यहां, हम छोटे जानवरों के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी / कंप्यूटेड टोमोग्राफी का उपयोग करके कार्डियक फ़ंक्शन और आकृति विज्ञान की मात्रा का ठहराव के लिए एक प्रयोगात्मक इमेजिंग प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। चूहों और चूहों दोनों पर विचार किया जाता है, दो प्रजातियों के लिए गणना टोमोग्राफी कंट्रास्ट एजेंटों की विभिन्न आवश्यकताओं पर चर्चा करते हुए।
पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) और कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) सबसे अधिक नियोजित नैदानिक इमेजिंग तकनीकों में से हैं, और दोनों कार्डियक फ़ंक्शन और चयापचय को समझने में काम करते हैं। प्रीक्लिनिकल अनुसंधान में, उच्च संवेदनशीलता और उच्च स्थानिक-अस्थायी संकल्प वाले समर्पित स्कैनर नियोजित किए जाते हैं, जिन्हें छोटे दिल के आकार और चूहों और चूहों की बहुत उच्च हृदय गति से उत्पन्न तकनीकी आवश्यकताओं से निपटने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस पेपर में, प्रायोगिक माउस और / या हृदय रोगों के चूहे के मॉडल के लिए एक बाइमोडल कार्डियक पीईटी / सीटी इमेजिंग प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है, पशु तैयारी और छवि अधिग्रहण और पुनर्निर्माण से लेकर छवि प्रसंस्करण और विज़ुअलाइज़ेशन तक।
विशेष रूप से, 18एफ-लेबल फ्लोरोडीऑक्सीग्लूकोज ([18एफ] एफडीजी)-पीईटी स्कैन बाएं वेंट्रिकल (एलवी) के विभिन्न खंडों में ग्लूकोज चयापचय के माप और विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देता है। ध्रुवीय मानचित्र इस जानकारी को प्रदर्शित करने के लिए सुविधाजनक उपकरण हैं। सीटी भाग में इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी (ईसीजी) लीड के बिना रेट्रोस्पेक्टिव गेटिंग का उपयोग करके पूरे दिल (4 डी-सीटी) का समय-हल 3 डी पुनर्निर्माण होता है, जिससे एलवी के मोर्फोफंक्शनल मूल्यांकन और बाद में सबसे महत्वपूर्ण कार्डियक फ़ंक्शन मापदंडों, जैसे इजेक्शन अंश (ईएफ) और स्ट्रोक वॉल्यूम (एसवी) का परिमाणीकरण होता है। सीटी स्कैनर का उपयोग करके, इस प्रोटोकॉल को विभिन्न स्कैनरों के बीच जानवर को पुनर्स्थापित करने की आवश्यकता के बिना एक ही संज्ञाहरण प्रेरण के भीतर निष्पादित किया जा सकता है। इसलिए, पीईटी / सीटी को हृदय रोगों के कई छोटे पशु मॉडल में हृदय के मोर्फोफंक्शनल और चयापचय मूल्यांकन के लिए एक व्यापक उपकरण के रूप में देखा जा सकता है।
कार्डियोवैस्कुलर बीमारियों की समझ की प्रगति के लिए छोटे पशु मॉडल बेहद महत्वपूर्ण हैं 1,2. गैर-इनवेसिव, डायग्नोस्टिक इमेजिंग टूल ने पिछले दशकों में नैदानिक और प्रीक्लिनिकल सेटिंग्स दोनों में कार्डियक फ़ंक्शन को देखने के तरीके में क्रांति ला दी है। जहां तक हृदय रोगों के छोटे पशु मॉडल का संबंध है, विशिष्ट इमेजिंग उपकरण बहुत उच्च स्थानिक संकल्प के साथ विकसित किए गए हैं। इस प्रकार, ऐसे उपकरण विशिष्ट रोग मॉडल में चूहों और चूहों के बहुत छोटे और बहुत तेजी से चलने वाले दिलों पर प्रासंगिक चयापचय और गतिज मायोकार्डियल मापदंडों की सटीक मात्रा की आवश्यकता से मेल खा सकते हैं, जैसे कि दिल की विफलता (एचएफ) 3 या मायोकार्डियल रोधगलन (एमआई)4। इस उद्देश्य के लिए कई तौर-तरीके उपलब्ध हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी ताकत और कमजोरियां हैं। अल्ट्रासाउंड (यूएस) इमेजिंग अपने महान लचीलेपन, बहुत उच्च अस्थायी रिज़ॉल्यूशन और अपेक्षाकृत कम लागत के कारण सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला साधन है। छोटे जानवरों में यूएस कार्डियक इमेजिंग को अपनाने में अल्ट्रा-हाई फ्रीक्वेंसी 5,6 के साथ जांच का उपयोग करने वाली प्रणालियों के आगमन के बाद से काफी वृद्धि हुई है, जिसमें 50 μm से नीचे स्थानिक रिज़ॉल्यूशन की विशेषता है।
