El método presentado aquí utiliza simultánea tomografía por emisión de positrones y la resonancia magnética. En el modelo de hipoxia-isquemia cerebral, cambios dinámicos en el metabolismo de la glucosa y de difusión se producen durante y después de la lesión. El daño en evolución e irreproducible en este modelo requiere la adquisición simultánea si los datos de imágenes multimodales significativas son a adquirir.
Los cambios dinámicos en la difusión del agua tisular y metabolismo de la glucosa se producen durante y después de la hipoxia cerebral en la hipoxia-isquemia reflejando una perturbación bioenergética en las células afectadas. La resonancia magnética ponderada en difusión (RM) identifica las regiones que están dañados, potencialmente irreversible, por la hipoxia-isquemia. Las alteraciones en la utilización de glucosa en el tejido afectado pueden ser detectables mediante tomografía de emisión de positrones (TEP) de 2-desoxi-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucosa ([18 F] FDG) captación. Debido a la naturaleza rápida y variable de la lesión en este modelo animal, la adquisición de ambos modos de datos debe realizarse simultáneamente con el fin de correlacionar significativamente datos de PET y RM. Además, la variabilidad inter-animal en la lesión hipóxico-isquémica debido a las diferencias vasculares limita la capacidad de analizar los datos multimodales y observar cambios en un enfoque de grupo de sabios si los datos no se adquiere de forma simultánea en los sujetos individuales. El método presintieron aquí le permite a uno adquirir tanto difusión ponderada RM y [18 F] FDG captación de datos en el mismo animal antes, durante y después de la simulación hipóxica con el fin de interrogar a los cambios fisiológicos inmediatos.
A nivel mundial, el accidente cerebrovascular es la segunda causa de muerte y una causa importante de discapacidad 1. La cascada de acontecimientos bioquímicos y fisiológicos que se producen durante y después de un evento agudo accidente cerebrovascular se produce rápidamente y con implicaciones para la viabilidad del tejido y en última instancia resultado 2. Cerebral por hipoxia-isquemia (HI), que conduce a la encefalopatía hipóxico-isquémica (EHI), se estima que afecta hasta el 0,3% y el 4% de los a término y prematuros nacidos, respectivamente 3,4. La tasa de mortalidad en recién nacidos con EHI es de aproximadamente 15% a 20%. En el 25% de los sobrevivientes de HIE, complicaciones permanentes surgen como consecuencia de la lesión, incluyendo retraso mental, déficit motor, parálisis cerebral y epilepsia 3,4. Intervenciones terapéuticas anteriores no han demostrado ser dignos de adopción como estándar de atención, y el consenso aún no se ha llegado a que los métodos más avanzados, basados en la hipotermia, están reduciendo efectivamente la morbilidad 3,5. Otras cuestiones of contención incluyen el método de administración de la hipotermia y paciente selección 6. Por lo tanto, las estrategias de neuroprotección y neurorestoration siguen siendo un área fértil para la investigación 7.
Modelos de rata de HI cerebral han estado disponibles desde la década de 1960, y posteriormente se adaptaron a los ratones 8,9. Debido a la naturaleza del modelo y la ubicación de la ligadura, hay variabilidad inherente en el resultado debido a la diferencia en el flujo colateral entre los animales 10. Como resultado, estos modelos tienden a ser más variable en comparación con modelos similares, tales como oclusión de la arteria cerebral media (MCAO). Medición en tiempo real de los cambios fisiológicos se ha demostrado con la flujometría láser Doppler, así como de difusión ponderada MRI 11. La variabilidad intra-animal que se observó en el flujo sanguíneo cerebral durante e inmediatamente después de la hipoxia, así como en los resultados agudos tales como el volumen del infarto y neurológicodéficit, sugieren que la adquisición simultánea y correlación de datos multimodales sería beneficioso.
