Yöntem makalesi

Kullanımı Glukoz Metabolizma Kinetiği Belirlenmesi 18 F-FDG Mikro PET / BT

DOI:

10.3791/55184

⸱

2 Mayıs 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Medical Sciences, Faculty of Medicine, UNSW Australia, 2Department of Nuclear Medicine, Concord Hospital, 3National Imaging Facility, University of Sydney, 4Brain and Mind Centre, University of Sydney, 5Faculty of Health Sciences, University of Sydney, 6Life Sciences, ANSTO, 7CERMEP

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, 18F-FDG'nin dokulara in vivo, gerçek zamanlı alımını ölçmek için kinetik modelleme ile birlikte 18F-FDG ve pozitron emisyon tomografisi/bilgisayarlı tomografi (PET/BT) görüntülemeyi kullanan bir protokolü açıklamaktadır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu makale, farelerde in vivo glukoz metabolizması kinetiğini belirlemek için 18F-FDG ve mikro-PET/BT görüntülemenin kullanımını açıklamaktadır (ve sıçanlara aktarılabilir). İnsülin direncine bağlı olarak çoklu organ sistemlerinde glikoz alımının ve metabolizmasının bozulması, tip 2 diyabetin ayırt edici özelliğidir. Bu tekniğin, yinelemeli bir dekonvolüsyon yöntemi kullanarak vena kavadan görüntüden türetilmiş bir giriş fonksiyonu çıkarma yeteneği, arteriyel kan örneklerinin toplanması gereksinimini ortadan kaldırır. Doku ve vena kava zaman aktivitesi eğrilerinin iki dokulu, üç bölmeli bir modele uydurulması, plazmadan hücre içi boşluğa 18F-FDG alımı, hücre içi boşluktan plazmaya taşıma hızı ve 18F-FDG fosforilasyon hızı ile ilgili kinetik mikro parametrelerin tahminine izin verir. Bu metodoloji, uzunlamasına çalışmalar bağlamında glikoz alımı ve metabolizma kinetiğinin çoklu ölçümlerine izin verir ve ayrıca terapötik müdahalelerin etkinliği hakkında bilgi sağlar.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmanın amacı, bir pozitron emisyonu tomografisi / bilgisayarlı tomografi (PET / BT) farelerde spesifik dokular içine kan akımından glikoz, in vivo, gerçek zamanlı alımı ölçmek için temel yöntem geliştirmektir. Bu hücre içi alan, plazma, hücre içi boşluktan taşıma hızı ve oranı ile plazmadan 18F-FDG tutulumunun oranlarını tahmin etmek için glikoz alımını ve kinetik modelleme ölçmek için 18F-işaretli florodeoksiglükoz (FDG) kullanılarak elde edildi 18F-FDG fosforilasyonu.

Kemirgenlerde, 18F-FDG çok sayıda kanser tedavileri 1, tümör ilerlemesi 2 ve tümör metabolizması 3 çalışmaları yanı sıra kahverengi yağ depoları 4, nöro-inflamasyonun 5 ve beyin metabolizmasının 6 görüntüleme klinik öncesi değerlendirme kullanılmıştır Sup.

Genellikle her doku 7 ötenazi, doku toplama ve radyoaktivite ölçümü ile takip edilen 3 H ya da 14 C ile 2-deoksiglukoz radyoaktif ile tedavi edilmesini fareler (ve farelerde) glikoz dokuya özgü alımını incelemek için kullanılan geleneksel yöntemler. PET / BT kullanımı canlı hayvanlarda aynı anda birden fazla organ ve bölgelerde glukoz alımı ve metabolizmanın noninvaziv belirlenmesi için izin verir. ötenazi bir gereklilik değildir Buna ek olarak, bu teknik, uzunlamasına çalışmalarda kullanım için uygundur.

