Simultanea Imaging PET / MRI Durante mouse cerebrale ipossia-ischemia

Summary

Il metodo qui presentata utilizza simultaneamente la tomografia ad emissione di positroni e la risonanza magnetica. Nel modello di ipossia-ischemia cerebrale, cambiamenti dinamici nel metabolismo del glucosio e diffusione si verificano durante e dopo l'infortunio. Il danno in continua evoluzione e irriproducibile in questo modello richiede la simultanea acquisizione se dati di imaging multimodali significativi devono essere acquisite.

Abstract

Cambiamenti dinamici nella diffusione dell'acqua dei tessuti e il metabolismo del glucosio si verificano durante e dopo ipossia cerebrale, in ipossia-ischemia che riflette un disturbo bioenergetica nelle cellule colpite. Diffusione ponderata risonanza magnetica (MRI) identifica le regioni che sono danneggiati, potenzialmente irreversibile, da ipossia-ischemia. Alterazioni della utilizzazione del glucosio nel tessuto interessato possono essere rilevabili mediante tomografia a emissione di positroni (PET) di 2-deossi-2- ⁽¹⁸ F) fluoro-ᴅ-glucosio ^([18F] FDG) captazione. A causa della natura rapida e variabili di lesioni in questo modello animale, acquisizione di entrambe le modalità di dati deve essere eseguita contemporaneamente al fine di correlare significato dati PET e MRI. Inoltre, la variabilità inter-animale in danno ipossico-ischemica a causa delle differenze vascolari limita la capacità di analizzare i dati multimodali e osservare i cambiamenti di un approccio di gruppo-saggio se i dati non è acquisito simultaneamente in singoli soggetti. Il metodo prisentirono qui permette di acquisire sia la risonanza magnetica pesata in diffusione e ^[18 F] FDG dati assorbimento nello stesso animale prima, durante e dopo la sfida ipossico al fine di interrogare i cambiamenti fisiologici immediati.

Introduction

In tutto il mondo, l'ictus è la causa principale di morte secondo e una delle principali cause di disabilità ^1. La cascata di eventi biochimici e fisiologici che si verificano durante e acutamente a seguito di un evento di ictus avviene rapidamente e con implicazioni per la vitalità del tessuto e, infine, il risultato ^2. Cerebral ipossia-ischemia (HI), che porta a ipossico-ischemica encefalopatia (HIE), è valutato per interessare fino allo 0,3% e il 4% del fondo termine e pretermine nati rispettivamente ^3,4. Il tasso di mortalità nei neonati con HIE è circa il 15% al ​​20%. Nel 25% dei sopravvissuti HIE, complicazioni permanenti nascono come conseguenza della lesione, compreso il ritardo mentale, deficit motori, paralisi cerebrale, epilessia e ^3,4. Ultimi interventi terapeutici non si sono dimostrati degni di adozione come standard di cura, e il consenso deve ancora essere raggiunto che i metodi più avanzati, basati su ipotermia, sono effettivamente ridurre la morbilità ^3,5. Altre questioni of contesa includono modo di somministrazione di ipotermia e paziente selezione ^6. Così, le strategie per la neuroprotezione e neurorestoration sono ancora una zona fertile per la ricerca ^7.

Modelli di ratto di HI cerebrale sono disponibili dal 1960, e, successivamente, sono stati adattati ai topi ^8,9. A causa della natura del modello e la posizione della legatura, c'è la variabilità inerente alla soluzione per differenza di flusso collaterale tra animali ^10. Come risultato, questi modelli tendono ad essere più variabile rispetto a modelli simili come mezzo di occlusione dell'arteria cerebrale (MCAO). Misurazione in tempo reale di cambiamenti fisiologici è stata dimostrata con laser Doppler flussimetria nonché pesata in diffusione MRI ^11. La variabilità intra-animale osservata nel sangue flusso cerebrale durante e immediatamente dopo ipossia, così come nel esiti acuti quali il volume dell'infarto e neurologicadeficit, suggeriscono che l'acquisizione simultanea e correlazione dei dati multimodali sarebbe utile.