Los recientes avances en la tomografía por emisión de positrones simultánea (PET) y la resonancia magnética (MRI) han permitido nuevas posibilidades en la formación de imágenes preclínica 12-14. Las ventajas potenciales de estos sistemas híbridos, combinados para aplicaciones preclínicos se han descrito en la literatura 15,16. Mientras que muchas preguntas preclínicos pueden ser abordadas por imágenes de un secuencialmente animal individual o por imágenes de grupos de animales separados, ciertas situaciones – por ejemplo, cuando cada instancia de un evento como el derrame cerebral se manifiesta de forma única, con la rápida evolución fisiopatología – que sea conveniente e incluso necesario utilizar la medición simultánea. La neuroimagen funcional proporciona un ejemplo de ello, donde simultánea 2-desoxi-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucosa ([18 F] FDG) PET y Blood-nivel de oxígeno dependiente (BOLD) RM ha demostrado recientemente en la estimulación bigote rata estudia 14.
Aquí, demostramos simultánea PET / RM de imagen durante el inicio de un derrame cerebral hipóxico-isquémica en la que la fisiología del cerebro no está en estado de equilibrio, pero en cambio, es rápida e irreversiblemente cambiando durante la simulación hipóxica. Los cambios en la difusión del agua, medida por resonancia magnética y cuantificados por el coeficiente de difusión aparente (ADC) derivado de imágenes de difusión ponderada (DWI), ha sido bien caracterizado para el accidente cerebrovascular en los datos clínicos y preclínicos 17,18. En modelos animales, tales como MCAO, la difusión de agua en el tejido cerebral afectado cae rápidamente debido a la cascada de la bioenergética que conduce a edema citotóxico 18. Estos cambios agudos en el ADC se observan también en modelos de roedores de isquemia cerebral por hipoxia 11,19. [18 F] FDG PET se ha utilizado en pacientes con ictus para evaluar los cambios en gl localesmetabolismo ucose 20, y un pequeño número de estudios in vivo en animales también han utilizado [18 F] FDG 21, incluido en el modelo de hipoxia-isquemia cerebral 22. En general, estos estudios muestran una disminución de la utilización de glucosa en las regiones isquémicas, aunque un estudio usando un modelo con reperfusión encontró ninguna correlación de estos cambios metabólicos con el desarrollo de miocardio posterior 23. Esto está en contraste a los cambios de difusión que se han asociado con el núcleo dañado irreversiblemente 21. Por lo tanto, es importante ser capaz de obtener la información complementaria derivada de [18 F] FDG PET y DWI de manera simultánea durante la evolución del accidente cerebrovascular, ya que es probable que el rendimiento información significativa acerca de la progresión de la lesión y el impacto de intervenciones terapéuticas. El método que describimos aquí es fácilmente susceptible de usar con una variedad de trazadores de PET y secuencias de RM. Por ejemplo, [15 O] H 2 O PETimágenes, junto con DWI y las imágenes de perfusión ponderada (PWI) de la RM puede ser utilizado para explorar aún más el desarrollo de la penumbra isquémica y validar las técnicas actuales en el campo de la imagen derrame cerebral.
RM anatómica simultánea y dinámica [18 F] FDG PET datos DWI-RM y se adquirieron con éxito de los animales de experimentación durante la simulación hipóxica después de la ligadura de la arteria carótida común. Esto representa un poderoso paradigma experimental para formación de imágenes multimodal de la fisiopatología de rápida evolución asociado con lesiones isquémicas en el cerebro y fácilmente podría extenderse a estudiar otros radiotrazadores de PET (por ejemplo, marcadores de la neuroinf…
The authors have nothing to disclose.
Los autores desean agradecer el Centro de Molecular y Genómica de imagen en la UC Davis y el Departamento de Imagen Biomédica de Genentech. Esta labor fue apoyada por los Institutos Nacionales de la subvención número Asociación de Investigación de Bioingeniería de Salud R01 EB00993.
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) |