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Biology

विज़ुअलाइज़ेशन और ब्राउन और बेज वसा ऊतकों का परिमाणीकरण चूहों में [18F] FDG माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग का उपयोग करके

Published: July 1, 2021 doi: 10.3791/62460
Automatic Translation
*1,2, *3, 3, 3, 1,2,4
1State Key Laboratory of Pharmaceutical Biotechnology, The University of Hong Kong, 2Department of Medicine, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, 3Department of Diagnostic Radiology, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, 4School of Biomedical Sciences, Institute of Vascular Medicine, Chinese University of Hong Kong
* These authors contributed equally

Summary

कार्यात्मक इमेजिंग और एक माइक्रो पीईटी / एमआर इमेजिंग-आधारित दृष्टिकोण का उपयोग करके चूहों में थर्मोजेनिक वसा डिपो की मात्रा।

Abstract

ब्राउन और बेज एडिपोसाइट्स को अब मोटापे और चयापचय सिंड्रोम के लिए संभावित चिकित्सीय लक्ष्यों के रूप में पहचाना जाता है। गैर-इनवेसिव आणविक इमेजिंग विधियां इन थर्मोजेनिक वसा डिपो में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए आवश्यक हैं। यहां, प्रोटोकॉल माउस इंटरस्केपुलर ब्राउन वसा ऊतक (iBAT) और वंक्षण चमड़े के नीचे सफेद वसा ऊतक (iWAT) में भूरे और बेज रंग के एडिपोसाइट्स की गतिविधि का मूल्यांकन करने के लिए एक पीईटी / एमआर इमेजिंग-आधारित विधि प्रस्तुत करता है। थर्मोजेनिक वसा डिपो के विज़ुअलाइज़ेशन और परिमाणीकरण को [18F] FDG, गैर-मेटाबोलाइज़ेबल ग्लूकोज एनालॉग, रेडियोट्रेसर के रूप में, जब एमआर इमेजिंग द्वारा प्रदान की गई सटीक शारीरिक जानकारी के साथ जोड़ा जाता है, तो इसका उपयोग करके प्राप्त किया गया था। पीईटी / एमआर इमेजिंग को ठंड के 7 दिनों के बाद आयोजित किया गया था और विभिन्न वसा डिपो में [18 एफ] एफडीजी सिग्नल की मात्रा थर्मोजेनिक वसा ऊतकों के सापेक्ष जुटाव का आकलन करने के लिए आयोजित की गई थी। IBAT को हटाने से चूहों के iWAT में ठंड-पैदा [18F] FDG अपटेक में काफी वृद्धि हुई है।

Introduction

पोषण संबंधी जरूरतों को बदलने के जवाब में, वसा ऊतक शरीर की जरूरतों को पूरा करने के लिए लिपिड भंडारण या जुटाव मोड को अपनाने के लिए एक ऊर्जा कैश के रूप में कार्य करता है। इसके अलावा, वसा ऊतक भी थर्मोरेगुलेशन में एक महत्वपूर्ण कार्य करता है, एक प्रक्रिया के माध्यम से जिसे गैर-कंपकंपी थर्मोजेनेसिस कहा जाता है, जिसे संकाय थर्मोजेनेसिस भी कहा जाता है। यह आमतौर पर भूरे रंग के वसा ऊतक (बीएटी) द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो माइटोकॉन्ड्रिया झिल्ली प्रोटीन अनकपलिंग प्रोटीन 1 (यूसीपी 1) के प्रचुर स्तर को व्यक्त करता है। एक प्रोटॉन वाहक के रूप में, UCP1 प्रोटॉन परिवहन और एटीपी उत्पादन 2 को अनकपल करके गर्मी उत्पन्न करता है। ठंड उत्तेजना पर, BAT में thermogenesis सहानुभूति तंत्रिका तंत्र (SNS) के सक्रियण द्वारा गति में सेट किया जाता है, इसके बाद नॉरपेनेफ्रिन (NE) की रिहाई होती है। एनई 3 एड्रीनर्जिक रिसेप्टर्स को बांधता है और इंट्रासेल्युलर चक्रीय एएमपी (सीएएमपी) के उन्नयन की ओर जाता है। नतीजतन, CREB (CAMP प्रतिक्रिया तत्व-बाध्यकारी प्रोटीन) के CAMP / PKA-निर्भर जुड़ाव CREB-प्रतिक्रिया तत्वों (CRE) 2 पर प्रत्यक्ष बंधन के माध्यम से Ucp1 प्रतिलेखन को उत्तेजित करता है। BAT के अलावा, भूरे रंग के adipocytes भी सफेद वसा ऊतक के भीतर पाए जाते हैं और इसलिए बेज या ब्राइट (भूरे रंग में सफेद) कोशिकाओं 1,3 का नाम दिया जाता है। विशिष्ट उत्तेजनाओं (जैसे ठंड) के जवाब में, इन अन्यथा क्विसेंट बेज कोशिकाओं को कई भूरे रंग की विशेषताओं को प्रदर्शित करने के लिए फिर से तैयार किया जाता है, जिसमें मल्टीलोकुलर लिपिड बूंदें, घनी-पैक माइटोकॉन्ड्रिया और संवर्धित यूसीपी 1 अभिव्यक्ति 3,4,5 शामिल हैं।