Tip 2 diabetes mellitus (T2DM) bozulmuş glikoz metabolizması ve insülin indirgenmiş doku yanıt sekonder hiperglisemi (insülin direnci) ve insülin 8 yeterli miktarda üretilmesi için pankreas-hücrelerinin yetersizlik ile karakterize edilir. glikoz alımının ve metabolizmanın Kinetik analiz içine önemli bilgiler sunabilireylem ve terapötik tedavi başarısının mekanizması olarak hastalığın ilerlemesi ileri izleme sağlar.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada açıklanan tüm işlemler Sidney Yerel Sağlık İlçesi ve Sydney Hayvan Etik Kurulların Üniversitesi tarafından onaylanmış ve laboratuvar hayvanlarının bakımı ve kullanımı, Sekizinci baskı (2011) için NIH Kılavuzu izlendi.

1. Hayvan hazırlanması

NOT: Bu protokol Erkek db / db fareler (BKS.Cg- Dock7 m + / + Leprdb / J) 6 haftalık kadar grup mamasına erişim mahfaza ve su içinde muhafaza edilmiştir. görüntüleme zamanında, fareler, ~ 30 gramdı. Bu protokolde kullanılan bütün fareler, 10 ile 14 mmol / L arasında insülin seviyesini açlık vardı.

  1. Gerekirse, fareler oruç. Bu örnekte, deney prosedüründen önce, 5 saat boyunca fareler hızlı.
  2. Görüntüleme başlamasından önce arzu edilen maddenin (örneğin, bir ilaç, bir protein, peptid) ile fareler tedavi edin. Bu örnekte, 3. insülin deri altına enjeksiyon (yönetmekU / kg insan insülini) veya eşdeğer bir hacim PBS, 30 dakika görüntüleme başlamasından önce.

2. kurma İş Akışı

NOT: Bu protokol, bir PET / CT tarayıcı üzerinde gerçekleştirildi. BT veri alımını takiben ilk PET verileri elde edin.

  1. PET ayarları:
    1. 18F olarak seçin izotop, 3.600 s tarama süresini ayarlamak ve 350 keV üst ve alt düzey enerji ayrım - 650 keV (varsayılan) 3,432 ns (varsayılan) bir çakışma zamanlama penceresi. İzleyici, enjeksiyondan sonra 60 dakika - süresi 0 16 kare (6 x 10 s, 4 x 60 s, 1 x 300 s, 5 x 600 ler) içine histogram liste modu veri. Bir zoom 1.5 ile 2D-FBP kullanarak sinograms emisyonunu yeniden yapılandırma.
      Not: yeniden görüntü 128 x 128 x 159 vokseller ile 16 dinamik çerçeveler, her bir oluşuyordu ve 0.52 x 0.52 x 0.796 mm3 bir voksel boyutu.
  2. BT ayarları:
    1. İçinbir bütün vücut CT taraması, 50 kV, maruz kalma süresi 500 ms ve 360 ​​dönüş hareketi, 200, uzantılar en, 500 A gerilimi akımı ayarlayın. (Tam bir PET FoV aralığı kapsayacak) 3, 30722048 için yatak pozisyonların sayısı (FOV) detektör alanını alan yatak pozisyonları = 30,234713 ve% 4 detektör kümeleştirme arasındaki örtüşme.
      NOT: BT rekonstrüksiyonu HU kalibrasyonu, iki-doğrusal enterpolasyon ve Shepp-Logan filtresiyle koni ışın tomografi görüntü rekonstrüksiyon yazılımı kullanılarak yapıldı.
  3. 18F-FDG:
    1. Yeterli 18F-FDG için (örneğin 0.5 mL 450 MBq) yerel bir sağlayıcıdan, ilk enjeksiyondan önce ~ 30 dakika gelmesi. Hayvanlar alabilmesi için kısım ve 0.1 mL'lik nihai bir hacimde ~ 18F-FDG 10 MBq 18F-FDG seyreltin.

