FDG micro-PET/CT와 마우스의 브라운 지방의 기능 영상

Biology

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Summary

마우스 갈색 지방 조직 (BAT)의 기능 영상의 방식은 BAT에서 18F-Fluorodeoxyglucose의 냉 자극 이해 (FDG)가 아닌 invasively 표준화 micro-PET/CT 프로토콜로 과세되는 설명되어 있습니다. 이 방법은 마우스 모델에서 BAT 활동의 차이를 감지 할 강력하고 민감하다.

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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).

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Abstract

갈색 지방 조직 (BAT)는 별개의 위치와 풍부한 vascularization과 미토콘드리아의 높은 밀도로 인해 갈색 - 붉은 색으로 흰색 지방 조직 (와트)에서 다릅니다. BAT는 에너지 지출 및 비 떨고 thermogenesis 신생아 포유 동물에서뿐만 아니라 성인 1 중요한 역할을 담당하고 있습니다. BAT로 인한 thermogenesis가 높은 β 아드레날린 수용체 2, 3을 통해 주로, 교감 신경계에 의해 조절된다. 최근 연구는 인간의 성인 BAT 활동이 부정적인 신체 질량 지수 (BMI) 및 기타 당뇨병 매개 변수 4-6과 상관 아르 것으로 나타났습니다. BAT 따라서 anti-obesity/anti-diabetes 요법은 에너지 밸런스 6-8의 변조에 초점을위한 잠재적 인 타겟으로 제안되었습니다. 여러 추위 도전 기반의 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 방법은 인간의 BAT 9-13을 검출하기 위해 설립 있지만, 이미징 및 quantif에 대한 표준화 된 프로토콜은 기본적으로 없습니다같은 마우스와 같은 작은 동물 모델에서 BAT의 ication. 여기 쥐 BAT의 기능 평가를위한 강력한 PET / CT 이미징 방법을 설명합니다. 간단히, 성인 C57BL/6J 마우스는 18 F-Fluorodeoxyglucose (FDG) 중 하나 복용량을받은 전에 4 시간 기간 동안 금식 조건에서 처리 추위했다. 마우스는 하나의 추가 시간 후 FDG 주입을 위해 추위에 남아, 그리고 작은 동물 전용 micro-PET/CT 시스템을 스캔했다. 획득 PET 이미지는 해부학 적 참조에 대한 중부 표준시 이미지와 함께 공동 등록 BAT 활동을 제시 할 수있는 interscapular BAT 지역의 FDG의 이해를 분석했다. 이 추위에 치료 표준화 및 이미징 프로토콜 약리 개입하는 동안 테스트 BAT 활동을 통해 검증 된, 예를 들어, β-adrenoceptor 14, 15 propranolol 길항제, 또는 β3 작용제 BRL37344 16 향상된 BAT 활성화의 치료에 의해 ​​억압 BAT 활성화. 방법 DES여기 cribed는 BAT의 활동을 조절하거나, 유전자 / 다양한 잠복기 및 기본 연구 BAT 개발 및 규제에 관련된 경로를 확인하기 위해 약물 / 화합물에 대한 화면으로 적용 할 수 있습니다.

Protocol

1. 동물 준비 및 감기 치료

  1. 실험실 쥐를 수용하기위한 승인 된 4 ° C 감기에 방을 찾아 검사한다.
  2. 추운 방에서 하룻밤 사전 냉기 동물 케이지. 케이지는 피드와 침구없이 물이 병으로 조립된다.
  3. 실험 하루 아침에, 장소 마우스 30 분 간격으로 미리 차가운 케이지의 각에 하나씩. 이 영상 실험실로 이송되기 전에 각 단독 갇힌 마우스는 거의 4 시간의 추운 방에서 숙박해야합니다. 쥐가 물이에 액세스 할 수 있도록 금식.
  4. 이미징 랩에 한 번에 4 시간 게시물 감기 치료 운송에 하나의 동물은 매일 30 분. 이것은 얼음는 스티로폼 컨테이너를 입력하고 상자 안에 얼음 위에 미리 차가운 주택 케이지를 삽입함으로써 달성 될 수있다. 대충 스티로폼 상자에 덮개를 놓습니다.