पशु अध्ययनों से पता चला है कि भूरे और बेज एडिपोसाइट्स के पास इसके वसा-कम करने वाले प्रभाव से परे कई चयापचय लाभ होते हैं, जिनमें इंसुलिन-संवेदीकरण, लिपिड-कम करने, विरोधी सूजन और एंटी-एथेरोस्क्लेरोसिस 6,7 शामिल हैं। मनुष्यों में, बेज / भूरे रंग की वसा की मात्रा उम्र, इंसुलिन प्रतिरोध सूचकांक और कार्डियोमेटाबोलिक विकारों के साथ व्युत्क्रम रूप से सहसंबद्ध है। इसके अलावा, मनुष्यों में बेज / भूरे रंग के एडिपोसाइट्स का सक्रियण या तो ठंडे acclimation या π3 एड्रीनर्जिक रिसेप्टर एगोनिस्ट द्वारा चयापचय विकारों की एक श्रृंखला के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करता है4,9,10। साक्ष्य के इन टुकड़ों से सामूहिक रूप से संकेत मिलता है कि भूरे और बेज वसा ऊतक का प्रेरण मोटापे और इससे संबंधित चिकित्सा जटिलताओं के प्रबंधन के लिए एक संभावित चिकित्सीय रणनीति है।

दिलचस्प बात यह है कि, हालांकि वे समान कार्य साझा करते हैं, बेज और शास्त्रीय भूरे रंग के एडिपोसाइट्स विभिन्न अग्रदूतों से व्युत्पन्न होते हैं और अतिव्यापी लेकिन अलग-अलग तंत्र ों द्वारा सक्रिय होते हैं। इसलिए, विवो इमेजिंग और भूरे और बेज रंग के एडिपोसाइट्स के परिमाणीकरण में इन वसा ऊतकों के आणविक नियंत्रण की बेहतर समझ प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं। वर्तमान में 18F-fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (PET) स्कैन परिकलित टोमोग्राफी (CT) के साथ संयुक्त नैदानिक अध्ययनों में थर्मोजेनिक ब्राउन और बेज कोशिकाओं के लक्षण वर्णन के लिए सोने का मानक बना हुआ है। चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) विस्तृत शारीरिक संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों और रेडियो आवृत्ति दालों का उपयोग करता है। सीटी स्कैन की तुलना में, एमआरआई एक उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ अंगों और नरम ऊतकों की छवियों को उत्पन्न करता है। बशर्ते यहाँ विज़ुअलाइज़ेशन और माउस मॉडल में कार्यात्मक भूरे और बेज adiposes के परिमाणीकरण के लिए एक प्रोटोकॉल ठंडा जोखिम के लिए acclimation के बाद, वसा browning को प्रेरित करने के लिए एक आम और सबसे विश्वसनीय तरीका है. इस विधि को उच्च परिशुद्धता के साथ छोटे पशु मॉडल में थर्मोजेनिक वसा डिपो को चिह्नित करने के लिए लागू किया जा सकता है।

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Protocol

नीचे वर्णित प्रोटोकॉल हांगकांग विश्वविद्यालय के पशु देखभाल दिशानिर्देशों का पालन करता है। अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले जानवर 8 सप्ताह पुराने C57BL / 6J चूहे थे।

1. पशु शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं और ठंड चुनौती

  1. इंटरस्केपुलर बैट (iBAT) विच्छेदन करें।
    1. केटामाइन / xylazine (100 मिलीग्राम / किग्रा बॉडीवेट केटामाइन और 10 मिलीग्राम / किग्रा बॉडीवेट xylazine) के इंट्रापेरिटोनियल इंजेक्शन द्वारा चूहों को एनेस्थेटाइज़ करें। संज्ञाहरण के बाद, गर्दन से स्कैपुले के ठीक नीचे माउस के बालों को शेव करें।
    2. कीटाणुशोधन के बाद हीटिंग पैड पर चूहों को रखें और चूहों के पृष्ठीय मध्यरेखा के साथ 2 सेमी चीरा बनाएं।
    3. iBAT पैड (द्विपक्षीय) निकालें। शाम संचालित समूह में, एक ही चीरा बनाते हैं लेकिन iBAT पैड बरकरार छोड़ देते हैं।
    4. खून बह रहा बंद हो जाता है के बाद 7 मिमी स्टेनलेस स्टील घाव क्लिप का उपयोग चीरा बंद करो.
    5. सर्जरी के बाद, 6 दिनों के लिए चूहों को मेलोक्सिकैम (पीने के पानी में 5 मिलीग्राम / किलोग्राम) दें और उन्हें 14 दिनों के लिए गहन देखभाल इकाई (आईसीयू) में रखें। जैसे ही घाव ठीक हो जाता है (7-10 दिन) क्लिप को हटा दें।
  2. चूहों की ठंडी चुनौती: 14 दिनों के लिए थर्मोन्यूट्रैलिटी (30 डिग्री सेल्सियस) पर चूहों को घर दें। दिन 13 पर, रात भर ठंड (6 डिग्री सेल्सियस) में जानवरों के पिंजरों को पूर्व-ठंडा करें। 14 वें दिन, चूहों को 7 दिनों के लिए पर्यावरण कक्ष में 6 डिग्री सेल्सियस पर रखें। प्रत्येक पिंजरे में दो चूहों को रखें।

