Summary
Mikro-PET/MR görüntüleme tabanlı bir yaklaşım kullanılarak farelerde termojenik yağ depolarının fonksiyonel görüntülenmesi ve kantitasyonu.
Abstract
Kahverengi ve bej adipositler artık obezite ve metabolik sendromlar için potansiyel terapötik hedefler olarak kabul edilmektedir. Non-invaziv moleküler görüntüleme yöntemleri, bu termojenik yağ depolarına kritik bilgiler sağlamak için gereklidir. Burada protokol, fare interskapuler kahverengi yağ dokusunda (iBAT) ve inguinal subkutan beyaz yağ dokusunda (iWAT) kahverengi ve bej adipositlerin aktivitesini değerlendirmek için PET/MR görüntüleme tabanlı bir yöntem sunmaktadır. Termojenik yağ depolarının görselleştirilmesi ve nicelleştirilmesi, MR görüntüleme tarafından sağlanan hassas anatomik bilgilerle birleştirildiğinde, radyotracer olarak metabolize edilemeyen glikoz analoğu olan [18F] FDG kullanılarak gerçekleştirildi. PET/MR görüntüleme, termojenik yağ dokularının nispi mobilizasyonunu değerlendirmek için soğuk iklimlendirmesinden 7 gün sonra yapıldı ve farklı yağ depolarında [18F] FDG sinyalinin kantitasyonu yapıldı. iBAT'ın uzaklaştırılması, farelerin iWAT'ında soğuk kaynaklı [18F] FDG alımını önemli ölçüde arttırdı.
Introduction
Değişen beslenme ihtiyaçlarına yanıt olarak, yağ dokusu vücudun ihtiyaçlarını karşılamak için lipit depolama veya mobilizasyon modunu benimsemek için bir enerji önbelleği görevi görür1. Dahası, yağ dokusu ayrıca, fakültatif termojenez olarak da adlandırılan titremeyen termojenez adı verilen bir işlemle termoregülasyonda önemli bir işlev görür. Bu tipik olarak, bol miktarda mitokondri membran proteini ayırma proteini 1'i (UCP1) ifade eden kahverengi yağ dokusu (BAT) ile elde edilir. Bir proton taşıyıcısı olarak UCP1, proton taşınımını ve ATP üretimini ayırarak ısı üretir2. Soğuk stimülasyon üzerine, BAT'taki termojenez, sempatik sinir sisteminin (SNS) aktivasyonu ile harekete geçirilir, ardından norepinefrin (NE) salınır. NE, β3 adrenerjik reseptörlerine bağlanır ve hücre içi siklik AMP'nin (cAMP) yükselmesine yol açar. Sonuç olarak, CREB'nin (cAMP yanıt elemanı bağlayıcı protein) cAMP / PKA'ya bağımlı etkileşimi, CREB-yanıt elemanlarına (CRE) doğrudan bağlanma yoluyla Ucp1 transkripsiyonunu uyarır. BAT'a ek olarak, kahverengi benzeri adipositler beyaz yağ dokusunda da bulunur ve bu nedenle bej veya brit (beyazda kahverengi) hücreler olarak adlandırılır1,3. Belirli uyaranlara (soğuk algınlığı gibi) yanıt olarak, bu aksi takdirde sessiz bej hücreler, multiloküler lipit damlacıkları, yoğun bir şekilde paketlenmiş mitokondri ve artırılmış UCP1 ekspresyonu3,4,5 dahil olmak üzere çoklu kahverengi benzeri özellikler sergileyecek şekilde yeniden şekillendirilir.
Hayvan çalışmaları, kahverengi ve bej adipositlerin, yağ azaltıcı etkisinin ötesinde, insülin duyarlılaştırma, lipit düşürme, anti-inflamasyon ve anti-ateroskleroz dahil olmak üzere birçok metabolik faydaya sahip olduğunu göstermiştir6,7. İnsanlarda, bej / kahverengi yağ miktarı yaş, insülin direnç indeksi ve kardiyometabolik bozukluklarla ters orantılıdır8. Ayrıca, insanlarda bej/kahverengi adipositlerin soğuk iklimlendirme veya β3 adrenerjik reseptör agonisti ile aktivasyonu, bir dizi metabolik bozukluğa karşı koruma sağlar4,9,10. Bu kanıtlar toplu olarak kahverengi ve bej yağ dokusunun indüklenmesinin, obezite ve ilgili tıbbi komplikasyonların yönetimi için potansiyel bir terapötik strateji olduğunu göstermektedir8.
