurorestoration еще плодородная область для исследований ^7.

Крыса модели головного HI были доступны с 1960-х годов, а затем были адаптированы к мышам ^8,9. Из-за характера модели и расположения труб, существует присуща вариабельность результата из-за разницы в коллатерального между животными ^10. В результате, эти модели, как правило, более изменчивым по сравнению с аналогичными моделями, такими как окклюзии средней мозговой артерии (МСАО). В режиме реального времени измерения физиологических изменений была продемонстрирована лазерной допплеровской флоуметрии, а также диффузионно-взвешенной МРТ ^11. Наблюдаемое вариабельность внутри животного в мозгового кровотока во время и сразу после гипоксии, а также при острых результатов, таких как объем инфаркта и неврологическихДефицит, предполагают, что одновременное приобретение и корреляция данных мультимодальных бы быть полезным.

Последние достижения в области одновременного позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) позволили новых возможностей в доклинической визуализации ^12-14. Потенциальные преимущества этих гибридных, комбинированных систем для доклинических приложений были описаны в литературе ^15,16. В то время как многие доклинические вопросы могут быть решены с помощью визуализации индивидуальный последовательно животных или визуализации отдельных групп животных, в определенных ситуациях – например, когда каждый экземпляр события, такие как инсульт проявляется однозначно, с быстро развивающейся патофизиологии – делают желательным и даже необходимым использовать одновременное измерение. Функциональный нейровизуализация обеспечивает один такой пример, в котором одновременное 2-дезокси-2- ⁽¹⁸ F), фтор-ᴅ-глюкозы ^([18 F] FDG) ПЭТ и Блуд-кислород-зависит от уровня (выделены жирным шрифтом) МРТ недавно было продемонстрировано в крыс усов стимуляции изучает ^14.

Здесь мы демонстрируем одновременно ПЭТ / МРТ во время наступления гипоксии-ишемии инсульта, в котором мозг физиология не в стационарном состоянии, но вместо этого быстро и необратимо меняется в течение гипоксического вызов. Изменения в диффузии воды, измеренные с помощью МРТ и количественно по коэффициента диффузии (ADC), полученного из диффузионно-взвешенной визуализации (DWI), был хорошо характеризуется инсульта в клинических и доклинических данных ^17,18. В моделях животных, таких как MCAO, диффузия воды в пораженной ткани мозга быстро падает из-за биоэнергетической каскада, ведущей к отеку цитотоксической ^18. Эти острые изменения в АЦП также наблюдается в моделях грызунов мозговой ишемии-гипоксии ^{11,19. [18 F]} ФДГ ПЭТ используется в пациентов, перенесших инсульт, чтобы оценить изменения в местной глucose метаболизм ^20, и небольшое количество в естественных исследованиях на животных также используются ^[18 F] FDG ^21, в том числе в коре головного гипоксия-ишемия модели ^22. В общем, эти исследования показывают, уменьшилось утилизацию глюкозы при ишемических регионах, хотя исследование с использованием модели с реперфузией не обнаружили корреляцию этих метаболических изменений с развитием инфаркта позже ^23. Это в отличие от изменений диффузии, которые были связанные с непоправимый ущерб сердечника ^21. Таким образом, важно, чтобы иметь возможность получить дополнительную информацию, полученную из ^{[18 F]} FDG ПЭТ и ДВИ в одновременном образом в процессе эволюции инсульта, так как это может принести существенную информацию о прогрессировании повреждения и воздействия терапевтические вмешательства. Способ описывается здесь легко поддаются использовать с различными ПЭТ индикаторов и последовательностей МРТ. Например, ^[15 О] _H 2 O ПЭТизображений вместе с ДВИ и перфузии-взвешенных изображениях (ИЭС) от МРТ могут быть использованы для дальнейшего изучения развития ишемической полутени и проверить текущие методы в пределах поля изображения инсульт.

Protocol

Вся обработка животных и процедуры, описанные в данном документе, и в соответствии с исследований животных: Отчетный In Vivo эксперименты (приехать) руководящих принципов, были выполнены в соответствии с протоколами, утвержденными ассоциацией по оценке аккредитации лабораторных животны…

Representative Results

Рисунок 1 демонстрирует результат правильного перевязки общей сонной артерии, до закрытия раны с 6-0 шелковой нити. В этом способе данные, полученные из изображений сильно зависит от временной постановке эксперимента, который в свою очередь диктует и диктуется ?…

Discussion

Одновременное анатомическая МРТ, и динамический ДВИ-МРТ и ^[18 F] Данные ФДГ ПЭТ успешно приобрела у экспериментальных животных во время гипоксического вызов следующей перевязки общей сонной артерии. Это представляет собой мощный экспериментальный парадигму мультимодальных визу?…

Materials

Surgery
Surgical scissors	Roboz	RS-5852
Forceps	Roboz	RS-5237
Hartman mosquito forceps	Miltex	7-26
2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm	Accurate Surgical & Scientific Instruments	4473	It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery
6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle	Covidien Sofsilk	S-1172
Homeothermic blanket system	Harvard Apparatus	507220F
Super glue	(Generic)
Hypoxia
Flowmeter for O2	Alicat Scientific	MC-500SCCM-D
Flometer for N2	Alicat Scientific	MC-5SLPM-D
O2 meter	MSA	Altair Pro
Imaging
7.05 Tesla MRI System	Bruker	BioSpec	20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software.
Volume Tx/Rx 1H Coil, 35mm ID	Bruker	T8100
PET system	(In-house)		4×24 LSO-PSAPD detectors, 10×10 LSO array per detector, 1.2mm crystal pitch and 14mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35mm. 350-650 keV energy window. 16 ns timing window.
Vessel cannulation Dumont forceps	Roboz	RS-4991
PE-10 polyethylene tubing	BD Intramedic	427401
Infusion pump	Braintree Scientific	BS-300
Animal monitoring & gating equipment	Small Animal Instruments Inc.	Model 1025	Only respiration monitoring used
Animal bed with temperature regulation	(In-house)