3. Görüntüleme Protokolü

  1. aseptik koşullar korumak için% 80 (h / h) etanol ile indüksiyon odası ve görüntüleme yatak silin. PlaBir indüksiyon odasında fare ce ve oksijen içinde% 5 izofluran ile anestezi.
  2. 1 L / dakikalık bir akış oranında - (% 2 bakım, 1,5) izofluran sağlamak için vücut ısısını korumak için bir elektrikli ısıtma yastığı ve bir hassas buharlaştırıcı ucu koni takılmış bir görüntüleme yatağa fare yerleştirin. anestezi altında iken kuruluğunu önlemek için gözlerin üzerine oftalmik merhem uygulayın.
  3. nefes izlemek ve anestezi yeterli düzlem korunmasını sağlamak için bir sensör pad üzerinde yüzükoyun pozisyonda fare yerleştirin.
  4. lateral kuyruk damarı genişletmek için 2 dakika - 1 için bir ısı paketi kullanılarak kuyruk ısıtın. lateral kuyruk damarına bir 30-gauge iğne sokarak lateral kuyruk veni kateter. cerrahi yapıştırıcı ile yerinde iğne sabitleyin ve kateter sabitleyin.
  5. Yük görüntüleme tarayıcıya yatak ve kateter makinenin arkasına erişilebilir, böylece makinenin içinden yatağa taşımak.
  6. Bir Syr 18F-FDG şırıngaya kateter takıninge sürücüsü. Enjeksiyon ve tatbik edilecek hacim (<100 uL, 10 s üzerine enjekte) önce şırıngada aktivitesine dayanarak tam 18F-FDG doz (10 MBq) hesaplayın.
  7. Glukoz alımının değişkenliğine anestezi etkisini en aza indirmek için, anestezinin indüksiyonu ve (örneğin, 30 dakika) 18F-FDG enjeksiyon arasında sabit bir zaman sağlamak.
  8. PET 18F-FDG enjeksiyonundan hemen önce tarama başlar. PET taraması (3.600 ler) bittikten sonra, dokular ile Radyoaktif alımının birlikte kaydedilmesi için izin vermek için bir CT taraması (~ 10 dakika) gerçekleştirmek.
  9. , Başlangıç ​​pozisyonuna görüntüleme yatak taşı yatakta hayvan kaldırmak.
  10. Bu noktada hayvan euthanize veya kurtarmak için izin:
    1. Ötenazi için, anestezi altında hala iken servikal dislokasyon gerçekleştirmek ve sonraki analiz için ilgi organları toplamak.
    2. Fare kurtarmak için izin varsa, ısıtıcı bir ped üzerine tek bir gövde içinde fare koyun veyabir ısıtma lambası önünde. sternal yatma korumak için yeterli kendine geldi kadar fare izleyin. Fare grubu konut dönmeden önce 1 saat geri kazanılması için izin verin.

4. PET görüntü işleme

NOT: Görüntü rekonstrüksiyon araştırma işyeri yazılım v4.2 içinde edinim işyeri yazılım v1.5.0.28 ve analizi kullanılarak yapıldı.

  1. BT ve PET görüntüleri Co-kayıt ve hizalama 3-boyutlu doğru olduğundan emin olun.
    1. 'Dosya' menüsünden, 'Klasör Arama / Al' ı seçin ve verileri içeren klasörü seçin. İstenilen PET ve BT verileri seçin ve 'Genel Analiz' sekmesine tıklayın.
    2. Sıralama CR Kaynak "olarak adlandırılır ve PET 'Hedefi' olarak adlandırılır, böylece veriler. 'İş Akışı' menüsünde, 'Kayıt' seçin. görüntüler ayar gerektiriyorsa th araçları kullanmak doğru kayıtlı eş olmake 'Kayıt' menüsü.
  2. 'İş Akışı' menüsünde 'ROI miktarının belirlenmesi' seçin.
    1. İstediğiniz bölgeyi bulmak için 'Resim' sekmesinde 'Pan' ve 'Zoom' işlevlerini kullanın. 'Araçlar' menüsünden 'Oluştur' sekmesini seçin ve fırça simgesini tıklayın. Görüntünün YG'sine çizin
  3. 'Kaydet' menüsünden 'Kaydet ROI miktarının belirlenmesi' seçerek zaman-aktivite eğrileri Özü. CSV dosyası olarak verileri kaydedin.
  4. Doku cm3 başına Bq olarak radyoaktivite alımını ölçmek. CSV bir elektronik tabloya dosyasını yükleyerek cm3 (% ID / cm3) başına enjekte edilen dozun yüzdesi olarak değerleri dönüştürür.