2. माइक्रो पीईटी /

नोट: माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग एक अनुक्रमिक पीईटी / एमआर सिस्टम का उपयोग करके किया जाता है ( सामग्री की तालिका देखें)। प्रत्येक माउस इमेजिंग बिस्तर पर रखा जाता है; एक स्थिर [18F] FDG PET अधिग्रहण के लिए PET फ़ील्ड-ऑफ-व्यू (FOV) के केंद्र में आगे बढ़ने से पहले एक संरचनात्मक संदर्भ (स्काउट दृश्य) के लिए MR के साथ पहला स्कैन, इसके बाद एनाटॉमिक संदर्भ के लिए MR इमेजिंग। इमेजिंग सत्र से पहले स्वचालित, अनुक्रमिक पीईटी/एमआर स्कैन को सक्षम करने के लिए स्कैनर-ऑपरेटिंग सॉफ़्टवेयर ( सामग्री की तालिका देखें) में एक इमेजिंग वर्कफ़्लो बनाया जाता है।

  1. ऑपरेटिंग सॉफ़्टवेयर में एक इमेजिंग वर्कफ़्लो बनाएँ जिसमें स्थैतिक पीईटी अधिग्रहण, क्षीणन सुधार के लिए एमआरआई अधिग्रहण, और क्रमशः T1-weigthed 3D इमेजिंग और T2-भारित 2D इमेजिंग का उपयोग करके संरचनात्मक संदर्भ शामिल हैं।
  2. पीईटी प्राप्त करने के लिए, 400-600 केवी स्तर भेदभाव, एफ -18 अध्ययन आइसोटोप, 1-5 संयोग मोड और 20 मिनट स्कैन सेट करें।
  3. T1-भारित MR (क्षीणन सुधार के लिए) प्राप्त करने के लिए, ग्रेडिएंट इको-3D (TE = 4.3 ms, TR = 16 ms, FOV = 90 x 60 mm, उत्तेजनाओं की संख्या (NEX) = 3, 0.9 मिमी मोटाई के साथ 28 स्लाइस, voxel आकार = 0.375 x 0.375 x 0.9 मिमी) सेट करें।
  4. T2-भारित MR (संरचनात्मक संदर्भ) प्राप्त करने के लिए, फास्ट-स्पिन इको 2D (TE = 71.8 ms, TR = 3000 ms, FOV = 90 x 60 mm, NEX = 5, 0.9 मिमी मोटाई के साथ 32 स्लाइस, voxel आकार = 0.265 x 0.268 x 0.9 mm3) सेट करें।
  5. पीईटी के पुनर्निर्माण के लिए, टेरा-टोमो 3 डी (टीटी 3 डी) एल्गोरिथ्म (8 पुनरावृत्तियों, 6 सबसेट) का उपयोग 1-3 संयोग मोड के साथ, और क्षय, मृत-समय, यादृच्छिक, क्षीणन और तितर-बितर सुधारों के साथ 0.3 मिमी 3 वोक्सेल आकार के समग्र के साथ छवियों को बनाने के लिए।
  6. पीईटी मात्रा की सटीकता की जांच करने के लिए इमेजिंग अध्ययन की शुरुआत से एक दिन पहले माइक्रो-पीईटी / एमआर स्कैनर का पीईटी गतिविधि परीक्षण करें।
    1. निर्माता दिशानिर्देशों (140-220 μCi/ 5-8 MBq पानी या खारा में) द्वारा अनुशंसित के रूप में [18F] FDG से भरा एक 5 mL सिरिंज तैयार करें।
    2. एक खुराक कैलिब्रेटर का उपयोग करके सिरिंज की गतिविधि रिकॉर्ड करें ( सामग्री की तालिका देखें) और माप के समय पर ध्यान दें।
    3. ऊपर वर्णित मूल्य के लिए पुनर्प्राप्त गतिविधि की तुलना करने के लिए पुनर्निर्मित छवि पर वॉल्यूम-ऑफ-इंटरेस्ट (वीओआई) खींचने के लिए इंटरपोलेटेड दीर्घवृत्त ROI का चयन करें। एक अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड स्कैनर के लिए पुनर्प्राप्त गतिविधि ±5% के भीतर सटीक है।

3. इंजेक्शन के [18F] FDG

  1. पहले अनुसूचित इंजेक्शन से लगभग 30 मिनट पहले इमेजिंग लैब में इसके आगमन के लिए आपूर्तिकर्ता से [18F] FDG (10 mCi / 370 MBq) की नैदानिक खुराक का आदेश दें। उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (पीपीई) पहनना सुनिश्चित करें, जैसे कि प्रयोगशाला कोट, दस्ताने, व्यक्तिगत विकिरण डॉसिमीटर जैसे उंगलियां, रेडियोधर्मी सामग्री युक्त पैकेज प्राप्त करते समय पूरे शरीर। रेडियोधर्मिता के क्रॉस संदूषण को रोकने के लिए नियमित रूप से दस्ताने बदलें और जितना संभव हो सके रेडियोधर्मी स्रोत से दूरी बढ़ाएं।
  2. एक एल-ब्लॉक टेबल टॉप शील्ड के पीछे [18F] FDG स्टॉक शीशी को सावधानीपूर्वक स्थानांतरित करने के लिए संदंश का उपयोग करें।
  3. [18F] FDG का एक एलीकोट वितरित करें और 100-150 μL में 200-250 μCi / 7-9 MBq पर कुल गतिविधि एकाग्रता देने के लिए निष्फल खारा के साथ पतला करें।
  4. [18F] FDG समाधान को सुई के साथ 1 mL सिरिंज में खींचें ( सामग्री की तालिका देखें), F-18 पर सेट किए गए खुराक कैलिब्रेटर का उपयोग करके रेडियोधर्मिता को मापें, और माप के समय को रिकॉर्ड करें।
  5. इंजेक्शन से पहले माउस का वजन रिकॉर्ड करें। पूंछ नस के माध्यम से तैयार [18F] FDG समाधान इंजेक्ट करें। क्षय सुधार को सक्षम करने के लिए सिरिंज की रेडियोधर्मिता के इंजेक्शन समय और अवशेषों पर ध्यान दें।
  6. माउस को पिंजरे में वापस रखो और पीईटी स्कैन से पहले 60 मिनट के लिए [18F] FDG अपटेक की अनुमति दें।
  7. इंजेक्ट की गई [18F] FDG गतिविधि निम्न formula11 का उपयोग करके परिकलित करें:
    इंजेक्ट की गई गतिविधि (μCi/
    = इंजेक्शन से पहले सिरिंज में गतिविधि
    - इंजेक्शन के बाद सिरिंज में गतिविधि