İlginçtir ki, benzer işlevi paylaşmalarına rağmen, bej ve klasik kahverengi adipositler farklı öncüllerden türetilir ve örtüşen ancak farklı mekanizmalarla aktive edilir1. Bu nedenle, kahverengi ve bej adipositlerin in vivo görüntülenmesi ve miktarının belirlenmesi, bu yağ dokularının moleküler kontrolünün daha iyi anlaşılması için gereklidir. Günümüzde bilgisayarlı tomografi (BT) ile kombine 18F-florodeoksiglukoz ([18F]FDG) pozitron emisyon tomografisi (PET) taraması, klinik çalışmalarda termojenik kahverengi ve bej hücrelerin karakterizasyonunda altın standart olmaya devam etmektedir8. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG), ayrıntılı anatomik yapılar üretmek için güçlü manyetik alanlar ve radyo frekansı darbeleri kullanır. BT taraması ile karşılaştırıldığında, MRG daha yüksek çözünürlüğe sahip organların ve yumuşak dokuların görüntülerini üretir. Burada, soğuğa maruz kalmaya alıştıktan sonra fare modellerinde fonksiyonel kahverengi ve bej yağların görselleştirilmesi ve nicelleştirilmesi için bir protokol, yağ kahverengileşmesini indüklemenin yaygın ve en güvenilir yoludur. Bu yöntem, küçük hayvan modellerinde termojenik yağ depolarını yüksek hassasiyetle karakterize etmek için uygulanabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Aşağıda açıklanan protokol, Hong Kong Üniversitesi'nin hayvan bakım yönergelerini takip etmektedir. Çalışmada kullanılan hayvanlar 8 haftalık C57BL / 6J fareleriydi.
1. Hayvan cerrahi prosedürleri ve soğuk meydan okuma
- İnterskapüler BAT (iBAT) diseksiyonu gerçekleştirin.
- İntraperitoneal ketamin / ksilazin enjeksiyonu ile fareleri anestezik hale getirin (100 mg / kg vücut ağırlığı ketamin ve 10 mg / kg vücut ağırlığı ksilazin). Anesteziden sonra, farenin saçlarını boyundan kürek kemiğinin hemen altına tıraş edin.
- Dezenfeksiyondan sonra fareleri ısıtma yastığına yerleştirin ve farelerin dorsal orta çizgisi boyunca 2 cm'lik bir kesi yapın.
- iBAT pedlerini (iki taraflı) çıkarın. Sahte olarak çalıştırılan grupta, aynı kesiyi yapın, ancak iBAT pedlerini sağlam bırakın.
- Kanama durduktan sonra 7 mm paslanmaz çelik yara klipsleri kullanarak kesiyi kapatın.
- Ameliyattan sonra, farelere 6 gün boyunca meloksikam (içme suyunda 5 mg / kg) verin ve 14 gün boyunca yoğun bakım ünitesinde (YBÜ) barındırın. Yara iyileşir iyileşmez (7-10 gün) klipleri çıkarın.
- Farelerin soğuk mücadelesi: Fareleri 14 gün boyunca termonötritede (30 ° C) barındırın. 13. günde, hayvan kafeslerini gece boyunca soğukta (6 ° C) önceden soğutun. 14. günde, fareleri 7 gün boyunca çevre odasında 6 ° C'ye koyun. Her kafese iki fare yerleştirin.
2. Mikro-PET/MR kalibrasyonları ve iş akışı kurulumu
NOT: Mikro-PET/MR görüntüleme, sıralı bir PET/MR sistemi kullanılarak gerçekleştirilir (bkz. Her fare görüntüleme yatağına yerleştirilir; statik [18F]FDG PET edinimi için PET görüş alanının (FOV) merkezine ilerlemeden önce anatomik referans (izci görünümü) için MR ile tarama yapın, ardından anatomik referans için MR görüntüleme izleyin. Görüntüleme oturumundan önce otomatik, sıralı PET/MR taramalarını etkinleştirmek için tarayıcı çalıştıran yazılımda (bkz. Malzeme Tablosu) bir görüntüleme iş akışı oluşturulur.
- İşletim yazılımında statik PET alımı, zayıflama düzeltmesi için MRI alımları ve sırasıyla T1-weigthed 3D görüntüleme ve T2 ağırlıklı 2D görüntüleme kullanarak anatomik referans içeren bir görüntüleme iş akışı oluşturun.
- PET'i elde etmek için 400-600 keV seviyesinde ayrım, F-18 çalışma izotopu, 1-5 tesadüf modu ve 20 dakikalık taramalar ayarlayın.
- T1 ağırlıklı MR elde etmek için (zayıflama düzeltmesi için), Degrade Echo-3D'yi ayarlayın (TE = 4,3 ms, TR = 16 ms, FOV = 90 x 60 mm, uyarma sayısı (NEX) = 3, 0,9 mm kalınlığında 28 dilim, voksel boyutu = 0,375 x 0,375 x 0,9 mm).