2. 설치 Micro-PET/CT 이미징 워크 플로우

  1. 중부 표준시 취득 : 몸 전체 CT 촬영의 경우는, 500에서 현재 UA, 80kV, 200 밀리 초에서 노출 시간 및 240 ° 회전 240 단계에서 전압을 설정합니다. X-선 검출기를 들어, 78mm 축 이미징 분야와 싱글 침대 모드로 "낮은 시스템 배율"에서 해상도를 선택합니다. 그 때문에 '일반 콘 - 빔 재건 "방법을 사용하여"실시간 복구 "를 선택으로 호스트 PC 회담작업을 시작하기위한 전용 실시간 재건 컴퓨터 (코브라).
  2. PET 방출 취득 : "시간에 의해 취득"옵션에서 "고정 스캔 시간"에 대한 설정 600 초 (10 분). "연구 동위 원소"로 F-18를 선택하고 "에너지 수준"이라고 350-650 케빈를 사용합니다.
  3. PET 방출 히스토그램 : 정적 검사를 달성 할 수있는 전체 기간에 대해 하나의 프레임으로 프로세스 데이터에 "검정"으로 설정 "동적 프레임". 히스토그램 유형으로 "3D"를 선택하고 "더 분산 보정 '을 선택하지 않습니다.
  4. PET 재건 : 재건 알고리즘으로 2D 순서 Subset이 기대 극대화 (OSEM2D)를 사용합니다.

3. FDG의 주입

  1. 영상 실험실로 도착 ~ 30 분 예약 첫번째 주입하기 전에에 대한 지역 업체에서 18 F-FDG (10 MCI)의 임상 패키지를 주문하십시오. 방사성 물질이 포함 된 패키지를 받아 조사하는 연구소의 안전 절차를 따르십시오혹시 (RAM).
  2. L-블록 테이블 탑 쉴드, 나누어지는 FDG와 살균 식염수에 dilutions을가 제공하는 보호를 갖추고 있습니다. FDG의 희석 활동 농도는 각 분사에 대한 200-300 μCi/100 UL에서 사용할 수 있습니다. 26G 2분의 1 인치 바늘로 1 ML의 주사기에 FDG 솔루션을 그리기, 그리고 선량 캘리브레이터을 가지고있는 전체의 주사기의 방사능을 측정합니다.
  3. 단지 intraperitoneal (IP) 경로를 통해 FDG 솔루션 100 μl와 함께 추운 방 (단계 1.4 참조) 운송되는 동물을 주사. 분사 시간을 기록합니다. 선량 캘리브레이터로 다시 주사기의 잔류 방사능을 측정합니다.
  4. 얼음 유지는 스티로폼 쿨러 내부의 차가운 케이지에 다시 동물을 놔. FDG의 이해를위한 1 시간에 추위 (~ 4 ° C)에서 동물을 길러.
  5. 다음 수식에 의해 각 마우스의 주입 FDG 활동을 계산할 수 있습니다 :
    주사 전에 주사기에 주입 활동 (μCi) = 활동- 주입 후 주사기 활동

4. Micro-PET/CT 이미징

  1. micro-PET/CT 영상은 추위 치료 후 FDG 분사 또는 5 시간 후 1 시간을 시작합니다. 산소의 Isoflurane 3%로 마취 유도 챔버에 동물을 놔.
  2. 일단 마취가 유도되고, 동물의 머리가 지속적으로 2 L / 분의 유량에서 (2 %) Isoflurane 제공하는 콘 얼굴 마스크 내에서 휴식과 마이크로-CT 펠릿 (동물 침대)에 이동합니다. 전기 가열 패드 (BioVet, M2M 이미징 주식회사)는 몸의 온도를 유지하기 위해 동물에서 배치됩니다.
  3. MM 스캐너의 입구에 동물을 슬라이드하면, 도구 모음에서 "레이저"아이콘을 활성화하고, 동물의 가슴은 수평 및 수직 레이저 라인 십자가 위에 오도록 침대를 이동하려면 터치 패드 컨트롤을 사용합니다. '레이저 정렬'창에서 optio로 "PET 인수가 워크 플로에 포함"CT 촬영으로 "처음 스캔 유형"을 선택하고,N.
  4. "스카우트보기 '창을 열고 X-레이 방사선 스카우트보기를 취득. 중부 표준시의 전망의 중앙 필드는 마우스 본체 (간)의 중심부에 위치한 있도록 동물 침대의 위치를​​ 조정하는 법에 사용합니다. 이 단계 필요한 경우를 반복합니다.
  5. 2 단계에서 설립 된 "워크 플로우"를 시작합니다. 옵션이 팝업되면, CT 재건에 사용될 수있는 적절한 3D PET-CT 변환 매트릭스 파일을 선택하고 더 감쇠 보정과 PET 재건을위한 최근에 만든 정상화 파일을 선택합니다. 법에는 중부 표준시와 PET 스캔 순서로 프로그램을 시작합니다.
  6. 전체 워크 플로우가 완료되면, 이는 20-25 분 걸릴 수 있습니다, 간단히 획득 중부 표준시와 ASIPro VM, 마이크로 PET 분석 소프트웨어 법에와 공동으로 설치되어있는 PET 이미지의 품질을 평가합니다. 아카이브는 영상 데이터 저장 장치에 데이터 나 추가 분석을 위해 게시물을 영상 분석 워크 스테이션 (5 단계 참조) 네트워크를 통해 데이터를 전송합니다.
  7. ReleaSE는 이미징 시스템에서 동물과 상온에서의 복구를위한 정상적인 음식과 물 공급과 깨끗한 주택 케이지에 넣습니다. 시스템은 현재 대기열에있는 다음 동물에 대한 준비가되어 있습니다. 후 영상 동물의 관리 및 취급이 "RAM으로 주입 실험 동물의 취급"에 관한 연구소의 규정을 준수해야합니다. 또한 연구소의 관련 RAM 폐기물 처리 규정에 따라 바늘 / 주사기, 흡수성 패드, 장갑, 모든 침구를 사용하고 대변가 방사성 폐기물로 간주되어야하며 처리된다는 점에 유의하십시오.