4. माइक्रो पीईटी /

  1. गर्म हवा को इसके माध्यम से पारित करने की अनुमति देने के लिए माउस बिस्तर पर एयर हीटर को चालू करें।
  2. 5% isoflurane (1 एल / मिनट मेडिकल O2) का उपयोग करके माउस को एनेस्थेटिकाइज़ करें। एक बार प्रेरित होने के बाद, माउस को गर्म माउस बिस्तर पर स्थानांतरित करें और नाक मुखौटा शंकु के माध्यम से 2% -3% आइसोफ्लुरेन पर संज्ञाहरण बनाए रखें। माउस सिर-प्रवण को काटने की पट्टी पर रखें और सुनिश्चित करें कि माउस बिस्तर के व्यास के बाहर नहीं निकलता है। कॉर्नियल अल्सर के सूखने और गठन से बचने के लिए आंख स्नेहक लागू करें।
  3. क्रमशः एक थर्मल जांच और एक श्वसन पैड द्वारा शरीर के तापमान और श्वसन दर की निगरानी करें। 36-37 डिग्री सेल्सियस पर शरीर के तापमान को बनाए रखें, और आइसोफ्लुरेन स्तर को समायोजित करके 70-80 सांस प्रति मिनट (बीपीएम) पर श्वसन दर।
  4. माउस की स्थिति निर्धारित करने के लिए एक स्काउट दृश्य निष्पादित करें। पूरे माउस शरीर को शामिल करने के लिए माउस बिस्तर की स्थिति को समायोजित करें, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि एमआर का केंद्र एफओवी माउस शरीर के केंद्र में है।
  5. अध्ययन सूची विंडो में PET अधिग्रहण के तहत, ऊपर वर्णित स्काउट दृश्य स्थिति का उपयोग करने के लिए पिछले अधिग्रहण पर स्कैन रेंज का चयन करें। पर क्लिक करें तैयार करने के लिए एमआर से पीईटी के लिए पशु बिस्तर को स्थानांतरित करने के लिए. PET स्कैन प्रारंभ करने के लिए ठीक का चयन करें। Radiopharmaceutical संपादक में [18F] FDG प्रशासन से पहले और बाद में मापा इंजेक्शन खुराक और समय रिकॉर्ड करें। विषय जानकारी मेनू के अंतर्गत माउस का वजन दर्ज करें.
  6. एक बार पीईटी स्कैन पूरा हो जाने के बाद, एमआर पर जाने के लिए तैयार करें का चयन करें और अध्ययन सूची विंडो में सभी एमआर अधिग्रहण को पूरा करें। MR स्कैन प्रारंभ करने के लिए ठीक का चयन करें।
  7. पूरे वर्कफ़्लो के पूरा होने के बाद, पोस्ट-प्रोसेसिंग सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके अधिग्रहित MR छवियों की गुणवत्ता का संक्षेप में मूल्यांकन करें (सामग्री की तालिका देखें)। माउस बिस्तर को MR से मूल स्थिति में ले जाने के लिए होम बटन पर क्लिक करें.
  8. स्कैनर से माउस को सावधानीपूर्वक हटा दें और गर्म वातावरण में वसूली की अनुमति देने के लिए नीचे एक गर्म पैड के साथ एक साफ आवास पिंजरे में वापस कर दें। भोजन और पानी के साथ माउस की आपूर्ति करें। सिस्टम अब कतार में अगले माउस के लिए तैयार है।
  9. डेटा का पुनर्निर्माण करने के लिए, पूर्ण PET स्कैन लोड करने के लिए Raw Scan मेनू के अंतर्गत PET अधिग्रहण का चयन करें. सामग्री मानचित्र निर्माण के लिए T1-भारित MR अधिग्रहण का चयन करें. ऊपर वर्णित डेटा का पुनर्निर्माण करें (चरण 2.5 देखें)।
  10. पोस्ट-पीईटी इमेजिंग माउस की देखभाल और हैंडलिंग के बारे में स्थानीय और संस्थान के नियमों का पालन करें। सभी इस्तेमाल किए गए सिरिंज / सुइयों, दस्ताने, बिस्तर, और फेकल पदार्थ को रेडियोधर्मी अपशिष्ट के रूप में विचार करें, जिन्हें स्थानीय नियमों के अनुसार विशेष हैंडलिंग / निपटान की आवश्यकता होती है।