5. Girdi Fonksiyonu

  1. Sistem nokta dağılım fonksiyonu için düzeltmek için, daha önce tarif edildiği gibi 9 reblurred Van Cittert ters evrişim yöntemi kullanılarak 5 iterasyon için tahmin edilen sistem PSF deconvolve.
    NOT: Bunun nedeni fare vena kava küçük boyutu için gereklidir.
  2. Yukarıda tarif edildiği gibi, bir kan giriş fonksiyonu zaman-aktivite eğrisi oluşturmak için sonrası ters evrişim görüntüleri kullanın.

6. Kinetik modelleme

Not: FDG, iki doku bölümünde modeli (Şekil 1), plazma giriş fonksiyonu gerektirir.

  1. CSV kan giriş fonksiyonu aşağıdaki denklem 10 kullanılarak plazma giriş fonksiyonuna dosya dönüştürme: Input_plasma = Input_blood x (0.386 E - 0.191t + 1.165).
  2. kinetik modelleme aracında 'Kinetik' butonuna tıklayın. Doku ve plazma toplam etkinlik 'Menü' den 'Yükleme Süresi Etkinlik Curve' seçerek kinetik modelleme aracı haline CSV dosyalarını saymak içe aktarın.
  3. 'Model' menüsünde 2 doku bölmeleri seçin. Bir sonraki k4 için kutusunu işaretlemeden olduğundan emin olunve ilk kez yerleştirilmesi için 0 değeri girmek vB için kutu (kan hacmi fraksiyonu) işaretini ve% 2 arasında bir değere girin.
  4. 'Fit akım bölgesini tıklayın. Dispersiyon 11, 12 için ilgi ekstre bölge düzeltin. farklı dağılım kez FDG model ki-kare değeri en aza indirerek bu elde edin.
  5. (K 1 -k 3) bölgesel oran sabitlerini hesaplamak için yüzen vB değeri (sonraki vB için kutuya onay kutusunu) ve optimize edilmiş dağılım değeri kullanılarak ikinci bir uyum gerçekleştirin. I = (k, 1 x k3) K gibi sabit bölge akını / (k 2 + k3) hesaplayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Daha önce glikoz alımının ve metabolizma 13 kinetikleri üzerinde plazma apoA-I düzeylerini arttırma etkisini araştırmak için, db / db fare modelini kullandık. Bu çalışmada gerçek zamanlı olarak gastroknemius kas içine plazmadan 18F-FDG alımını izlemek için, PET / BT görüntüleme yararını gösteren insülin ile muamele edilen db / db fareler kullanılmaktadır.

Altı haftalık db / db fareleri aneste...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada açıklanan protokol farelerdeki kan dokusu içine akışına ve daha sonra metabolizmasından glukoz alımının kinetiklerini belirlemek için sağlam, invazif olmayan bir yöntem gösterir.

Db / db fare insülin direnci ve ilgili müdahaleler incelemek için yaygın olarak kullanılmış olan, tip 2 diyabet 14 köklü bir hayvan modeli olduğu. Fakat daha önceki çalışmalarda sadece kalp 15 ve kalp ve iskelet kasında 16'da son nokt...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, BJC'ye Ulusal Görüntüleme Tesisi Sübvansiyonlu Erişim Hibesi, KAR ve PJB'ye Avustralya Ulusal Sağlık ve Tıbbi Araştırma Konseyi program hibesi (482800) ile desteklenmiştir. Yazarlar, bu yöntemin geliştirilmesindeki destekleri için Andrew Arthur, Hasar Hazme ve Marie-Claude Gregoire'a teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
PET/CT TarayıcıSiemensInveon 
18F-FDGPETNET Çözümleri
IsofluranePharmachem
30 guage iğnesiBD305106
PMOD modelleme yazılımıPMOD Technologies
BKS. Cg-Dock7m +/+  Leprdb/J farelerJackson Laboratuvarı000642
İnsan insüliniSigma-Aldrich