I recenti progressi nella tomografia a emissione di positroni simultanea (PET) e la risonanza magnetica (MRI) hanno permesso di nuove possibilità di imaging preclinico ^12-14. I potenziali vantaggi di questi, sistemi combinati ibridi per applicazioni preclinici sono stati descritti in letteratura ^15,16. Mentre molte domande preclinici possono essere affrontati con l'imaging di un individuo in sequenza animale o per l'imaging gruppi animali separati, certe situazioni – per esempio, quando ogni istanza di un evento come l'ictus si manifesta in modo univoco, con rapida evoluzione fisiopatologia – rendono auspicabile e addirittura necessaria utilizzare misurazione simultanea. Neuroimaging funzionale fornisce un esempio, dove simultanea 2-deossi-2- ⁽¹⁸ F) fluoro-ᴅ-glucosio ^([18F] FDG) PET e Bloo-livello di ossigeno d dipendente (BOLD) MRI è stata recentemente dimostrata in stimolazione ratto baffo studia ^14.

Qui, dimostriamo simultanea PET / MRI durante l'insorgenza di un ictus ischemico ipossico-in cui fisiologia del cervello non è a regime, ma invece è rapidamente ed irreversibilmente cambiando durante sfida ipossica. Le variazioni di diffusione dell'acqua, misurata dalla risonanza magnetica e quantificati per il coefficiente di diffusione apparente (ADC) derivato da immagini pesata in diffusione (DWI), è stato ben caratterizzato per ictus nei dati clinici e preclinici ^17,18. In modelli animali, come MCAO, diffusione di acqua nei tessuti cerebrali colpiti scende rapidamente a causa della cascata bioenergetico che porta a edema citotossico ^18. Questi cambiamenti acute ADC si osservano anche in modelli di roditori di ipossia cerebrale-ischemia ^{11,19. [18} F] di imaging FDG-PET è stato utilizzato in pazienti con ictus per valutare i cambiamenti in gl localemetabolismo ucose ^20, e un piccolo numero di studi in vivo su animali hanno utilizzato ^[18 F] FDG ^21, compreso nel modello ipossia-ischemia cerebrale ^22. In generale, questi studi dimostrano diminuita utilizzazione del glucosio nelle regioni ischemiche, sebbene uno studio utilizzando un modello con riperfusione trovato alcuna correlazione di questi cambiamenti metabolici con sviluppo miocardio dopo ^23. Questo è in contrasto ai cambiamenti di diffusione che sono stati associati con il nucleo ²¹ danni irreversibili. Pertanto, è importante essere in grado di ottenere le informazioni complementari derivato da ^[18 F] FDG PET e DWI in maniera simultanea durante l'evoluzione di ictus, come ciò possa fornire informazioni significative sulla progressione del danno e l'impatto interventi terapeutici. Il metodo che descriviamo qui è facilmente suscettibili di utilizzare con una varietà di traccianti PET e sequenze MRI. Ad esempio, ^[15 O] H ₂ O PETl'imaging con DWI e le immagini di perfusione ponderate (PWI) da RM può essere utilizzato per esplorare ulteriormente lo sviluppo della penombra ischemica e convalidare le attuali tecniche nel campo dell'imaging ictus.

Protocol

Tutti manipolazione e procedure animali descritti nel presente documento, e secondo il Test sugli animali: Segnalazione esperimenti in vivo (arrivano) le linee guida, sono stati eseguiti secondo protocolli approvati dalla Associazione per la valutazione di accreditamento di laboratorio Animal Care (AAALAC) internazionale accreditata Istituzionale Animal Care e Comitato Usa presso l'Università della California, Davis. Chirurgia corretta non dovrebbe comportare segni di dolore o fastidio negli animali, ma misure adeg…

Representative Results

La Figura 1 mostra il risultato di una corretta legatura dell'arteria carotide comune, prima di chiudere la ferita con sutura di seta 6-0. In questo metodo, i dati ottenuti dalle immagini è altamente dipendente dalla disposizione temporale dell'esperimento, che a sua volta determina ed è anche dettata dalle limitazioni sperimentali compresi sistemi di acquisizione di immagini e la configurazione dell'apparecchiatura. Queste e altre considerazioni sono ulteriorm…

Discussion

Simultanea RM anatomica, e dinamica ^[18 F] dati FDG PET DWI-risonanza magnetica e sono stati acquisiti con successo da animali da esperimento durante sfida ipossica seguente arteria carotide comune legatura. Questo rappresenta un potente paradigma sperimentale per l'imaging multimodale della fisiopatologia rapida evoluzione associata insulti ischemici cerebrali e potrebbe facilmente essere esteso per studiare altri radiotraccianti PET (per esempio marcatori di neuroinfiammazione) e sequenze MRI, nonché l…

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)