5. पोस्ट इमेजिंग विश्लेषण

  1. छवि विश्लेषण सॉफ़्टवेयर खोलें (सामग्री की तालिका देखें) और संबंधित एमआर और पीईटी छवियों को पुनः प्राप्त करने के लिए लोड DICOM डेटा पर क्लिक करें।
  2. प्रदर्शन विंडो के लिए इन छवियों को खींचकर एमआर और पीईटी छवि का सह-पंजीकरण करें। Automatic Registration Function पर क्लिक करें।
    1. पंजीकरण सेटअप ड्रॉप-डाउन मेनू के अंतर्गत कठोर रूपांतरण का चयन करें। Rigid/Affine मेनू के अंतर्गत Shift और Rotation की जाँच करें.
    2. वैश्विक भूमिका चयन मेनू के अंतर्गत Reslice के रूप में संदर्भ और PET अधिग्रहण के रूप में T1-भारित MR अधिग्रहण का चयन करें।
    3. एमआर और पीईटी छवियों के बीच एक सही संरेखण सुनिश्चित करने के लिए सभी तीन आयामों में पंजीकरण का निरीक्षण करें। इसे मैन्युअल रूप से समायोजित करने के लिए, मैन्युअल पंजीकरण पर क्लिक करें।
  3. इंटरेस्ट के ऊतक पर वीओआई खींचने के लिए इंटरपोलेटेड दीर्घवृत्त आरओआई का उपयोग करें, यानी, आईबीएटी और वंक्षण सफेद वसा ऊतक (आईडब्ल्यूएटी) संदर्भ के लिए एमआर छवि का उपयोग करके। VOI बॉर्डर को परिभाषित करने के लिए ब्रश टूल और इरेज़र टूल का उपयोग करें; इसलिए, ऊतकों की शारीरिक रचना। सुनिश्चित करें कि पड़ोसी अंगों से स्पिलओवर से बचने के लिए पीईटी छवि का उपयोग करके कोई ओवरलैप अपटेक नहीं है। प्रक्रिया स्लाइड-दर-स्लाइड को तब तक दोहराएं जब तक कि पूरे वीओआई को चित्रित नहीं किया जाता है। यदि आवश्यक हो, तो प्रत्येक माउस के बीच सुसंगत वीओआई वॉल्यूम बनाए रखने के लिए वीओआई को संपादित करें।
  4. एक संदर्भ अंग के रूप में फेफड़ों पर एक 3 मिमी 3 वीओआई आकर्षित करने के लिए अंडाकार वीओआई का उपयोग करें। पड़ोसी दिल और मांसपेशियों से किसी भी स्पिलओवर से बचें।
  5. पूरा होने पर, प्रत्येक वीओआई का नाम बदलने के लिए शो ROI तालिका पर क्लिक करें। एक स्प्रेडशीट में वीओआई और ऊतक की मात्रा के साथ माध्य रेडियोधर्मिता रिकॉर्ड करें। VOI आरेखण और इमेजिंग डेटा को डेटा संग्रहण डिवाइस पर संग्रहीत करें.
  6. निम्न समीकरण 11 का उपयोग कर सभी VOIs के लिए मानकीकृत अपटेक मान (SUV) की गणना करें:
    SUVmean = KBq में VOI रेडियोधर्मिता / (क्षय - kBq / माउस शरीर के वजन में सही इंजेक्शन खुराक किलो में), 1 g / mL के ऊतक घनत्व को मानते हुए।

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Representative Results

चूहों के तीन समूहों (एन = 3 प्रति समूह) ने इस अध्ययन में माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग की, जहां उन्हें 7 दिनों के लिए या तो थर्मोन्यूट्रलिटी (30 डिग्री सेल्सियस) या ठंड (6 डिग्री सेल्सियस) पर रखा गया था। चूहों के एक समूह (एन = 3) ने ठंडे उपचार से पहले अपने iBAT को हटा दिया था (iBATx) (चित्रा 1 ए)। इस विधि ने सभी तीन चूहों में सफेद वसा ऊतक गतिविधि में बदलाव का नेतृत्व किया। विशेष रूप से, माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग (चित्रा 1 बी-सी) का उपयोग करके आईडब्ल्यूएटी में [18 एफ] एफडीजी अपटेक में एक उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई थी। इस सह-पंजीकृत इमेजिंग डेटा को अधिकतम तीव्रता प्रक्षेपण (एमआईपी) के रूप में प्रदर्शित किया जाता है, जहां आईडब्ल्यूएटी को [18 एफ] एफडीजी अपटेक के परिमाणीकरण की अनुमति देने के लिए स्पष्ट रूप से चित्रित किया गया था। लगातार, मल्टीलोकुलर एडिपोसाइट्स, जो बेज एडिपोसाइट्स के लिए विशेषता आकृति विज्ञान हैं, शाम संचालित समूह (चित्रा 1 डी) की तुलना में आईबीएटीएक्स चूहों से आईडब्ल्यूएटी में अधिक स्पष्ट थे।

