Функциональной визуализации бурого жира у мышей с ФДГ micro-PET/CT

Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Biology section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Метод функциональной визуализации мыши коричневой жировой ткани (BAT) описан в котором холодно-стимулированного поглощения 18F-фтордезоксиглюкозы (ФДГ) в НДТ является неинвазивным оценку со стандартизированным протоколом micro-PET/CT. Этот метод является надежным и чувствительным, чтобы обнаружить различия в BAT деятельности на мышах.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Wang, X., Minze, L. J., Shi, Z. Z. Functional Imaging of Brown Fat in Mice with 18F-FDG micro-PET/CT. J. Vis. Exp. (69), e4060, doi:10.3791/4060 (2012).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Браун жировой ткани (BAT) отличается от белой жировой ткани (WAT) ее дискретным расположением и красно-коричневый цвет из-за богатой васкуляризации и высокую плотность митохондрий. BAT играет важную роль в энергетических затрат и не дрожать термогенеза у новорожденных млекопитающих, а также взрослые 1. BAT-опосредованной термогенез высоко регулируется симпатической нервной системы, преимущественно через β адренергических рецепторов, 2, 3. Недавние исследования показали, что BAT деятельности в человеческом взрослых отрицательно коррелирует с индексом массы тела (ИМТ) и другие параметры, диабетическая 4-6. BAT, таким образом, был предложен в качестве потенциальной мишенью для терапии anti-obesity/anti-diabetes упором на модуляции энергетического баланса 6-8. Хотя несколько холодных задача на основе позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) методы, установленные для обнаружения человека BAT 9-13, по существу, отсутствует стандартизированный протокол для работы с изображениями и quantification НИМ в небольших моделях животных, таких как мыши. Здесь мы опишем надежные ПЭТ / КТ изображений методом функциональной оценки BAT у мышей. Короче говоря, взрослый C57BL/6J мышей были холодные лечение в условиях голодания на продолжительность 4 часа, прежде чем они получили одну дозу 18 F-фтордезоксиглюкозы (ФДГ). Мышей остался в холодном еще на один час после инъекции ФДГ, а затем отсканированы с небольшим животным выделенных micro-PET/CT системы. Полученные изображения ПЭТ были совместно зарегистрированы в КТ-изображений для анатомических ссылки и анализировали на поглощение ФДГ в межлопаточной области BAT представить BAT деятельности. Этот стандартизированный холодной обработки и визуализации протокола было подтверждено путем тестирования деятельностью BAT во время фармакологических вмешательств, например, подавленное BAT активации лечение β-адренорецепторов пропранололом 14, 15, или расширенной активации BAT по β3 агонист BRL37344 16. Метод де-описанными здесь может быть применен для выявления наркотиков / соединений, которые модулируют активность BAT, или чтобы идентифицировать гены / путями, которые участвуют в BAT развития и регулирования в различных доклинические и фундаментальных исследований.

Protocol

1. Подготовка животных и Лечение холодом

  1. Найдите и осмотрите 4 ° C холодную комнату, которая была одобрена для размещения лабораторных мышей.
  2. Предварительное охлаждение клеток для животных на ночь в холодной комнате. Клетки собирают без корма и подстилки, но с бутылкой воды.
  3. Утром в день эксперимента, место мышей по одному в каждой из предварительно охлажденных клетках каждые 30 мин. Каждый по отдельности клетке мыши должен оставаться в холодном помещении в течение почти 4 часа, прежде чем он транспортируется в лабораторию изображений. Убедитесь, что мыши поста, но с доступом к воде.
  4. В 4 ч после холодного транспорта лечение одного животного в то время, каждые 30 минут до изображениями Lab. Это может быть достигнуто путем заполнения контейнера пенополистирола со льдом и размещение предварительно охлажденные жилья клетки в верхней части льда внутри коробки. Свободно установите крышку на коробку из пенопласта.

2. Установка Micro-PET/CT изображений Workflow

  1. CT Приобретение: для компьютерной томографии всего тела, установить ток 500 мкА, напряжение на 80kV, время экспозиции при 200 мс и 240 шагов на 240 ° вращение. Для детектор рентгеновского излучения, выберите разрешение в "малом увеличении системе" с 78 мм осевое поле изображения и одиночный режим кровать. Выберите "реального времени реконструкции" с помощью "Общие Cone-Beam реконструкции" метод так, что хост-компьютер переговоры свыделенном реальном времени компьютерной реконструкции (Cobra), чтобы инициировать задачу.
  2. ПЭТ выбросов Приобретение: Set 600 секунд (10 минут) для "фиксированное время сканирования" в "приобрести по времени" вариант. Выберите F-18 как "исследование изотопов» и использовать 350-650 кэВ, как "уровень энергии".
  3. ПЭТ выбросов Гистограмма: Set "динамический кадр", как "черная" для обработки данных как один кадр в течение всего срока для достижения статического сканирования. Выберите "3D", как гистограмма типа и выберите "нет разброса коррекции".
  4. ПЭТ реконструкции: Используйте 2D заказанные Максимизация Subset Ожидание (OSEM2D), как реконструкция алгоритма.