- T2 ağırlıklı MR (anatomik referans) elde etmek için Hızlı Döndürme Yankısı 2D'yi ayarlayın (TE = 71,8 ms, TR = 3000 ms, FOV = 90 x 60 mm, NEX = 5, 0,9 mm kalınlığında 32 dilim, voksel boyutu = 0,265 x 0,268 x 0,9 mm3).
- PET'i yeniden yapılandırmak için Tera-Tomo 3D (TT3D) algoritmasını (8 yineleme, 6 alt küme) 1-3 tesadüf moduyla ve bozulma, ölü zaman, rastgele, zayıflama ve dağılım düzeltmeleriyle kullanarak genel olarak 0,3 mm3 voksel boyutunda görüntüler oluşturun.
- PET kantitasyonunun doğruluğunu kontrol etmek için görüntüleme çalışmasının başlamasından bir gün önce mikro-PET / MR tarayıcının PET Aktivite Testini gerçekleştirin.
- Üretici kılavuzlarının önerdiği şekilde [18F]FDG ile doldurulmuş 5 mL'lik bir şırınga hazırlayın (su veya tuzlu suda 140-220 μCi/5-8 MBq).
- Şırınganın aktivitesini bir doz kalibratör kullanarak kaydedin ( bkz. Malzeme Tablosu) ve ölçüm zamanını not edin.
- Kurtarılan etkinliği yukarıda açıklandığı gibi ölçülen değerle karşılaştırmak üzere yeniden oluşturulan görüntüye bir ilgi hacmi (VOI) çizmek için İnterpolasyonlu Elips YG'yi seçin. İyi kalibre edilmiş bir tarayıcı için geri kazanılan aktivite %±5 içinde doğrudur.
3. [18F]FDG enjeksiyonu
- İlk planlanan enjeksiyondan yaklaşık 30 dakika önce görüntüleme laboratuvarına gelmesi için tedarikçiden [18F] FDG (10 mCi / 370 MBq) klinik dozunu sipariş edin. Radyoaktif maddeler içeren paketi alırken laboratuvar önlüğü, eldiven, kişisel radyasyon dozimetresi gibi uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) giydiğinizden emin olun, örneğin Parmaklar, tüm vücut. Radyoaktivitenin çapraz kontaminasyonunu önlemek ve radyoaktif kaynaktan olan mesafeyi mümkün olduğunca artırmak için eldivenleri düzenli olarak değiştirin.
- Forsepsleri kullanarak [18F]FDG stok şişesini L-blok masa üstü kalkanının arkasına dikkatlice aktarın.
- Bir aliquot [18F]FDG dağıtın ve 100-150 μL'de 200-250 μCi/7-9 MBq) toplam aktivite konsantrasyonu vermek için sterilize edilmiş salin ile seyreltin.
- [18F]FDG çözeltisini iğneli 1 mL'lik bir şırıngaya çekin (Malzeme Tablosuna bakınız), F-18'e ayarlanmış bir doz kalibratör kullanarak radyoaktiviteyi ölçün ve ölçüm zamanını kaydedin.
- Enjeksiyondan önce farenin ağırlığını kaydedin. Hazırlanan [18F]FDG çözeltisini kuyruk damarı yoluyla enjekte edin. Çürüme düzeltmesini sağlamak için enjeksiyon süresini ve şırınganın radyoaktivitesinin kalıntılarını not alın.
- Fareyi tekrar kafese koyun ve PET taramalarından önce 60 dakika boyunca [18F]FDG alımına izin verin.
- Aşağıdaki formülü kullanarak enjekte edilen [18F]FDG etkinliğini hesaplayın11:
Enjekte edilen aktivite (μCi/MBq)
= Enjeksiyondan önce şırıngadaki aktivite
- enjeksiyondan sonra şırıngadaki aktivite
4. Mikro-PET/MR edinimi
- Sıcak havanın içinden geçmesine izin vermek için ısıtıcıyı fare yatağına açın.
- Fareyi% 5 izofluran (1 L / dak tıbbi O2) kullanarak anestezi yapın. İndüklendikten sonra, fareyi sıcak fare yatağına aktarın ve anesteziyi bir burun maskesi konisi aracılığıyla% 2 -% 3 izofluranda tutun. Fare kafasını ısırık çubuğunun üzerine eğimli olarak konumlandırın ve farenin yatağın çapının dışına taşmadığından emin olun. Kornea ülserlerinin kurumasını ve oluşumunu önlemek için göz yağlayıcısı uygulayın.
- Vücut ısısını ve solunum hızını sırasıyla bir termal prob ve bir solunum yastığı ile izleyin. İzofluran seviyesini ayarlayarak vücut ısısını 36-37 ° C'de ve solunum hızını dakikada 70-80 nefeste (bpm) tutun.