पूरी तरह से 3 डी कार्डियक इमेजिंग के लिए यूएस के मुख्य नुकसानों में पूरे दिल के गतिशील बी-मोड छवियों का एक पूरा ढेर बनाने के लिए मोटरचालित अनुवाद चरण पर जांच को बढ़ाकर हृदय अक्ष के साथ रैखिक स्कैन की आवश्यकताहै। आखिरकार, यह प्रक्रिया (प्रत्येक जांच स्थिति में प्राप्त छवियों के सटीक स्थानिक और अस्थायी पंजीकरण के बाद) इन-प्लेन और आउट-ऑफ-प्लेन दिशाओं के बीच अलग-अलग स्थानिक संकल्पों के साथ एक 4 डी छवि को जन्म देती है। गैर-समान स्थानिक संकल्प की एक ही समस्या कार्डियक एमआर (सीएमआर), 8 में होती है जो अभी भी हृदय की कार्यात्मक इमेजिंग में स्वर्ण मानक का प्रतिनिधित्व करती है। वास्तविक आइसोट्रोपिक 3 डी इमेजिंग को कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) और पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) 9 दोनों का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। पीईटी इंजेक्शन जांच (नैनोमोलर रेंज में) की मात्रा में छवि संकेत के संदर्भ में एक बहुत ही संवेदनशील उपकरण प्रदान करता है, भले ही यह सीटी, एमआर या यूएस की तुलना में कम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन से ग्रस्त हो। पीईटी का मुख्य लाभ अंग के पैथोफिज़ियोलॉजी को अंतर्निहित सेलुलर और आणविक तंत्र को प्रदर्शित करने की क्षमता है। उदाहरण के लिए, [18एफ] एफडीजी के इंजेक्शन के बाद एक पीईटी स्कैन शरीर में ग्लूकोज चयापचय के 3 डी मानचित्र के पुनर्निर्माण की अनुमति देता है। गतिशील (यानी, समय-समाधान) डेटा अधिग्रहण के साथ इसे जोड़कर, ट्रेसर काइनेटिक मॉडलिंग का उपयोग ग्लूकोज अपटेक (एमआरग्लू) की चयापचय दरों के पैरामीट्रिक मानचित्रों की गणना करने के लिए किया जा सकता है, जो मायोकार्डियल व्यवहार्यता10 के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करेगा।
सीटी को प्रासंगिक ऊतक घटकों (जैसे, रक्त बनाम मांसपेशी) की औसत दर्जे की वृद्धि प्रदान करने के लिए उच्च सांद्रता (प्रति एमएल 400 मिलीग्राम आयोडीन तक) पर बाहरी कंट्रास्ट एजेंटों (सीए) की महत्वपूर्ण मात्रा की आवश्यकता होती है, लेकिन यह स्थानिक और अस्थायी संकल्प में उत्कृष्टता प्राप्त करता है, खासकर जब छोटे पशु इमेजिंग के लिए डिज़ाइन किए गए अत्याधुनिक माइक्रो-सीटी स्कैनर का उपयोग करते हैं। एक विशिष्ट रोग मॉडल जिसमें कार्डियक पीईटी / सीटी लागू किया जा सकता है, मायोकार्डियल रोधगलन और दिल की विफलता और चिकित्सा के लिए संबंधित प्रतिक्रिया का प्रयोगात्मक मूल्यांकन है। छोटे जानवरों में एमआई को प्रेरित करने का एक सामान्य तरीका बाएं पूर्ववर्ती अवरोही (एलएडी) कोरोनरी धमनी12,13 के सर्जिकल बंधाव द्वारा है और फिर बाद के दिनों में रोग की प्रगति और कार्डियक रीमॉडेलिंग का अनुदैर्ध्य मूल्यांकन करनाहै। फिर भी, छोटे जानवरों में दिल का मात्रात्मक मोर्फोफंक्शनल मूल्यांकन काफी हद तक अन्य रोग मॉडल के लिए भी लागू होता है, जैसे कि कार्डियक फ़ंक्शन14 पर उम्र बढ़ने के प्रभाव का मूल्यांकन या मोटापे15 के मॉडल में परिवर्तित रिसेप्टर अभिव्यक्ति। प्रस्तुत इमेजिंग प्रोटोकॉल किसी भी रोग मॉडल तक ही सीमित नहीं है और इसलिए, छोटे कृन्तकों के साथ प्रीक्लिनिकल अनुसंधान के कई संदर्भों में व्यापक रुचि हो सकती है।