यह सत्यापित करने के लिए कि क्या इस लंबे समय तक ठंडे प्रेरण पर iBAT और iWAT गतिविधियों पर परिवर्तन ों को माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग द्वारा मॉनिटर किया जा सकता है, इमेजिंग अध्ययन 30 डिग्री सेल्सियस और 6 डिग्री सेल्सियस के संपर्क में आने वाले चूहों पर किए गए थे और समूहों के बीच परिणामों की तुलना की गई थी। पीईटी / एमआर इमेजिंग ने यह भी प्रदर्शित किया कि 6 डिग्री सेल्सियस के अधीन चूहों ने स्पष्ट रूप से ऊंचा किया है [18 एफ] शाम संचालित चूहों (चित्रा 2 ए) में आईबीएटी पर एफडीजी अपटेक, जो पिछले रिपोर्ट किए गए साहित्य 11 के अनुरूप है। ठंड के उपचार से पहले उनके iBAT को हटा दिया गया (iBATx) के साथ चूहों ने 30 °C और 6 °C समूह (चित्रा 2B) के बीच iWAT में उच्चतम [18F] FDG अपटेक दिखाया। पीईटी छवियों को एक एसयूवी-आधारित दृष्टिकोण का उपयोग करके आगे परिमाणित किया गया था। iBAT में, ठंडे जोखिम ने 30 डिग्री सेल्सियस समूह की तुलना में [18F] FDG अपटेक में 7 गुना वृद्धि का कारण बना। iWAT में, [18F] FDG अपटेक शेष समूहों (चित्रा 2 C) की तुलना में कोल्ड-acclimated iBATx चूहों में अधिक था। ठंड-प्रेरित चूहों में iBAT को हटाने के परिणामस्वरूप थर्मोन्यूट्रलिटी चूहों की तुलना में iWAT के उत्थान में 8 गुना वृद्धि हुई, जबकि केवल एक मामूली वृद्धि (2-गुना) देखी गई जब iBAT चूहों में मौजूद था।

Figure 1
चित्रा 1: चूहों में वंक्षण सफेद वसा ऊतक (iWAT) की माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग। इंटरस्केपुलर ब्राउन वसा ऊतक को शल्य चिकित्सा से हटा दिया गया था (iBATx)। वसूली के बाद, चूहों को विश्लेषण से पहले 7 दिनों के लिए 6 डिग्री सेल्सियस पर रखा गया था। (ए) सर्जिकल और बाद की प्रक्रियाओं के लिए फ्लो चार्ट। (बी) माउस की स्थिति और पीईटी / एमआर स्कैनर का चित्रण। (ग) सह-पंजीकृत पीईटी/एमआर छवियों का अधिकतम तीव्रता प्रक्षेपण (एमआईपी)। सफेद तीर: iWAT का स्थान. ए: पूर्वकाल एल: बाएं। (डी) हेमेटोक्सिलिन और ईओसिन (एचई) ठंड के संपर्क के बाद शाम और आईबीएटीएक्स चूहों में आईडब्ल्यूएटी का धुंधला होना। स्केल बार = 100 μm. कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें।

Figure 2
चित्रा 2: विवो में प्रतिनिधि [18F] इंटरस्केपुलर क्षेत्र (iBAT) और वंक्षण चमड़े के नीचे सफेद वसा ऊतक (iWAT) में भूरे रंग के वसा ऊतक में FDG अपटेक। थर्मोन्यूट्रलिटी (30 डिग्री सेल्सियस), कोल्ड-acclimated (6 डिग्री सेल्सियस) और कोल्ड-acclimated + iBATx पर रखे गए चूहों को [18F] FDG PET / MR इमेजिंग के अधीन किया गया था। (ए) चूहों में आईबीएटी दिखाने वाली पीईटी / एमआर छवियों का सैजिटल अनुभाग। (बी) द्विपक्षीय आईडब्ल्यूएटी को दर्शाते हुए पीईटी / एमआर छवियों का अक्षीय खंड। (c) IBAT (बाएं) और iWAT (दाएं) में [18F] FDG अपटेक का मात्रात्मक विश्लेषण। पीला तीर: iBAT का स्थान. सफेद तीर: iWAT का स्थान. प्रत्येक समूह के लिए n = 3। SUVratio के मानों को माध्य ±SD के रूप में प्रस्तुत किया गया है। इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें।

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Discussion

इस अध्ययन में, एक पीईटी / एमआर -आधारित इमेजिंग और छोटे जानवरों में कार्यात्मक भूरे और बेज वसा ऊतक के परिमाणीकरण का वर्णन किया गया था। यह विधि एक इमेजिंग बायोमार्कर के रूप में गैर-मेटाबोलिजेबल ग्लूकोज एनालॉग [18F] FDG का उपयोग करती है ताकि गैर-आक्रामक तरीके से उच्च ग्लूकोज-मांग वाले वसा ऊतकों की पहचान की जा सके। एमआर अच्छे नरम ऊतक विपरीत प्रदान करता है और पड़ोसी नरम ऊतकों और मांसपेशियों से वसा वसा ऊतकों को बेहतर ढंग से अलग कर सकता है। जब पीईटी के साथ संयुक्त किया जाता है, तो यह सटीक तरीके से उच्च ग्लूकोज उपयोग के परिणामस्वरूप सक्रिय एडिपोसाइट्स की इमेजिंग और परिमाणित करने में सक्षम बनाता है। यहां उल्लिखित प्रयोगात्मक स्थितियां विवो में iBAT और iWAT के अप-विनियमन का अध्ययन करने के लिए [18F] FDG PET का उपयोग करने की व्यवहार्यता पर प्रकाश डालती हैं, और नई दवा उम्मीदवारों के थर्मोजेनिक प्रभाव के मूल्यांकन के लिए संभावित रूप से उपयोगी है। इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल को विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए पशु बिस्तर का उपयोग करके कई चूहों को एक साथ इमेजिंग करके उच्च थ्रूपुट प्रारूप में आसानी से संशोधित किया जा सकता है, जिससे कम लागत और समय 12,13 पर इमेजिंग डेटा में सांख्यिकीय शक्ति और आत्मविश्वास बढ़ जाता है।