- Fare konumunu belirlemek için bir keşif görünümü gerçekleştirin. Fare yatağı konumunu, tüm fare gövdesini içerecek ve MR'nin merkez FOV'unun fare gövdesinin merkezinde olduğundan emin olacak şekilde ayarlayın.
- Etüt listesi penceresindeki PET Edinme altında, yukarıda açıklandığı gibi izci görünümü konumunu kullanmak için Önceki Edinimde Tarama Aralığı'nı seçin. Hayvan yatağını MR'den PET'e taşımak için Hazırla'ya tıklayın. PET taramasını başlatmak için Tamam'ı seçin. [18F] FDG uygulamasından önce ve sonra ölçülen enjeksiyon dozunu ve süresini Radyofarmasötik Editör'e kaydedin. Konu Bilgileri menüsünün altına farenin ağırlığını girin.
- PET taraması tamamlandıktan sonra, MR'ye geçmek için Hazırla'yı seçin ve çalışma listesi penceresindeki tüm MR alımlarını tamamlayın. MR taramalarını başlatmak için Tamam'ı seçin.
- Tüm iş akışı tamamlandıktan sonra, işlem sonrası yazılımı kullanarak elde edilen MR görüntülerinin kalitesini kısaca değerlendirin (bkz. Fare yatağını MR'den orijinal konumuna taşımak için Ana Sayfa düğmesine tıklayın.
- Fareyi tarayıcıdan dikkatlice çıkarın ve sıcak ortamda iyileşmeyi sağlamak için altında ısıtmalı bir ped bulunan temiz bir muhafaza kafesine geri koyun. Fareye yiyecek ve su sağlayın. Sistem artık sıradaki bir sonraki fare için hazırdır.
- Verileri yeniden oluşturmak için, tamamlanan PET taramasını yüklemek üzere Ham Tarama menüsü altında PET Alımı'nı seçin. Malzeme haritası oluşturma için T1 ağırlıklı MR Alımı'nı seçin. Verileri yukarıda açıklandığı gibi yeniden oluşturun (bkz. adım 2.5).
- PET sonrası görüntüleme faresinin bakımı ve kullanımı ile ilgili yerel ve enstitü yönetmeliklerine uyun. Kullanılmış tüm şırıngaları/iğneleri, eldivenleri, yatak takımlarını ve dışkı maddelerini yerel yönetmeliklere uygun olarak özel elleçleme/bertaraf gerektiren radyoaktif atıklar olarak düşünün.
5. Görüntüleme sonrası analiz
- Görüntü Analizi yazılımını açın (bkz. Malzeme Tablosu) ve ilgili MR ve PET görüntülerini almak için DICOM Verilerini Yükle'ye tıklayın.
- MR ve PET görüntülerinin birlikte kaydını, bu görüntüleri görüntüleme penceresine sürükleyerek gerçekleştirin. Otomatik Kayıt fonksiyonuna tıklayın.
- Kayıt Ayarları açılır menüsünün altında Katı dönüşüm'ü seçin. Sert/Afin menüsünün altındaki Shift ve Rotation (Kaydırma ve Döndürme) seçeneğini işaretleyin.
- Global Rol Seçimi menüsü altında Referans olarak T1 ağırlıklı MR alımını ve Reslice olarak PET alımını seçin.
- MR ve PET görüntüleri arasında mükemmel bir uyum olduğundan emin olmak için kaydı üç boyutta da inceleyin. Manuel olarak ayarlamak için, Manuel Kayıt'a tıklayın.
- Referans olarak MR görüntüsünü kullanarak ilgilenilen dokuya, yani iBAT ve kasık beyazı yağ dokusuna (iWAT) VOI çizmek için İnterpolasyonlu Elips ROI'yi kullanın. VOI kenarlığını tanımlamak için Fırça Aracı ve Silgi Aracı'nı kullanın; dolayısıyla dokuların anatomisi. Komşu organlardan yayılmayı önlemek için PET görüntüsünü kullanarak örtüşme alımı olmadığından emin olun. Tüm VOI tanımlanana kadar işlemi slayt slayt tekrarlayın. Gerekirse, her fare arasında tutarlı VOI hacimlerini korumak için VOI'leri düzenleyin.
- Referans organ olarak akciğere 3 mm3 VOI çizmek için Elipsoid VOI kullanın. Komşu kalp ve kastan herhangi bir yayılmayı önleyin.
- Tamamlandığında, her VOI'yi yeniden adlandırmak için YG Tablosunu Göster'e tıklayın. Ortalama radyoaktiviteyi VOI ve doku hacmi ile bir elektronik tabloya kaydedin. VOI çizimlerini ve görüntüleme verilerini bir veri depolama cihazında arşivleyin.