3. Инъекции FDG

  1. Заказать клинических пакет из 18 F-ФДГ (10 мКи) из регионального поставщика для своего прибытия в лабораторию визуализации ~ 30 минут до запланированного первой инъекции. Следите безопасности института процедур для получения и обследовать пакет, содержащий радиоактивный материиLs (RAM).
  2. С защитой, предоставляемой L-блок столешницы щит, аликвоты ФДГ и сделать разведение стерилизованной физиологическим раствором. Разбавленной концентрации активности ФДГ должны быть доступны на 200-300 μCi/100 улица для каждой инъекции. Нарисуйте решение ФДГ в 1 мл шприц с 26G 1/2 дюйма иглы, и измерения радиоактивности всего шприц с дозой калибратора.
  3. Inject животное, которое просто переносится из холодного помещения (см. Шаг 1,4) с 100 мкл раствора ФДГ через внутрибрюшинно (IP) маршруту. Запись времени впрыска. Измерьте остаток радиоактивности шприц снова с дозой калибратора.
  4. Положить животное обратно в клетку холодную внутри холодильника пенополистирола поддерживается со льдом. Инкубируйте животных в холодном (~ 4 ° C) в течение 1 часа для поглощения FDG.
  5. Рассчитать впрыском деятельности ФДГ для каждой мыши по следующей формуле:
    Введенный деятельности (мкКи) = активность в шприце перед инъекцией- Деятельность в шприце после инъекции

4. Micro-PET/CT изображений

  1. Визуализации micro-PET/CT начинается через 1 час после введения ФДГ или 5 часов после холодной обработки. Положите животное в камеру вводного наркоза с 3% Isoflurane в кислороде.
  2. После анестезии индуцируется, животное перемещается на микро-CT гранул (животное кровать) с его голова покоилась в маске конус лица, которые непрерывно поставляет Isoflurane (2%) при расходе 2 л / мин. Электрическая грелка (Биовет, m2m изображений корпорация) находится под животным для поддержания температуры тела.
  3. Вставьте животного к входу в М.М. сканер, активировать "лазер" значок на панели инструментов, а также использовать сенсорную панель управления для перемещения кровати так, чтобы грудь животного на пересечении горизонтальных и вертикальных линий лазера. В "Лазерная Выравнивание" окне выберите "Первый тип сканирования", как КТ, и "PET приобретения включена в рабочий процесс", как Optioн.
  4. Откройте "Scout View" окно и приобрести разведчик вид рентгеновского снимка. Используйте IAW регулировать положение животного кровать так, чтобы центр поля зрения CT расположена в центре корпуса мыши (печень). Повторите этот шаг, если это необходимо.
  5. Начало "рабочий процесс", созданный в шаге 2. При варианты всплывают, выберите соответствующий 3D ПЭТ-КТ матрицы преобразования файлов, которые будут использоваться в КТ реконструкция, и выберите недавно созданный файл для нормализации ПЭТ реконструкции без ослабления коррекции. IAW затем начнет КТ и ПЭТ последовательно, как запрограммировано.
  6. После того, как весь рабочий процесс завершен, которое может занять 20-25 минут, кратко оценить качество приобретенных КТ и ПЭТ изображения с ASIPro В.М., микро-PET программного обеспечения для анализа совместно с установленной IAW. Архив визуализации данных на устройство хранения данных или передачи данных через сеть на пост станцию ​​анализа изображений (см. Шаг 5) для дальнейшего анализа.
  7. Releaсебе животное из системы визуализации и поместите его в чистую клетку корпуса с нормальной пищи и воды для ее восстановления при комнатной температуре. Системы готовы к следующему животных в очереди. Обратите внимание, заботу и обработки пост-изображений животных должны соблюдать правила института о "обработка лабораторных животных, которым вводили RAM". Также отметим, что использованные иглы / шприцы, впитывающие прокладки, перчатки, и все постельные принадлежности и фекалии должны рассматриваться как радиоактивные отходы, и обрабатывается в соответствии с институтом соответствующие правила утилизации отходов RAM распоряжении.