वर्तमान में, FDG PET / CT मनुष्यों और कृन्तकों और मानक प्रोटोकॉल में BAT की कल्पना करने के लिए सबसे आम दृष्टिकोण बना हुआ है और मानक प्रोटोकॉल अच्छी तरह से स्थापित किए गए हैं8,11। हाल के वर्षों में, मनुष्यों में BAT का आकलन करने के लिए [18F] FDG PET / MR इमेजिंग का उपयोग करके कई अध्ययन भी किए गए हैं14,15,16। इसके विपरीत, छोटे जानवरों के लिए [18F] FDG PET/MRI पर कोई विस्तृत विवरण उपलब्ध नहीं है। यहां वर्णित एक विस्तृत प्रोटोकॉल है जो चूहों में एक संयुक्त पीईटी और एमआर इमेजिंग सिस्टम के उपयोग पर निर्भर करता है। यह विधि एमआरआई के उच्च रिज़ॉल्यूशन का लाभ उठाती है, विशेष रूप से वसा ऊतकों का पता लगाने पर, जिससे उन्हें आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सीटी विधि की तुलना में पहचानना और खंड करना आसान हो जाता है। इसलिए, वर्तमान दृष्टिकोण पीईटी / सीटी विधि की तुलना में पीईटी परिमाणीकरण की एक बेहतर सटीकता को सक्षम बनाता है, जो अधिक नाजुक वसा डिपो वाले छोटे जानवरों में अध्ययन के लिए बहुत मूल्यवान है। जब उनके बेसलाइन अपटेक पर ब्याज के ऊतकों के परिणामों का विश्लेषण किया जाता है, तो एमआरआई चूहों के बीच उनकी मात्रा की स्थिरता सुनिश्चित करने और पड़ोसी अंगों को शामिल करने से बचने के लिए वीओआई को सटीक रूप से आकर्षित करने के लिए एक आवश्यक उपकरण बन जाता है। इसके अलावा, सटीक छवि प्रसंस्करण जैसे छवि पंजीकरण और वीओआई चित्रण विश्वसनीय परिमाणीकरण की अनुमति देने के लिए महत्वपूर्ण हैं। ग्लूकोज-उत्तरदायी बैट का संरचनात्मक स्थान मनुष्यों और माउस के बीच अलग है। जबकि कार्यात्मक BAT इंटरस्केपुलर क्षेत्र में स्थित है, [18F] FDG PET / MR इमेजिंग-आधारित विश्लेषण मुख्य रूप से मनुष्यों में supraclavicular क्षेत्र में कार्यात्मक BAT की पहचान करता है14,15,16।

[18F] FDG अपटेक प्रयोग करते समय चूहों के उपवास या खिलाए गए स्थिति को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। कुछ अध्ययनों में, चूहों को कई घंटों के लिए या यहां तक कि रात भर उपवास किया जाता है, क्योंकि यह माना जाता है कि अंतर्जात ग्लूकोज [18F] FDG के साथ प्रतिस्पर्धा करेगा। प्रोटोकॉल में, खिलाया स्थिति पर [18F] FDG मापा गया था और मजबूत अपटेक सिग्नल अभी भी iBAT और iWAT दोनों में देखा गया था। यह, इस प्रकार, यह दर्शाता है कि चूहों को मजबूत अपटेक संकेतों के लिए उपवास की स्थिति में रखना आवश्यक नहीं है, जो कम शारीरिक रूप से प्रासंगिक है। वास्तव में, उपवास किए गए जानवरों में बीएटी और बेज एडिपोसाइट्स की जांच करते समय सावधानी बरतनी चाहिए क्योंकि पिछली खोज में बताया गया है कि हाइपोथैलेमिक न्यूरोपेप्टाइड वाई (एनपीवाई) -मध्यस्थता भूख संकेत मेडुलरी मोटर सिस्टम पर कार्य करता है ताकि सहानुभूतिपूर्ण संरक्षण को कम करके बीएटी थर्मोजेनेसिस को बाधित किया जा सके। लगातार, मनुष्यों में, यह सुझाव दिया जाता है कि उच्च कैलोरीजेनिक आहार पर, थर्मोजेनिक एडिपोसाइट्स अतिरिक्त कैलोरी जलाते हैं ताकि ऊर्जा संतुलन बनाए रखा जा सके। इसके विपरीत, पोषक तत्वों की कमी पर, ऊर्जा अपशिष्ट को दबाने के लिए काउंटर-नियामक तंत्र सक्रिय होते हैं।