- Aşağıdaki denklemi kullanarak tüm VOI'ler için standartlaştırılmış alım değerini (SUV) hesaplayın11:
SUVmean = kBq / 'de VOI radyoaktivitesi (Çürüme - kg cinsinden kBq / fare vücut ağırlığında düzeltilmiş enjekte edilen doz), 1 g / mL'lik bir doku yoğunluğu varsayarak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu çalışmada üç grup fareye (grup başına n = 3) mikro-PET / MR görüntüleme uygulandı ve burada 7 gün boyunca termonötrite (30 ° C) veya soğuk (6 ° C) olarak yerleştirildiler. Bir grup fare (n = 3), soğuk muameleden önce iBAT'lerini (iBATx) çıkardı (Şekil 1A). Bu yöntem, her üç farede de beyaz yağ dokusu aktivitesinde bir değişikliğe yol açtı. Özellikle, mikro-PET/MR görüntüleme kullanılarak iWAT'ta [18F]FDG alımında kayda değer bir artış gözlenmiştir (Şekil 1B-C). Bu ortak kayıtlı görüntüleme verileri, iWAT'ın [18F] FDG alımının nicelleştirilmesine izin vermek için açıkça tanımlandığı maksimum yoğunluk projeksiyonu (MIP) olarak gösterilmiştir. Sürekli olarak, bej adipositler için karakteristik morfoloji olan multiloküler adipositler, iBATx farelerinden iWAT'ta, sahte olarak çalıştırılan gruba kıyasla daha belirgindi (Şekil 1D).
Bu uzun süreli soğuk indüksiyon üzerine iBAT ve iWAT aktivitelerindeki değişikliklerin mikro-PET/MR görüntüleme ile izlenip izlenemeyeceğini doğrulamak için, 30 °C ve 6 °C'ye maruz kalan fareler üzerinde görüntüleme çalışmaları yapılmış ve gruplar arasındaki sonuçlar karşılaştırılmıştır. PET/MR görüntülemesi ayrıca, 6 °C'ye maruz kalan farelerin, sahte olarak ameliyat edilen farelerde iBAT üzerindeki FDG alımını belirgin şekilde artırdığını göstermiştir (Şekil 2A), bu da önceki bildirilen literatürle tutarlıdır11. Soğuk muameleden önce iBAT'ları çıkarılmış (iBATx) fareler, 30 ° C ve 6 ° C grubu arasında iWAT'ta en yüksek [18F] FDG alımını göstermiştir (Şekil 2B). PET görüntüleri, SUV tabanlı bir yaklaşım kullanılarak daha da ölçüldü. iBAT'ta, soğuğa maruz kalma, 30 ° C grubuna kıyasla [18F] FDG alımında 7 kat artışa neden oldu. iWAT'ta, [18F] FDG alımı, soğuğa alışmış iBATx farelerde kalan gruplardan daha yüksekti (Şekil 2C). Soğuk kaynaklı farelerde iBAT'ın çıkarılması, termonötrite farelerine kıyasla iWAT alımında 8 kat artışa neden olurken, farelerde iBAT mevcut olduğunda sadece mütevazı bir artış (2 kat) gözlenmiştir.
Resim 1: Mikro-PET/MR Farelerde kasık beyazı yağ dokusunun (iWAT) görüntülenmesi. İnterskapüler kahverengi yağ dokusu cerrahi olarak çıkarıldı (iBATx). İyileşmeden sonra, fareler analizden önce 7 gün boyunca 6 ° C'de barındırıldı. (A) Cerrahi ve sonraki prosedürler için akış şeması. (B) Farenin ve PET/MR tarayıcının konumunun gösterimi. (C) Birlikte kayıtlı PET/MR görüntülerinin maksimum yoğunluk projeksiyonu (MIP). Beyaz oklar: iWAT'ın konumu. C: Ön L: Sol. (D) Soğuk maruziyetten sonra sahte ve iBATx farelerde iWAT'ın hematoksilin ve Eozin (HE) boyaması. Ölçek çubuğu = 100 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: İnterskapuler bölgede kahverengi yağ dokusunda (iBAT) ve inguinal subkutan beyaz yağ dokusunda (iWAT) temsili in vivo [18F]FDG alımı. Termonötritede (30 °C), soğuğa alışmış (6 °C) ve soğuğa alışmış + iBATx'te bulunan fareler [18F]FDG PET/MR görüntülemeye tabi tutuldu. (A) Farelerde iBAT'ı gösteren PET/MR görüntülerinin Sagital bölümü. (B) İki taraflı iWAT gösteren PET/MR görüntülerinin eksenel kesiti. (C) iBAT (solda) ve iWAT (sağda) 'da [18F]FDG alımının nicel analizi. Sarı oklar: iBAT'ın yeri. Beyaz oklar: iWAT'ın konumu. n = her grup için 3. SUVratio değerleri ortalama ±SD olarak sunulmaktadır .