في وقت واحد التصوير PET / MRI خلال الماوس الدماغي نقص الأكسجة-نقص التروية
Summary
الطريقة المعروضة هنا يستخدم في وقت واحد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير بالرنين المغناطيسي. في الدماغي نموذج نقص الأكسجة نقص التروية، والتغيرات الديناميكية في نشر والجلوكوز الأيض تحدث أثناء وبعد الإصابة. الضرر تتطور وirreproducible في هذا النموذج يتطلب اكتساب في وقت واحد إذا كانت البيانات التصوير متعددة الوسائط ذات مغزى إلى الحصول عليها.
Abstract
التغيرات الدينامية في نشر المياه الأنسجة وايض الجلوكوز تحدث أثناء وبعد نقص الأكسجين في المخ نقص الأكسجين نقص التروية يعكس اضطراب الطاقة الحيوية في الخلايا المتضررة. نشر مرجح التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ويحدد المناطق التي تضررت، وربما لا رجعة فيه، من خلال نقص الأكسجة نقص التروية. تغييرات في استخدام الجلوكوز في الأنسجة المتضررة قد يكون كشفها بواسطة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) التصوير 2-ديوكسي-2- (18 F) الفلورية ᴅ الجلوكوز ([18 F] FDG) امتصاص. ونظرا لطبيعة السريعة والمتغيرة للإصابة في هذا النموذج الحيواني، يجب إجراء الاستحواذ على كل من وسائط البيانات في وقت واحد من أجل ربط مجدية البيانات PET والتصوير بالرنين المغناطيسي. وبالإضافة إلى ذلك، وتقلب بين الحيوانات في الإصابة بنقص التأكسج الدماغية بسبب الخلافات الأوعية الدموية يحد من القدرة على تحليل البيانات متعددة الوسائط ومراقبة التغيرات إلى نهج مجموعة الحكيمة إذا لم يتم الحصول على البيانات في وقت واحد في كل موضوع على حدة. طريقة عاستياء هنا يسمح احد للحصول على كلا المرجحة نشر MRI و [18 F] البيانات امتصاص FDG في نفس الحيوان قبل وأثناء وبعد التحدي ميتة من أجل استجواب التغيرات الفسيولوجية المباشرة.
Introduction
في جميع أنحاء العالم، والسكتة الدماغية هي السبب الرئيسي الثاني للوفاة والسبب الرئيسي للإعاقة 1. في سلسلة من الأحداث البيوكيميائية والفسيولوجية التي تحدث أثناء وبعد الحدث تماما السكتة الدماغية تحدث بسرعة والتي تؤثر على سلامة الأنسجة وبالتالي النتيجة 2. المخ نقص الأكسجين نقص التروية (مرحبا)، الأمر الذي يؤدي إلى التأكسج الدماغ الإقفاري (عجل)، ويقدر أن يؤثر على ما يصل إلى 0.3٪ و 4٪ من كامل الأجل والخدج ولادة، على التوالي 3،4. معدل وفيات الرضع في HIE مع ما يقرب من 15٪ إلى 20٪. في 25٪ من الناجين عجل، تنشأ مضاعفات دائمة نتيجة للإصابة، بما في ذلك التخلف العقلي، والعجز الحركي، الشلل الدماغي، والصرع 3،4. لم تثبت التدخلات العلاجية الماضية تستحق التبني وفقا لمعايير الرعاية، ولم يتم بعد التوصل إلى توافق في الآراء على الطرق الأكثر تقدما، على أساس انخفاض حرارة الجسم، والحد من فعالية الاعتلال 3،5. قضايا أخرى سو تزاحم تشمل طريقة إدارة انخفاض حرارة الجسم والمريض اختيار 6. وهكذا، واستراتيجيات الحماية العصبية وneurorestoration لا تزال منطقة خصبة للبحوث 7.
وكانت نماذج الفئران من مرحبا الدماغي متاح منذ 1960s، وبعد ذلك تم تكييفها على الفئران 8،9. نظرا لطبيعة نموذج وموقع الربط، هناك تقلب المتأصل في النتيجة نظرا للاختلاف في تدفق الضمانات بين الحيوانات 10. ونتيجة لذلك، وهذه النماذج تميل إلى أن تكون أكثر تنوعا مقارنة نماذج مماثلة مثل انسداد الشريان الدماغي الأوسط (MCAo). وقد تجلى قياس الوقت الحقيقي من التغيرات الفسيولوجية مع دوبلر الليزر flowmetry فضلا عن MRI 11 المرجحة نشرها. التباين داخل الحيوانات التي لوحظت في تدفق الدم الدماغي أثناء ومباشرة بعد نقص الأكسجين، وكذلك في نتائج الحادة مثل حجم احتشاء والعصبيةالعجز، تشير إلى أن اكتساب المتزامن وربط بيانات المتعدد الوسائط سيكون مفيدا.