5. 후 영상 분석

  1. 수동으로 열기 Inveon 연구 직장 (IRW) 소프트웨어 (지멘스)과 중부 표준시와 PET 데이터 세트를 모두 가져옵니다. "등록"에서 "일반 분석"기능과 도구를 사용하여 창 및 "검토"창 아래에 공동 등록 중부 표준시와 PET 이미지는 중부 표준시와 모든 3 차원의 PET 이미지 사이의 완벽한 정렬을해야합니다.
  2. 공동 등록 중부 표준시 이미지가 제공하는 참조로 "관심 영역 (ROI) 정량화"창에서, 목, 성인 쥐에서 가장 지배적 인 냉 inducible의 BAT의 interscapular 지역에서 BAT를 확인하고, 관심 볼륨을 그리는 (VOI) PET 데이터 세트 이상 BAT의. "정량화 유형 '으로"Voxel 강도 "를 선택하고 BQ / ML로 VOI 내에서 평균 방사능을 기록합니다. BQ / ML에 카운트 / 초 변환 교정 계수는 이전에 알려진 방사능과 팬텀을 검색하여 설립되었습니다.
  3. BAT에서 FDG의 이해는 붕괴 보정과 그램 조직 당 비율 주입 용량 (% ID / g)으로 정량화되어 있습니다. 주입 용량 단계 3.5의 결과 그러나, becquerel (BQ) 단위 (1 μCi = 37,000 BQ)로 변환, 우리는 조직의 1 ML은 1g에 동일 있다고 가정합니다.

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Representative Results

마우스 BAT의 micro-PET/CT 영상의 예는 그림 1에 표시됩니다. 중부 표준시 영상은 해부학 적 정보를 제공하지만, PET 영상은 몸 전체에 걸쳐 18 F-FDG의 호응을 배포하고 수량을 인코딩합니다. 이 영상 자료는 (1C) 융​​합, 또는 최대 강도 투사 (MIP, 1D)와 같은 3D 기능을 시연 (1A 및 1B) 개별적으로 볼 수 있습니다. 3D 이미징 도구, 관심 볼륨 (VOI)의 도움으로, 여기 interscapular BAT 지역은 (그림 1의 화살표로 표시), PET 이미지와 VOI 내의 총 신호를 통해 ​​그려집니다는 % ID로 변환 할 수 있습니다 조직 g 당 비율 주입 용량 (% ID)를 나타내는 / g. 마우스가 시연에서, BAT에서 FDG의 이해는 19 % ID / g입니다. 이 추위 유도 및 이미징 프로토콜가 규제 또는 아래로 규제 중 하나 경우, 변경된 BAT의 활동을 감지 할 수있을만큼 문자를 구분합니다 있는지 확인하기 위해, 우리는 β를 사용adrenoceptor 길항제는 각각 BAT 유도 16, 향상 할 수 BRL37344 BAT 활성화 15, β3 작용제를 억제하기 위해 propranolol. 이러한 약리 개입은 FDG의 주입 전에 30 분에서 정확하게 감기 치료 기간 동안 적용되었습니다. BRL37344가 현저히로 차량 제어에 비해 이해를 올렸다 반면, PET / CT 영상 (그림 2A) 및 분석 (그림 2B)는 propranolol 치료가 크게 BAT에서 FDG의 이해를 줄일 것으로 나타났다.