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışmada küçük hayvanlarda fonksiyonel kahverengi ve bej yağ dokusunun PET/MR tabanlı görüntülenmesi ve nicelleştirilmesi amaçlanmıştır. Bu yöntem, metabolize edilemeyen glukoz analoğunu [18F] FDG'yi görüntüleme biyobelirteci olarak kullanır, böylece yüksek glikoz talebine sahip yağ dokularını invaziv olmayan bir şekilde tanımlar. MR iyi yumuşak doku kontrastı sunar ve yağ dokularını komşu yumuşak dokulardan ve kastan daha iyi ayırt edebilir. PET ile kombine edildiğinde, yüksek glukoz kullanımının bir sonucu olarak aktif adipositlerin doğru bir şekilde görüntülenmesini ve ölçülmesini sağlar. Burada özetlenen deneysel koşullar, iBAT ve iWAT'ın in vivo olarak yukarı regülasyonunu incelemek için [18F] FDG PET kullanmanın fizibilitesini vurgulamaktadır ve yeni ilaç adaylarının termojenik etkisinin değerlendirilmesi için potansiyel olarak yararlıdır. Buna ek olarak, bu protokol, özel olarak tasarlanmış bir hayvan yatağı kullanılarak birden fazla fareyi aynı anda görüntüleyerek kolayca yüksek verimli formata dönüştürülebilir, böylece görüntüleme verilerindeki istatistiksel gücü ve güveni daha düşük bir maliyet ve zamanla artırabilir12,13.
Şu anda, [18F] FDG PET / BT, insanlarda ve kemirgenlerde BAT'yi görselleştirmek için en yaygın yaklaşım olmaya devam etmektedir ve standart protokoller iyi kurulmuştur8,11. Son yıllarda, insanlarda BAT'ı değerlendirmek için [18F]FDG PET/MR görüntülemeyi kullanan birkaç çalışma da vardır14,15,16. Buna karşılık, küçük hayvanlar için [18F] FDG PET / MRI hakkında ayrıntılı bir açıklama mevcut değildir. Burada açıklanan, farelerde kombine bir PET ve MR görüntüleme sisteminin kullanımına dayanan ayrıntılı bir protokoldür. Bu yöntem, özellikle yağ dokularının tespitinde MRG'nin daha yüksek çözünürlüğünden yararlanarak, yaygın olarak kullanılan BT yöntemine kıyasla tanımlanması ve segmentlere ayrılması kolaydır. Bu nedenle, mevcut yaklaşım, daha hassas yağ depolarına sahip küçük hayvanlardaki çalışmalar için büyük değer taşıyan PET / BT yöntemine kıyasla PET nicelleştirmesinin daha iyi bir doğruluğunu sağlar. İlgilenilen dokuların sonuçlarını temel alımlarında analiz ederken, MRG, fareler arasındaki hacimlerinin tutarlılığını sağlamak ve komşu organların dahil edilmesini önlemek için VOI'leri doğru bir şekilde çizmek için önemli bir araç haline gelir. Ek olarak, görüntü kaydı ve VOI tanımlaması gibi doğru görüntü işleme, güvenilir nicelemeye izin vermek için önemlidir. Glikoza duyarlı BAT'ın anatomik konumu insanlar ve fare arasında farklıdır. Fonksiyonel BAT interskapuler bölgede yerleşirken, [18F]FDG PET/MR görüntüleme tabanlı analiz esas olarak insanlarda supraklaviküler bölgede fonksiyonel BAT'yi tanımlar14,15,16.
[18F] FDG alım deneyi yapılırken farelerin açlık veya beslenme durumu da dikkate alınmalıdır. Bazı çalışmalarda, fareler alım deneyinden önce birkaç saat veya hatta bir gecede oruç tutulur, çünkü endojen glikozun [18F] FDG ile rekabet edeceği varsayılmaktadır. Protokolde, besleme durumundaki [18F] FDG ölçüldü ve hem iBAT hem de iWAT'ta hala güçlü alım sinyali gözlendi. Bu, böylece, fizyolojik olarak daha az alakalı olan sağlam alım sinyalleri için fareleri hızlı bir duruma getirmenin gerekli olmadığını göstermektedir. Aslında, oruç tutan hayvanlarda BAT ve bej adipositleri incelerken dikkatli olunmalıdır, çünkü önceki bir bulgu, hipotalamik nöropeptit Y (NPY) aracılı açlık sinyalinin, sempatik innervasyonu azaltarak BAT termojenezini inhibe etmek için medüller motor sistemlere etki ettiğini bildirmiştir17. Sürekli olarak, insanlarda, yüksek kalorili diyetlerde, termojenik adipositlerin enerji dengesini korumak için ekstra kalori yaktıkları öne sürülmektedir. Buna karşılık, besin yoksunluğu üzerine, enerji israfını bastırmak için karşı düzenleyici mekanizmalar etkinleştirilir.