سمحت التطورات الحديثة في وقت واحد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لإمكانيات جديدة في مجال التصوير قبل السريرية 12-14. وقد وصفت المزايا المحتملة لهذه النظم الهجينة، جنبا إلى جنب للتطبيقات قبل السريرية في الأدب 15،16. بينما العديد من الأسئلة قبل السريرية يمكن معالجتها عن طريق التصوير بشكل متسلسل الحيوان الفردي أو عن طريق التصوير المجموعات الحيوانية منفصلة، حالات معينة – على سبيل المثال، عند كل حالة من حدث مثل السكتة الدماغية يتجلى بشكل فريد، مع التطور السريع الفيزيولوجيا المرضية – جعله مرغوبا فيه بل وضروري لاستخدام القياس في وقت واحد. يوفر تصوير الأعصاب وظيفية واحدة من الأمثلة على ذلك، حيث في وقت واحد 2-ديوكسي-2- (18 F) الفلورية ᴅ الجلوكوز ([18 F] FDG) PET والدم ..وقد تم مؤخرا أظهرت تعتمد على (بولد) MRI في تحفيز الطولي الفئران على مستوى الأكسجين د يدرس 14.
هنا، علينا أن نظهر في وقت واحد التصوير PET / MRI خلال بداية السكتة الدماغية التأكسج الدماغية التي فسيولوجيا الدماغ ليس في حالة مستقرة، ولكن بدلا من ذلك يتم بسرعة وبشكل لا رجعة فيه تغيير خلال التحدي ميتة. تغييرات في نشر المياه، التي تقاس التصوير بالرنين المغناطيسي وكميا بواسطة معامل انتشار واضح (ADC) المستمدة من التصوير مرجح نشر (دوى)، وقد تميزت بشكل جيد للسكتة الدماغية في البيانات السريرية وقبل السريرية 17،18. في النماذج الحيوانية مثل MCAo ونشرها من الماء في أنسجة المخ المتضررة يسقط بسرعة بسبب تتالي الطاقة البيولوجية السامة للخلايا مما يؤدي إلى ذمة 18. ويلاحظ هذه التغيرات الحادة في ADC أيضا في نماذج القوارض من المخ نقص الأكسجين نقص التروية 11،19. وقد استخدم [18 F] التصوير FDG PET في مرضى السكتة الدماغية لتقييم التغيرات في GL المحليالأيض ucose 20، وعدد قليل من الدراسات على الحيوانات في الجسم الحي واستخدمت أيضا [18 F] FDG 21، بما في ذلك الدماغي نموذج نقص الأكسجة نقص التروية 22. بشكل عام، تظهر هذه الدراسات انخفض استخدام الجلوكوز في المناطق الدماغية، على الرغم من أن الدراسة باستخدام نموذج مع ضخه وجدت أي علاقة لهذه التغيرات الأيضية مع تطور احتشاء لاحق 23. هذا هو على النقيض من التغييرات نشر التي ارتبطت مع جوهر تضررت بشكل لا رجعة فيه 21. وبالتالي، فمن المهم أن تكون قادرا على الحصول على معلومات تكميلية المستمدة من [18 F] FDG PET ودوى بطريقة متزامنة خلال تطور السكتة الدماغية، وهذا من المرجح أن تسفر عن معلومات مفيدة حول تطور الإصابة وتأثير التدخلات العلاجية. طريقة وصفنا هنا هو قابل بسهولة للاستخدام مع مجموعة متنوعة من استشفاف PET وتسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي. على سبيل المثال، [15 O] H 2 O PETالتصوير جنبا إلى جنب مع دوى والصور المرجحة التروية (PWI) من التصوير بالرنين المغناطيسي يمكن أن تستخدم لاستكشاف مزيد من تطوير غبش الدماغية والتحقق من صحة التقنيات الحالية في مجال التصوير السكتة الدماغية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تم الحصول عليها MRI تشريحي في وقت واحد، ودينامية دوى-MRI و [18 F] البيانات FDG PET بنجاح من حيوانات التجارب خلال التحدي ميتة التالية السباتي المشترك الشرايين ربط. ويمثل هذا النموذج التجريبي قوية للتصوير المتعدد الوسائط من الفيزيولوجيا المرضية التي تتطور بسرعة المرتبط?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أن نعترف مركز الجزيئية والجينية التصوير في جامعة كاليفورنيا في ديفيز وقسم الأشعة الطبية الحيوية في جينينتيك. وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للرقم منحة الشراكة بحوث الهندسة الحيوية الصحة R01 EB00993.