[18F] FDG PET इमेजिंग के लिए एक और विचार चूहों में रेडियोट्रेसर प्रशासन के लिए मार्ग शामिल है। इंट्रापेरिटोनियल और अंतःशिरा तकनीक चूहों में [18F] FDG को इंजेक्ट करने के दो सामान्य तरीके हैं, और दोनों तरीकों के परिणामस्वरूप चूहों में [18F] FDG के अपेक्षाकृत समान बायोडिस्ट्रिब्यूशन होता है 60 मिनट के बाद इंजेक्शन 18। जबकि इंट्रापेरिटोनियल विधि प्रदर्शन करने के लिए अपेक्षाकृत आसान है और चूहों पर लगाए गए अवांछित तनाव से बचने के लिए इंजेक्शन को जल्दी से किया जा सकता है, आंत्र में गलती से प्रत्यक्ष इंजेक्शन आम है और तुरंत पहचाना नहीं जाता है, जिससे अविश्वसनीय पीईटी परिणाम 19 हो सकते हैं। अंतःशिरा विधि पसंदीदा विधि है और इस अध्ययन में नियोजित है। सफल पूंछ शिरा इंजेक्शन निर्धारित किया जा सकता है जब जलसेक से पहले एक दृश्यमान रक्त फ्लैशबैक मनाया जाता है, यह दर्शाता है कि सुई को जलसेक के लिए नस के अंदर ठीक से तैनात किया जाता है। इस तकनीक की एक सीमा एक दृश्यमान रक्त फ्लैशबैक को नोटिस करने में कठिनाई है, संभावित रूप से कम रक्तचाप और पूंछ पर काले बालों की उपस्थिति के कारण। रक्त प्रवाह को बढ़ाने के लिए एक गर्म वॉशक्लॉथ के साथ पूंछ को गर्म करके इसे दूर किया जा सकता है, इसलिए सुई सम्मिलन के लिए नस की दृश्यता में सुधार होता है।

एक सटीक स्कैनर और एक प्रासंगिक उपकरण विश्वसनीय पीईटी छवि परिमाणीकरण के लिए अन्य महत्वपूर्ण कारक हैं। स्कैनर के पीईटी और एमआर घटकों पर नियमित गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षाएं करना आवश्यक है। एमआर गुणवत्ता नियंत्रण में विभिन्न टी 1- और टी 2-भारित अनुक्रमों पर सिग्नल-टू-शोर अनुपात मूल्यांकन शामिल है, जिसे स्कैनर निर्माता द्वारा अनुशंसित साप्ताहिक आधार पर किया जाना चाहिए। पीईटी के लिए, गतिविधि की सटीकता को एक सिरिंज का उपयोग करके निर्धारित किया जाना चाहिए जिसमें साप्ताहिक आधार पर या एक महत्वपूर्ण अध्ययन की शुरुआत से पहले रेडियोधर्मिता की ज्ञात एकाग्रता होती है। यह गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षण भी पीईटी और एमआर छवियों के सह-पंजीकरण के निर्धारण की अनुमति देता है। अंशांकन किया जाना चाहिए यदि पुनर्प्राप्त गतिविधि अनुशंसित सीमा के बाहर आती है या PET और MR छवियों के बीच गलत-पंजीकरण पाया जाता है। इसके अलावा, खुराक कैलिब्रेटर को निर्माता दिशानिर्देशों के अनुसार नियमित रूप से कैलिब्रेट किया जाना चाहिए क्योंकि यह स्कैनर के गुणवत्ता नियंत्रण के साथ-साथ पीईटी इमेजिंग के लिए रेडियोधर्मिता माप के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है।

इस अध्ययन से पता चलता है कि चूहों में iBAT और iWAT दोनों में वसा डिपो के सक्रियण को ठंडे तापमान के संपर्क में आने पर [18F] FDG PET / MR इमेजिंग का उपयोग करके कल्पना और परिमाणित किया जा सकता है। हालांकि, वर्तमान अध्ययन इस तथ्य से सीमित है कि [18F] IWAT में FDG अपटेक अपेक्षाकृत कम था जब तक कि iBAT की अनुपस्थिति में न हो। यह इंगित करता है कि ठंड उत्तेजना द्वारा आसानी से सक्रिय होने वाले iBAT की तुलना में, बेज एडिपोसाइट्स अपेक्षाकृत अनिच्छुक हैं और चूहों में iBAT के बैकअप थर्मोजेनिक डिपो की तरह कार्य करते हैं। iWAT में [18F] FDG सिग्नल को प्रेरित करने के लिए अधिक कुशल तरीके और / या सामान्य चूहों में अन्य वसा डिपो, जैसे बेज-विशिष्ट एक्टिवेटर या मजबूत ठंड चुनौती की स्थिति का उपयोग, की पहचान की जानी चाहिए, जो वर्तमान अध्ययन के दायरे से परे है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए हितों का कोई संघर्ष नहीं है।

Acknowledgments

हम चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (एनएसएफसी) के समर्थन को धन्यवाद देते हैं - उत्कृष्ट युवा वैज्ञानिक कोष (हांगकांग और मकाऊ) (81922079), हांगकांग अनुसंधान अनुदान परिषद सामान्य अनुसंधान कोष (जीआरएफ 17121520 और 17123419), और हांगकांग अनुसंधान अनुदान परिषद सहयोगात्मक अनुसंधान कोष (सीआरएफ सी 7018-14ई) छोटे पशु इमेजिंग प्रयोगों के लिए।

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

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References

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जीव विज्ञान अंक 173 भूरे रंग के वसा ऊतक बेज एडिपोसाइट्स थर्मोजेनेसिस ग्लूकोज अपटेक माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग [18 एफ] एफडीजी
विज़ुअलाइज़ेशन और ब्राउन और बेज वसा ऊतकों का परिमाणीकरण चूहों में [<sup>18F</sup>] FDG माइक्रो-पीईटी / एमआर इमेजिंग का उपयोग करके
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Liu, Q., Tan, K. V., Chang, H. C.,… More

Liu, Q., Tan, K. V., Chang, H. C., Khong, P. L., Hui, X. Visualization and Quantification of Brown and Beige Adipose Tissues in Mice using [18F]FDG Micro-PET/MR Imaging. J. Vis. Exp. (173), e62460, doi:10.3791/62460 (2021).

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