इस पेपर में, हम छोटे पशु एकीकृत पीईटी / सीटी का उपयोग करके कार्डियक इमेजिंग के लिए एक स्टार्ट-टू-एंड प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। भले ही प्रस्तुत प्रोटोकॉल एक विशिष्ट बाइमोडल एकीकृत स्कैनर के लिए डिज़ाइन किया गया है, वर्णित प्रक्रिया के पीईटी और सीटी भागों को विभिन्न निर्माताओं से अलग-अलग स्कैनर पर स्वतंत्र रूप से किया जा सकता है। उपयोग में पीईटी / सीटी स्कैनर में, संचालन का अनुक्रम एक पूर्व-प्रोग्राम किए गए वर्कफ़्लो में व्यवस्थित होता है। प्रत्येक वर्कफ़्लो की मुख्य शाखाएँ एक या अधिक अधिग्रहण प्रोटोकॉल हैं; प्रत्येक अधिग्रहण प्रोटोकॉल में विशिष्ट प्रीप्रोसेसिंग प्रोटोकॉल के लिए एक या अधिक शाखाएं हो सकती हैं, और बदले में, प्रत्येक प्रीप्रोसेसिंग प्रोटोकॉल में विशिष्ट पुनर्निर्माण प्रोटोकॉल के लिए एक या अधिक शाखाएं हो सकती हैं। इमेजिंग बिस्तर पर जानवर की तैयारी और इमेजिंग प्रक्रियाओं के दौरान इंजेक्शन दिए जाने वाले बाहरी एजेंटों की तैयारी दोनों का वर्णन किया गया है। छवि अधिग्रहण प्रक्रिया के पूरा होने के बाद, आमतौर पर उपलब्ध सॉफ्टवेयर टूल के आधार पर मात्रात्मक छवि विश्लेषण के लिए उदाहरण प्रक्रियाएं प्रदान की जाती हैं। मुख्य प्रोटोकॉल विशेष रूप से माउस मॉडल के लिए डिज़ाइन किया गया है; भले ही माउस इस क्षेत्र में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली प्रजाति बनी हुई है, हम मुख्य प्रोटोकॉल के अंत में चूहे इमेजिंग के लिए प्रोटोकॉल का अनुकूलन भी दिखाते हैं। चूहों और चूहों दोनों के लिए प्रतिनिधि परिणाम दिखाए जाते हैं, जो वर्णित प्रक्रियाओं के साथ अपेक्षित आउटपुट के प्रकार का प्रदर्शन करते हैं। तकनीक के पेशेवरों और विपक्षों, महत्वपूर्ण बिंदुओं पर जोर देने के लिए इस पेपर के अंत में एक गहन चर्चा की जाती है, साथ ही साथ तैयारी और अधिग्रहण / पुनर्निर्माण चरणों में लगभग बिना किसी संशोधन के विभिन्न पीईटी रेडियोट्रेसर का उपयोग कैसे किया जा सकता है।
इस पेपर में प्रस्तुत प्रोटोकॉल उच्च-रिज़ॉल्यूशन पीईटी / सीटी इमेजिंग का उपयोग करके कार्डियक चोट के छोटे पशु मॉडल पर ट्रांसलेशनल कार्डियोवैस्कुलर अनुसंधान के लिए एक विशिष्ट प्रयोगात्मक प्रक्रिया पर…
The authors have nothing to disclose.
इस शोध को जेपीआई-एचडीएचएल-इंटिमिक “जीयूएमओएम” परियोजना द्वारा समर्थित किया गया था: संतानों में मातृ मोटापा और संज्ञानात्मक शिथिलता: जीयूटी माइक्रोबायओएम की कारण-प्रभाव भूमिका और प्रारंभिक आहार रोकथाम (परियोजना संख्या आईएनटीआईएमआईसी -085, इतालवी शिक्षा मंत्रालय, विश्वविद्यालय और अनुसंधान डिक्री संख्या 946/2019)।
0.9% sterile saline | Fresenius Kabi | 0.9% sodium chloride for injection | |
1025L Physiological Monitoring | Small Animal Instruments | Physiological monitoring system for small animal imaging | |
5 mL syringes | Artsana | Syringes with needle for injection of PET tracer | |
Atomlab 500 | Else Nuclear | PET Dose calibrator | |
Atrium software | Inviscan | Version 1.5.5 | PET/CT operating software |
Butterfly catheters | Delta Med | 27.5 G needle | |
Carimas software | Turku PET Center | Version 2.10 | Image analysis software |
Fenestra VC | Medilumine | Lipid emulsion iodinated contrast agent for small animals | |
Heat lamp | Heat lamp with clamp and switch | ||
Insulin syringes | Artsana | Syringes with needle for injection of CT CA | |
Iomeron 400 mgI/mL | Bracco | Iomeprol, vascular contrast agent | |
IRIS PET/CT | Inviscan | PET/CT scanner for small animals | |
Isoflurane | Zoetis | Inhalation anesthetic, 250 mL | |
OneTouch Glucometer | Johnson&Johnson Medical | Glucose meter kit | |
Osirix MD software | Pixmeo | Version 11 | Image analysis software |
Oxygen | Air liquide | Compressed gas | |
Rectal probe for 1025L | Small Animal Instruments | Rectal probe with cable for SAII 1025L systems | |
Respiratory sensor for 1025L | Small Animal Instruments | Respiratory pillow with tubings for SAII 1025L systems | |
TJ-3A syringe pump | Longer | Motorized syringe pump for CT CA injection |