그림 1
그림 1. 5 시간의 냉 치료 후 마우스 BAT의 Micro-PET/CT 영상. 중부 표준시 이미지의 (A) 코로나 절을 참조하십시오. (B) PET 이미지의 코로나 섹션은 "A"에서 중부 표준시와 공동 등록되어 있습니다. (C) 용융 PET / CT 이미지는 "A"와 "B"의 중첩으로 인한. (D) 최대 강도 projecti융합 PET / CT의 이미지 (MIP) 프리젠 테이션 있습니다. 노란색 화살표 : interscapular 갈색 지방 조직에 해당하는 공간이 마련되어 있습니다.

그림 2
그림 2. adrenoceptor 의약품으로 BAT 활동 변경의 데모를 Micro-PET/CT. 다른 약물로 치료 쥐 (A) 18 F-FDG PET / CT 영상. ) PBS (제어). B) (β 길항제, 5mg/kg, IP) Propranolol. BAT 지역의 FDG의 호응을 마크 감소합니다. C) BRL37344 (β3 작용제, 5mg/kg, IP). BAT에서 FDG의 축적에 상당한 증가합니다. 노란색 화살표 : interscapular 갈색 지방 조직에 해당하는 공간이 마련되어 있습니다. BAT에서 FDG의 호응을 (B) 정량 분석​​. %의 값은 ID / g (비율 조직 g 당 약을 주입) (± SD를 의미) 제공됩니다. N PBS 그룹 = 10, N 모두 Propranolol 및 BRL37344 그룹 = 5. * P <0.05; **P <0.005이 아니라 PBS 그룹과 비교했다.

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Discussion

본 연구에서는 micro-PET/CT-based 이미징 방법은 단순히 감기 치료 18 F-FDG 상업적으로 이용 가능한 중 하나 주입을 필요로 성인 쥐 BAT 활동을 검출하기 위해 개발되었습니다. 전체 절차는 치료 및 모든 동물 취급 이미징 때까지 매 30 분마다 시작 이미징 순서에 따라 하루에 수행 할 수 있습니다. 에 설명 된 실험 조건 하에서, 10 마우스 (5 마우스 2 그룹)의 총은 하나의 영상 시스템과 같은 날에 테스트 할 수 있습니다. 이 이전 17 신고되었습니다로 2 개 이상의 동물이 특별히 고안된 동물 침대에 동시에 스캔 할 수없는 경우 처리량이 유형에 제한이 해제 될 수 있습니다. 우리는 중부 표준시에서 제공하는 자세한 해부학 적 정보를 활용 결합 micro-PET/CT 이미징 시스템의 사용에 의존하는 연구를 완료합니다. 그러나 독립 마이크로 PET는 또한 때 57 C 작업을 수행 할 수 있습니다O 전송 스캔 전에 F18 방출 데이터 수집에 대한 워크 플로에 추가됩니다. 57 공동 전송 데이터는 PET 이미지 재건하는 동안 감쇠 보정에 사용할 수 있으며, 해부학 현지화에 대한 복원 할 수 있습니다.

이 프로토콜의 중요한 단계는 감기 치료 (예를 들어,이 연구 5 시간)의 시간을 최적화하는 것입니다. 짧은 기간 시간이나 추위 노출의 제거 가까운 배경에 활동을 생성 할 수 있으며 방법은 BAT의 다운 규제 (바닥 효과)에 문자를 구별 할 수 있습니다. 대조적으로, 가늘고 긴 추위 노출 (예 : 야간, 또는 24 시간 등) BAT의 최대 규제 (천장 효과)에 차이를 마스킹 포화 될 수있는 유도와 방법을 극대화 할 수 있습니다. 이 프로토콜에 설명 된 최적의 조건은 propranolol 억제 및 β3 작용제 BRL37344 자극 검사 (그림 2를 통해 확인 된

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Disclosures

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

Acknowledgements

저자는이 방법을 개발에서의 의견 도움 및 기술 지원을위한 로라 디아즈, 케빈 필립스, 윌라 A. Hsueh, 그리고 왕 C. 리를 감사드립니다.

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

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