[18F] FDG PET görüntüleme için bir başka husus, farelere radyotracer uygulamasının yollarını içerir. İntraperitoneal ve intravenöz teknikler, [18F] FDG'yi farelere enjekte etmenin iki yaygın yoludur ve her iki yöntem de enjeksiyondan 60 dakika sonra farelerde [18F] FDG'nin nispeten benzer bir biyolojik dağılımı ile sonuçlanır18. İntraperitoneal yöntemin gerçekleştirilmesi nispeten kolay olsa da ve farelere uygulanan istenmeyen stresi önlemek için enjeksiyon hızlı bir şekilde yapılabilirken, yanlışlıkla bağırsağa doğrudan enjeksiyon yaygındır ve hemen tanımlanmaz, bu da güvenilmez PET sonuçlarına yol açar19. İntravenöz yöntem tercih edilen ve bu çalışmada kullanılan yöntemdir. Başarılı kuyruk damarı enjeksiyonu, infüzyondan önce görünür bir kan geri dönüşü gözlendiğinde belirlenebilir, bu da iğnenin infüzyon için damarın içine uygun şekilde yerleştirildiğini gösterir. Bu tekniğin bir sınırlaması, potansiyel olarak düşük tansiyon ve kuyruklarda koyu renkli saçların varlığı nedeniyle görünür bir kan geri dönüşünü fark etmenin zorluğudur. Bu, kan akışını arttırmak için kuyruğu ılık bir bezle ısıtarak aşılabilir, böylece iğne yerleştirme için damarın görünürlüğü artırılabilir.
Doğru bir tarayıcı ve ilgili bir ekipman, güvenilir PET görüntü ölçümü için diğer önemli faktörlerdir. Tarayıcının PET ve MR bileşenleri üzerinde rutin kalite kontrol muayenelerinin yapılması zorunludur. MR kalite kontrolü, tarayıcı üreticisi tarafından önerildiği şekilde haftalık olarak yapılması gereken farklı T1 ve T2 ağırlıklı dizilerde sinyal-gürültü oranı değerlendirmesini içerir. PET için, aktivitenin doğruluğu, haftalık olarak veya önemli bir çalışmanın başlamasından önce bilinen bir radyoaktivite konsantrasyonu içeren bir şırınga kullanılarak belirlenmelidir. Bu kalite kontrol testi aynı zamanda PET ve MR görüntülerinin birlikte kaydının belirlenmesini sağlar. Geri kazanılan aktivite önerilen aralığın dışına çıkarsa veya PET ile MR görüntüleri arasında yanlış kayıt bulunursa kalibrasyon yapılmalıdır. Ek olarak, doz kalibratör, üreticinin yönergelerine göre düzenli olarak kalibre edilmelidir, çünkü bu, tarayıcının kalite kontrolü ve PET görüntüleme için radyoaktivite ölçümü için önemli bir araçtır.
Bu çalışma, farelerde hem iBAT hem de iWAT'ta yağ depolarının aktivasyonunun, soğuk sıcaklığa maruz kalındığında [18F] FDG PET / MR görüntüleme kullanılarak görselleştirilebileceğini ve ölçülebileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, mevcut çalışma, iWAT'ta [18F] FDG alımının, iBAT'ın yokluğunda olmadığı sürece nispeten düşük olduğu gerçeğiyle sınırlıdır. Bu, soğuk uyaran tarafından kolayca aktive edilen iBAT ile karşılaştırıldığında, bej adipositlerin harekete geçirilmek konusunda nispeten isteksiz olduklarını ve farelerde iBAT'ın yedek termojenik deposu gibi davrandıklarını göstermektedir. iWAT'ta [18F] FDG sinyalini ve / veya normal farelerdeki diğer yağ depolarını indüklemek için, bej spesifik aktivatörlerin kullanımı veya daha güçlü soğuk meydan okuma durumu gibi daha etkili yöntemler tanımlanmalıdır, bu da mevcut çalışmanın kapsamı dışındadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.