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) |
References
- Donnan, G. A., et al. . The Lancet. 371, 1614-1623 (2008).
- Turner, R. C., et al. The science of cerebral ischemia and the quest for neuroprotection navigating past failure to future success A review. Journal of Neurosurgery. 118, 1072-1085 (2013).
- Vannucci, R. C., Perlman, J. M. Interventions for perinatal hypoxic ischemic encephalopathy. Pediatrics. 100, 1004-1014 (1997).
- Chicha, L., et al. Stem cells for brain repair in neonatal hypoxia–ischemia. Childs Nervous System. 30, 37-46 (2014).
- Barks, J. D. Current controversies in hypothermic neuroprotection. Seminars in Fetal and Neonatal. 13 (1), 30-34 (2008).
- Jantzie, L. L., et al. Neonatal ischemic stroke a hypoxic ischemic injury to the developing brain. Future Neurology. 3, 99-102 (2008).
- James, A., Patel, V. Hypoxic ischaemic encephalopathy. Paediatrics and Child Health. 24 (9), (2014).
- Levine, S. Anoxic ischemic encephalopathy in rats. The American Journal of Pathology. 36 (1), (1960).
- Vannucci, S. J., et al. Experimental stroke in the female diabetic db db mouse. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 52-60 (2001).
- Sheldon, R., et al. Strain related brain injury in neonatal mice subjected to hypoxia ischemia. Brain Research. 810, 114-122 (1998).
- Adhami, F., et al. Cerebral ischemia hypoxia induces intravascular coagulation and autophagy. American Journal of Pathology. 169 (2), 566-583 (2006).
- Catana, C., et al. Simultaneous in vivo positron emission tomography and magnetic resonance imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 3705-3710 (2008).
- Judenhofer, M. S., et al. Simultaneous PET MRI a new approach for functional and morphological imaging. Nature Medicine. 14, 459-465 (2008).
- Wehrl, H. F., et al. Simultaneous PET MRI reveals brain function in activated and resting state on metabolic hemodynamic and multiple temporal scales. Nature Medicine. 19, 1184-1189 (2013).
- Judenhofer, M. S., Cherry, S. R. Applications for preclinical PET MRI. Seminars in Nuclear Medicine. 43 (1), 19-29 (2013).
- Wehrl, H. F., et al. Preclinical and Translational PET/MR Imaging. Journal of Nuclear Medicine. 55, 11S-18S (2014).
- Heiland, S. Diffusion and Perfusion Weighted MR Imaging in Acute Stroke Principles Methods and Applications. Imaging Decisions MRI. 7, 4-12 (2003).
- Loubinoux, I., et al. Spreading of vasogenic edema and cytotoxic edema assessed by quantitative diffusion and T2 magnetic resonance imaging. Stroke. 28, 419-427 (1997).
- Ouyang, Y., et al. Evaluation of 2 [18F]fluoroacetate kinetics in rodent models of cerebral hypoxia–ischemia. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 34 (5), 836-844 (2014).
- Kuhl, D. E., et al. Effects of stroke on local cerebral metabolism and perfusion mapping by emission computed tomography of 18FDG and 13NH3. Annals of Neurology. 8, 47-60 (1980).
- Planas, A. M. Noninvasive Brain Imaging in Small Animal Stroke Models MRI and PET. Neuromethods. 47, 139-165 (2010).
- Marik, J., et al. PET of glial metabolism using 2-18F-fluoroacetate. Journal of Nuclear Medicine. 50 (6), 982-990 (2009).
- Martín, A., et al. Depressed glucose consumption at reperfusion following brain ischemia does not correlate with mitochondrial dysfunction and development of infarction: an in vivo positron emission tomography study. Current Neurovascular Research. 6, 82-88 (2009).
- Carson, R. E. PET physiological measurements using constant infusion. Nuclear Medicine and Biology. 27, 657-660 (2000).
- Greve, J. M. The BOLD effect. Methods in Molecular Biology. 771, 153-159 (2011).
- Flores, J. E., et al. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Molecular Imaging and Biology. 10, 192-200 (2008).
- Delso, G., Ziegler, S. PET MRI system design. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36, 86-92 (2009).