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jensen, M. M., Kjaer, A. Monitoring of anti-cancer treatment with (18)F-FDG and (18)F-FLT PET: a comprehensive review of pre-clinical studies. Am J Nucl Med Mol Imaging. 5, 431-456 (2015).
  2. Duncan, K., et al. (18)F-FDG-PET/CT imaging in an IL-6- and MYC-driven mouse model of human multiple myeloma affords objective evaluation of plasma cell tumor progression and therapeutic response to the proteasome inhibitor ixazomib. Blood Cancer J. 3, e165(2013).
  3. Wang, Y., Kung, A. L. 18F-FDG-PET/CT imaging of drug-induced metabolic changes in genetically engineered mouse lung cancer models. Cold Spring Harb Protoc. 2015, 176-179 (2015).
  4. 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. , (2012).
  5. Radu, C. G., Shu, C. J., Shelly, S. M., Phelps, M. E., Witte, O. N. Positron emission tomography with computed tomography imaging of neuroinflammation in experimental autoimmune encephalomyelitis. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 1937-1942 (2007).
  6. Toba, S., et al. Post-natal treatment by a blood-brain-barrier permeable calpain inhibitor, SNJ1945 rescued defective function in lissencephaly. Sci Rep. 3, 1224(2013).
  7. Halseth, A. E., Bracy, D. P., Wasserman, D. H. Overexpression of hexokinase II increases insulinand exercise-stimulated muscle glucose uptake in vivo. Am J Physiol. 276, E70-E77 (1999).
  8. Defronzo, R. A. Banting Lecture. From the triumvirate to the ominous octet: a new paradigm for the treatment of type 2 diabetes mellitus. Diabetes. 58, 773-795 (2009).
  9. Tohka, J., Reilhac, A. Deconvolution-based partial volume correction in Raclopride-PET and Monte Carlo comparison to MR-based method. NeuroImage. 39, 1570-1584 (2008).
  10. Wu, H. M., et al. et al. In vivo quantitation of glucose metabolism in mice using small-animal PET and a microfluidic device. J Nucl Med. 48, 837-845 (2007).
  11. Oikonen, V. Model equations for the dispersion of the input function in bolus infusion PET studies. , Available from: http://www.turkupetcentre.net/reports/tpcmod0003.pdf (2002).
  12. Iida, H., et al. Error analysis of a quantitative cerebral blood flow measurement using H2(15)O autoradiography and positron emission tomography, with respect to the dispersion of the input function. J Cereb Blood Flow Metab. 6, 536-545 (1986).
  13. Cochran, B. J., et al. In vivo PET imaging with [18F]FDG to explain improved glucose uptake in an apolipoprotein A-I treated mouse model of diabetes. Diabetologia. 59, 1977-1984 (2016).
  14. Kobayashi, K., et al. The db/db mouse, a model for diabetic dyslipidemia: molecular characterization and effects of Western diet feeding. Metabolism. 49, 22-31 (2000).
  15. Yue, P., et al. Magnetic resonance imaging of progressive cardiomyopathic changes in the db/db mouse. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 292, H2106-H2118 (2007).
  16. Hagberg, C. E., et al. Targeting VEGF-B as a novel treatment for insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 490, 426-430 (2012).
  17. Alf, M. F., et al. Quantification of brain glucose metabolism by 18F-FDG PET with real-time arterial and image-derived input function in mice. J Nucl Med. 54, 132-138 (2013).
  18. Tantawy, M. N., Peterson, T. E. Simplified [18F]FDG image-derived input function using the left ventricle, liver, and one venous blood sample. Molecular imaging. 9, 76-86 (2010).
  19. Thorn, S. L., et al. Repeatable noninvasive measurement of mouse myocardial glucose uptake with 18F-FDG: evaluation of tracer kinetics in a type 1 diabetes model. J Nucl Med. 54, 1637-1644 (2013).
  20. Wagner, R., Zimmer, G., Lacko, L. An interspecies approach to the investigation of the red cell membrane glucose transporter. Biochim Biophys Acta. 771, 99-102 (1984).
  21. Flores, J. E., McFarland, L. M., Vanderbilt, A., Ogasawara, A. K., Williams, S. P. 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. Mol Imaging Biol. 10, 192-200 (2008).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

In Vivo G r nt lemeki Dokulu Kompartmanl ModelVena Cava Giri Fonksiyonuteratif Dekonvol syon Y ntemiB lgesel H z Sabitlerinfluks Sabiti HesaplamasBoylamsal al malarTerap tik M dahale Etkinli i

İlgili makaleler