Acknowledgments
Küçük hayvan görüntüleme deneyleri için Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (NSFC) - Mükemmel Genç Bilim İnsanları Fonu (Hong Kong ve Makao) (81922079), Hong Kong Araştırma Hibeleri Konseyi Genel Araştırma Fonu (GRF 17121520 ve 17123419) ve Hong Kong Araştırma Hibeleri Konseyi İşbirlikçi Araştırma Fonu'nun (CRF C7018-14E) desteğine teşekkür ederiz.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.9% sterile saline | BBraun | 0.9% sodium chloride intravenous infusion, 500 mL | |
| 5 mL syringe | Terumo | SS05L | 5 mL syringe Luer Lock |
| Dose Calibrator | Biodex | Atomlab 500 | |
| Eye lubricant | Alcon Duratears | Sterile ocular lubricant ointment, 3.5 g | |
| Insulin syringe | Terumo | 10ME2913 | 1 mL insulin syringe with needle |
| InterView Fusion software | Mediso | Version 3.03 | Post-processing and image analysis software |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, inhalation anesthetic, 250 mL | |
| Ketamine | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Ketamine 10% injection solution, 10 mL |
| Medical oxygen | Linde HKO | 101-HR | compressed gas, 99.5% purity |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 mg/mL Meloxicam solution for injection for dogs and cats, 10 mL | |
| nanoScan PET/MR Scanner | Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan software | Mediso | Version 3.0 | Scanner operating software |
| Wound clips | Reflex 7 | 203-100 | 7mm Stainless steel wound clips, 20 clips |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | Xylazine 2% injection solution, 30 mL |
References
- Rosen, E. D., Spiegelman, B. M. What we talk about when we talk about fat. Cell. 156 (1-2), 20-44 (2014).
- Cannon, B., Brown Nedergaard, J. adipose tissue: function and physiological significance. Physiological Review. 84 (1), 277-359 (2004).
- Jal Wu,, et al. Beige adipocytes are a distinct type of thermogenic fat cell in mouse and. 150 (2), 366-376 (2012).
- Cypess, A. M., et al. Activation of human brown adipose tissue by a beta3-adrenergic receptor agonist. Cell Metabolism. 21 (1), 33-38 (2015).
- Ishibashi, J., Seale, P.
- Jal Schulz, T., et al. Brown-fat paucity due to impaired BMP signalling induces compensatory browning of white fat. Nature. 495 (7441), 379-383 (2013).
- Pal Cohen,, et al. Ablation of PRDM16 and beige adipose causes metabolic dysfunction and a subcutaneous to visceral fat switch. Cell. 156 (1-2), 304-316 (2014).
- Mal Cypess, A., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New England Journal of Medicine. 360 (15), 1509-1517 (2009).
- Aal vander Lans, A., et al. Cold acclimation recruits human brown fat and increases nonshivering thermogenesis. Journal of Clinical Investigation. 123 (8), 3395-3403 (2013).
- Jal Hanssen, M., et al. Short-term cold acclimation improves insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus. Nature Medicine. 21 (8), 863-865 (2015).
- Wang, X., Minze, L. J., Shi, Z. Z. Functional imaging of brown fat in mice with 18F-FDG micro-PET/CT. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 69, (2012).
- Greenwood, H. E., Nyitrai, Z., Mocsai, G., Hobor, S., Witney, T. H. High-throughput PET/CT imaging using a multiple-mouse imaging system. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (2), 292-297 (2020).
- Carter, L. M., Henry, K. E., Platzman, A., Lewis, J. S. 3D-printable platform for high-throughput small-animal imaging. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (11), 1691-1692 (2020).
- Jal Andersson,, et al. Estimating the cold-induced brown adipose tissue glucose uptake rate measured by (18)F-FDG PET using infrared thermography and water-fat separated MRI. Scientific Reports. 9 (18), 12358 (2019).
- Eal Lundstrom,, et al. Brown adipose tissue estimated with the magnetic resonance imaging fat fraction is associated with glucose metabolism in adolescents. Pediatric Obesity. 14 (9), (2019).
- Eal Lundstrom,, et al. Magnetic resonance imaging cooling-reheating protocol indicates decreased fat fraction via lipid consumption in suspected brown adipose tissue. PLoS One. 10 (4), 0126705 (2015).
- Nakamura, Y., Yanagawa, Y., Morrison, S. F., Nakamura, K. Medullary reticular neurons mediate neuropeptide Y-induced metabolic inhibition and mastication. Cell Metabolism. 25 (2), 322-334 (2017).
- Jal Fueger, B., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
- Vines, D. C., Green, D. E., Kudo, G., Keller, H. Evaluation of mouse tail-vein injections both qualitatively and quantitatively on small-animal PET tail scans. Journal of Nuclear Medicine Technology. 39 (4), 264-270 (2011).
![[<sup>18F</sup>]FDG Micro-PET/MR Görüntüleme Kullanılarak Farelerde Kahverengi ve Bej Yağ Dokularının Görselleştirilmesi ve Ölçülmesi](https://cloudfront.jove.com/CDNSource/teasers/62460.jpg)