5. После анализа изображений

  1. Открытые исследования Inveon рабочем месте (IRW) программное обеспечение (Siemens) и вручную импортировать как КТ и ПЭТ наборов данных. Co-регистр КТ и ПЭТ изображений в "Регистрация" окна с помощью инструментов "Общий анализ" функции, и под "Обзор" окна убедитесь, что идеальное соответствие между КТ и ПЭТ фотографий во всех 3-х измерениях.
  2. От «области интереса (ROI) Количественная окна", с ссылками осуществляется совместно зарегистрированных КТ-изображений, определить BAT в межлопаточной области шеи, наиболее распространенных холодно-индуцируемых BAT у взрослых мышей, и рисовать объем процентных (ВОИ) НИМ над ПЭТ набор данных. Выберите "Voxel Intensity" как "Количественное Type" и запишите среднее радиоактивности в VOI как Бк / мл. Калибровочный коэффициент, который преобразует имп / сек Бк / мл была ранее создана путем сканирования призрак с известной радиоактивностью.
  3. ФДГ поглощения в BAT количественно как процент введенной дозы на грамм ткани (% ID / г) с распадом коррекции. Вводят внутривенно в дозе является результатом Шаг 3,5, однако, преобразуется в Беккерель (Бк) блок (1 мкКи = 37000 Бк), мы предполагаем, что 1 мл ткани равна 1 гр.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Пример micro-PET/CT изображений мышь BAT показано на рисунке 1. Хотя КТ предоставляет анатомической информации, изображений ПЭТ кодирует распределении и количестве 18 F-ФДГ поглощения по всему телу. Эти визуализации данных может рассматриваться отдельно (1А и 1В), плавленый (1C), или продемонстрировать с помощью функции 3D, такие как максимальная проекция интенсивности (MIP, 1D). С помощью инструмента 3D-визуализации, объем интерес (ВОИ), здесь межлопаточной области BAT (показаны стрелками на рисунке 1), обращается за ПЭТ-изображения и общее сигналов в VOI могут быть преобразованы в% ID / г, что составляет процент введенной дозы (% ID) на грамм ткани. У мышей продемонстрировали, FDG поглощения в BAT составляет 19% ID / г. Для того, чтобы проверить, если это холодное индукции и визуализации протокола достаточно чувствителен для обнаружения измененных деятельностью BAT, в любом случае до-регулирование или вниз-регулирование, мы использовали βадреноблокатор пропранолол, чтобы подавить BAT активации 15, и β3 агонист BRL37344 для повышения BAT индукции 16, соответственно. Эти фармакологические меры были применены в холодное время лечения и точнее, на 30 мин до введения ФДГ. ПЭТ / КТ (рис. 2A) и анализа (рис. 2В) показало, что пропранолол лечения значительно уменьшается поглощение ФДГ в BAT, в то время как BRL37344 заметно подняло поглощения, по сравнению с управления транспортным средством.

Рисунок 1
Рисунок 1. Micro-PET/CT изображений НДТ мыши после 5 часов холодным обращением. (A) корональной части изображения КТ. (B) корональных разделе ПЭТ-изображений совместно зарегистрированы с КТ «А». (C) плавленого ПЭТ / КТ изображений результатом наложения "A" и "B". (D) Максимальная интенсивность projectiна (MIP) презентации плавленого ПЭТ / КТ изображений. Желтые стрелки: область, соответствующая межлопаточной бурой жировой ткани.

Рисунок 2
Рисунок 2. Micro-PET/CT демонстрации BAT Изменение активности адренорецепторов наркотиков. (А) 18 F-ФДГ ПЭТ / КТ мышей, получавших различные препараты. а) PBS (контроль). б) Пропранолол (β антагониста, 5mg/kg, IP). Обратите внимание заметное снижение поглощения FDG в BAT области. в) BRL37344 (β3 агонист, 5mg/kg, IP). Обратите внимание значительное увеличение накопления ФДГ в BAT. Желтые стрелки: область, соответствующая межлопаточной бурой жировой ткани. (B) Количественный анализ поглощения FDG в BAT. Значения% ID / г (процент введенной дозы на грамм ткани) представлены (среднее ± SD). п = 10 для PBS группа, п = 5 для пропранолол и BRL37344 групп. * Р <0,05; **р <0,005 по сравнению с PBS группы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этом исследовании micro-PET/CT-based метод визуализации был разработан для обнаружения BAT деятельности у взрослых мышей, которые просто требуют лечения простуды и одной инъекции коммерчески доступные 18 F-ФДГ. Вся процедура может быть сделано в течение одного дня после обработки и визуализации последовательности, которая начинается каждые 30 минут, пока все животные лечатся и образ. В условиях эксперимента изложены в общей сложности 10 мышей (или 2 группы по 5 мышей) могут быть проверены в тот же день с помощью единой системы визуализации. Ограничение этого типа пропускная способность может быть снят, если 2 или более животных могут быть проверены одновременно по специально разработанной животных постели, как это было ранее сообщал 17. Для завершения исследования мы опираемся на использование комбинированной системы визуализации micro-PET/CT которая использует подробные анатомические информацию, представленную CT. Тем не менее, автономные микро-ПЭТ также в состоянии выполнить задачу, когда 57 Cо передаче сканирования добавляется в рабочий процесс до F18 приобретения данных о выбросах. 57 Данные Co передачи может быть использовано для ослабления коррекции при реконструкции изображений ПЭТ, а также может быть реконструирована для анатомической локализации.

Важным шагом этого протокола заключается в оптимизации длительности холодной обработки (например, 5 часов в данном исследовании). Короче продолжительность или ликвидации холода может привести к активности близок к фону и этот метод может быть нечувствительным к любым вниз регулирования BAT (пол-эффект). В отличие от удлиненного холодового воздействия (например, на ночь, или 24 часа) может максимально индукции и метод может стать насыщенным маскирует любые различия в до-регулирование BAT (эффект потолка). Оптимизированных условиях, описанных в этом протоколе были проверены через пропранолол подавления и β3 агонист BRL37344 тесты стимуляции (рис. 2

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Лаура Диаз, Кевин Филлипс, Вилла А. Сюэ, и король С. Ли за их полезные комментарии и техническую поддержку в разработке этого метода.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Micro-PET/CT Imaging System Siemens Medical Solutions USA, Inc. Inveon Dedicated PET System and Inveon Multimodality CT/SPECT System (docked)
Propranolol Sigma P0884
BRL 37344 Sigma B169
18F-FDG Cyclotope Inc.
C57BL/6J Male Mice Jackson Laboratory 000664 3-4 months old

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cypess, A. M., Kahn, C. R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-484 (2010).
  2. Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
  3. Collins, S., Surwit, R. S. The beta-adrenergic receptors and the control of adipose tissue metabolism and thermogenesis. Recent Prog. Horm. Res. 56, 309-328 (2001).
  4. Ouellet, V., et al. Outdoor temperature, age, sex, body mass index, and diabetic status determine the prevalence, mass, and glucose-uptake activity of 18F-FDG-detected BAT in humans. J. Clin. Endocrinol. Metab. 96, 1115-1125 (2011).
  5. Cypess, A. M. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N. Engl. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
  6. Fruhbeck, G., Becerril, S., Sainz, N., Garrastachu, P., Garcia-Velloso, M. J. BAT: a new target for human obesity. Trends Pharmacol. Sci. 30, 387-396 (2009).
  7. Cypess, A. M., Kahn, C. R. Brown fat as a therapy for obesity and diabetes. Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes Obes. 17, 143-149 (2010).
  8. Virtanen, K. A., et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. N. Engl. J. Med. 360, 1518-1525 (2009).
  9. van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. N. Engl. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
  10. Cohade, C., Mourtzikos, K. A., Wahl, R. L. "USA-Fat": prevalence is related to ambient outdoor temperature-evaluation with 18F-FDG PET/CT. J. Nucl. Med. 44, 1267-1270 (2003).
  11. Garcia, C. A. Reduction of brown fat 2-deoxy-2-[F-18]fluoro-D-glucose uptake by controlling environmental temperature prior to positron emission tomography scan. Mol. Imaging Biol. 8, 24-29 (2006).
  12. Saito, M. High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: effects of cold exposure and adiposity. Diabetes. 58, 1526-1531 (2009).
  13. Agrawal, A., Nair, N., Baghel, N. S. A novel approach for reduction of brown fat uptake on FDG PET. Br. J. Radiol. 82, 626-631 (2009).
  14. Soderlund, V., Larsson, S. A., Jacobsson, H. Reduction of FDG uptake in brown adipose tissue in clinical patients by a single dose of propranolol. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 34, 1018-1022 (2007).
  15. Zhao, J., Cannon, B., Nedergaard, J. Thermogenesis is beta3- but not beta1-adrenergically mediated in rat brown fat cells, even after cold acclimation. Am. J. Physiol. 275, 2002-2011 (1998).
  16. Rowland, D. J., Garbow, J. R., Laforest, R., Snyder, A. Z. Registration of [18F]FDG microPET and small-animal MRI. Nucl. Med. Biol. 32, 567-5672 (2005).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics