Imagem Funcional de gordura marrom em ratos com FDG micro-PET/CT

Biology

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Summary

Um método de imagiologia funcional do rato tecido adiposo castanho (BAT), que é descrito no frio estimulada a captação de 18F-fluorodeoxiglicose (FDG) em BAT é avaliada de forma não invasiva com um protocolo padronizado micro-PET/CT. Este método é robusto e sensível para detectar diferenças nas atividades da BAT em modelos do rato.

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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

Tecido adiposo castanho (BAT) difere do tecido adiposo branco (WAT) pela sua localização discreta e uma cor castanho-avermelhada devido à vascularização rica e de alta densidade de mitocôndrias. BAT desempenha um papel importante no gasto de energia e de não-termogénese tremendo em mamíferos recém-nascidos, bem como os adultos 1. BAT termogénese mediada é altamente regulada pelo sistema nervoso simpático, predominantemente através do receptor adrenérgico β 2, 3. Estudos recentes têm mostrado que as atividades da BAT em ​​adultos humanos são negativamente correlacionados com índice de massa corporal (IMC) e os parâmetros de outros diabéticos 4-6. BAT tem assim sido proposto como um alvo potencial para a terapia anti-obesity/anti-diabetes focando modulação do balanço energético de 6-8. Embora vários frios desafio baseados em tomografia por emissão de pósitrons (PET) são estabelecidos métodos para a detecção de BAT humana 9-13, basicamente, não há protocolo padronizado para imagens e quantifcação da BAT em modelos animais de pequeno porte, como ratos. Aqui nós descrevemos um método de imagem robusta PET / CT para avaliação funcional da BAT em camundongos. Resumidamente, os ratinhos adultos C57BL/6J foram tratados a frio sob condições de jejum por um período de 4 horas antes de receberem uma dose de 18 F-Fluorodeoxiglicose (FDG). Os ratos foram permaneceu no frio durante uma hora após a injecção adicional FDG, e, em seguida, digitalizado por um sistema micro-PET/CT pequeno animal dedicado. As imagens de PET adquiridas foram co-registradas com as imagens de CT de referências anatômicas e analisadas para FDG na área BAT interescapular de apresentar atividade BAT. Este padrão frio-tratamento e protocolo de imagem tiver sido validado através de actividades MTD teste durante intervenções farmacológicas, por exemplo, a activação BAT suprimida pelo tratamento de β-adrenoceptor antagonista propanolol 14, 15, ou a activação BAT reforçada por β3 agonista BRL37344 16. O método described aqui pode ser aplicado para o rastreio de drogas / compostos que modulam a actividade BAT, ou para identificar genes / vias que estão envolvidas no desenvolvimento e regulação de BAT em vários estudos pré-clínicos e básicos.

Protocol

1. Preparação animal e tratamento a frio

  1. Localize e inspecione a 4 ° C sala fria que tenha sido aprovado para acomodar ratos de laboratório.
  2. Pré-frio gaiolas dos animais durante a noite no quarto frio. As gaiolas são montadas sem alimentos e roupas, mas com uma garrafa de água.
  3. Na manhã do dia experimental, os ratos lugar, uma a uma em cada uma das gaiolas pré-resfriada em intervalos de 30 min. Cada rato isoladamente enjaulado deve ficar no quarto frio por quase quatro horas antes de ser transportado para o laboratório de imagens. Garantir os ratos estão em jejum, mas com acesso à água.
  4. Às 4 horas transporte, tratamento pós-frio um animal de uma vez a cada 30 min para o Laboratório de imagem. Isto pode ser conseguido por enchimento de um recipiente de isopor com gelo e a colocação de uma gaiola de alojamento pré-arrefecida em cima do gelo no interior da caixa. Vagamente colocar a tampa na caixa de isopor.

2. Configuração Micro-PET/CT imagem de fluxo de trabalho

  1. Aquisição CT: Para um corpo inteiro TC, definida como a atual em 500 uA, tensão em 80kV, tempo de exposição a 200 ms e 240 passos para 240 ° de rotação. Para detector de raios-X, selecione a resolução de "ampliação de sistema de baixo" com 78 mm axial campo de imagem e modo de cama de solteiro. Selecione "reconstrução tempo real" com o "Common Cone Beam-Reconstrução" método para que as negociações de acolhimento de PC comum computador dedicado reconstrução em tempo real (Cobra) para iniciar a tarefa.
  2. PET Aquisição de emissão: Conjunto de 600 segundos (10 minutos) para "tempo de varredura fixa" em "adquirir pelo tempo" opção. Selecione F-18 como "estudo de isótopos" e usar 350-650 keV como "nível de energia".
  3. PET Histograma de emissão: "quadro dinâmico" Definir como "negro" para processar os dados como uma moldura para toda a duração de alcançar varredura estática. Selecione "3D" como o tipo de histograma e escolher "correção sem dispersão".
  4. PET Reconstrução: Use Maximização da Expectativa 2D ordered subset (OSEM2D) como o algoritmo de reconstrução.

3. A injeção de FDG

  1. Encomendar um pacote clínico de 18 F-FDG (10 mCi) a partir de um fornecedor regional para a sua chegada ao laboratório de imagens ~ 30 min antes da administração programada primeiro. Siga os procedimentos do instituto de segurança para receber e examinar o pacote contendo materia radioativols (RAM).
  2. Com a proteção fornecida por um escudo topo L-bloco de mesa, alíquota do FDG e fazer diluições com solução salina estéril. A concentração da atividade diluída de FDG deve estar disponível em 200-300 ul μCi/100 para cada injeção. Extrair a solução de FDG para uma seringa de 1 ml com 26G meia polegada da agulha e medir a radioactividade da seringa inteiro com um calibrador de dose.
  3. Injectar o animal que está a apenas transportados da sala fria (ver Passo 1.4) com 100 ul de solução de FDG através da via intraperitoneal (ip). Registre o tempo de injeção. Medir a radioactividade do resíduo seringa novamente com o calibrador de dose.
  4. Colocar o animal de volta para a jaula frio dentro de um refrigerador de isopor com gelo mantido. Incubar o animal no frio (~ 4 ° C) durante 1 hora para absorção de FDG.
  5. Calcular a actividade da FDG injectado para cada ratinho através da seguinte fórmula:
    Injetado atividade (iCi) = atividade na seringa antes da injeção- Atividade em seringa após a injeção

4. Micro-PET/CT imagem

  1. A imagiologia micro-PET/CT começa 1 hora após a injecção de FDG ou 5 horas após o tratamento a frio. Coloque o animal em uma câmara de indução anestésica com 3% de isoflurano em oxigênio.
  2. Uma vez que a anestesia é induzida, o animal é movido para uma pastilha de micro-CT (cama de animais) com a sua cabeça apoiada no interior de uma máscara facial de cone que proporciona continuamente isoflurano (2%) a uma taxa de fluxo de 2 L / min. Uma almofada de aquecimento eléctrico (Biovet, m2m Imaging Corp) é colocado sob o animal para ajudar a manter a temperatura do corpo.
  3. Deslize o animal até a entrada do scanner MM, ativar o "laser" ícone na barra de ferramentas, e usar o controle touchpad para mover a cama de modo que o peito do animal é a cruz de linhas de laser horizontal e vertical. Na janela "Laser Alinhar", selecione "tipo de digitalização primeira", como tomografia computadorizada, e "aquisição PET incluído no fluxo de trabalho", como o option.
  4. Abra o "Scout View" janela e adquirir uma visão batedor de raios-x radiografia. Use IAW para ajustar a posição da cama dos animais de modo que o centro do campo de vista da CT está localizado no centro do corpo do rato (fígado). Repita este passo, se necessário.
  5. Inicie o "fluxo de trabalho", estabelecido no Passo 2. Quando as opções de pop-up, selecione uma adequada 3D PET-CT transformação arquivo de matriz para ser usado no CT de reconstrução, e escolher um arquivo de normalização recentemente criado para PET reconstrução sem correção de atenuação. O IAW, então, começar CT e PET sequencialmente como programado.
  6. Depois de todo o fluxo de trabalho é completado, o que pode demorar 20-25 min, rapidamente avaliar a qualidade da CT adquirido e as imagens de PET com o VM ASIPro, um software de análise de micro-PET co-instalado com MDI. Arquivar os dados de imagem em um dispositivo de armazenamento de dados ou transferir os dados através da rede para uma estação de trabalho de pós imagem análise (ver Etapa 5) para análise posterior.
  7. Release o animal a partir dos sistemas de imagem e colocá-lo a uma gaiola de habitação limpo com comida normal e o abastecimento de água para a sua recuperação, à temperatura ambiente. Os sistemas são agora pronto para que o animal seguinte na fila. Observe o cuidado e manuseio de pós-imagem animais devem seguir as normas do instituto sobre "manipulação de animais de laboratório injetados com RAM". Observe também que as agulhas usadas / seringas, os absorventes, luvas e roupa de cama todos e matéria fecal devem ser considerados como resíduos radioactivos, e tratadas de acordo com relevantes do instituto RAM regulamentos de eliminação de resíduos.

5. Pós-imagem Análise

  1. Aberto Pesquisa Inveon Workplace software (IRW) (Siemens) e importar manualmente CT e conjuntos de dados de PET. Co-registo CT e imagens de PET em "Registo" janela usando ferramentas com o "General análise", função e sob a "Revisão" janela garantir um perfeito alinhamento entre CT e PET imagens em 3 dimensões.
  2. De "região de interesse (ROI) Quantificação" janela, com as referências fornecidas pelas imagens co-registradas CT, identificar BAT na região interescapular do pescoço, o mais predominante BAT frio induzida em ratos adultos, e desenhar volume de juros (VOI) da BAT sobre o conjunto de dados PET. Selecione "Intensidade Voxel" como o "Tipo de Quantificação" e registrar a média radioatividade dentro do VOI como Bq / ml. Um factor de calibração, que converte as contagens / seg para Bq / ml foi previamente estabelecido pela digitalização de um fantasma com radioactividade conhecida.
  3. FDG na BAT é quantificado como dose percentual injectada por grama de tecido (% ID / g) com correção de decadência. A dose injectada é o resultado do passo 3.5, no entanto, converteu-se a unidade de becquerel (Bq) (1 uCi = 37000 Bq); assumimos que 1 ml de tecido igual a 1 g.

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Representative Results

Um exemplo de micro-PET/CT imagiologia de BAT rato é mostrada na Figura 1. Embora a imagiologia CT fornece informações anatómicas, a imagiologia PET codifica a distribuição e a quantidade de absorção de 18 F-FDG por todo o corpo. Estes dados de imagem podem ser vistos separadamente (1A e 1B), fundido (1C), ou demonstrado com um recurso 3D, como projeção de intensidade máxima (MIP, 1D). Com a ajuda de uma ferramenta de imagem 3D, um volume de interesse (VOI), aqui na região interescapular BAT (indicada por setas na Figura 1), é desenhada sobre as imagens de PET e os sinais totais dentro do VOI pode ser convertida em% ID / g, que representa a percentagem de dose injectada (% ID) por grama de tecido. No ratinho demonstrado, FDG na BAT é ID 19% / g. De modo a verificar se esta indução frio e protocolo de imagem é sensível o bastante para detectar uma actividade BAT alteradas, em ambos os casos de sobre-regulação ou regulação, foi utilizado βantagonista adrenérgico propranolol para suprimir a activação MTD 15, e β3 BRL37344 agonista para aumentar a indução MTD 16, respectivamente. Estas intervenções farmacológicas foram aplicadas durante o tratamento a frio e com precisão, a 30 min antes da injecção de FDG. PET / CT (Figura 2A) e da análise (figura 2B) demonstraram que o tratamento de propranolol reduziu significativamente a absorção de FDG em BAT, enquanto BRL37344 marcadamente elevada a absorção, em comparação com o controlo de veículo.

Figura 1
Figura 1. Micro-PET/CT imagem de BAT em ​​um rato depois de 5 horas frio tratamento. (A) A secção coronal da imagem do CT. (B) A secção coronal de imagem PET co-registrado com o CT em "A". (C) Uma imagem PET / CT fundido resultante da sobreposição de "A" e "B". (D) a intensidade máxima projectiem (MIP) apresentação dos fundidos de PET / CT imagens. Setas amarelas: a área correspondente ao tecido adiposo interescapular castanho.

Figura 2
Figura 2. Micro-PET/CT demonstração de alteração actividade BAT por fármacos adrenérgicos. (A) 18 F-FDG PET / CT de ratinhos tratados com drogas diferentes. a) PBS (controlo). b) O propranolol (β antagonista, 5mg/kg, ip). Observe uma acentuada redução da captação de FDG na área BAT. c) BRL37344 (β3 agonista, 5mg/kg, ip). Notar um aumento significativo na acumulação de FDG em BAT. Setas amarelas: a área correspondente ao tecido adiposo interescapular castanho. (B) A análise quantitativa da captação de FDG em BAT. Os valores de% ID / g (a percentagem de dose injectada por grama de tecido) estão apresentados (média ± SD). n = 10 para o grupo de PBS, n = 5, para ambos os grupos de propranolol e BRL37344. *, P <0,05; **p <0,005, comparado com o grupo PBS.

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Discussion

Neste estudo, um método de imagem micro-PET/CT-based tem sido desenvolvido para a detecção de actividades de MTD em ratos adultos que apenas exige um tratamento a frio e uma injecção de produtos comercialmente disponíveis 18 F-FDG. Todo o procedimento pode ser realizado em um dia após o tratamento e a sequência de imagens, que se inicia a cada 30 minutos até que todos os animais são tratados e fotografada. Sob as condições experimentais descritas, um total de 10 ratos (ou 2 grupos de 5 ratos) podem ser testados no mesmo dia, com um sistema de imagem única. A limitação a este tipo de produção pode ser levantada, se dois ou mais animais podem ser verificados simultaneamente sobre uma cama de animais especialmente concebidas, tal como foi relatado previamente 17. Para completar o estudo que se baseiam na utilização de um sistema combinado de imagem micro-PET/CT que tira partido da informação detalhada anatómico fornecido pelo CT. No entanto, um independente micro-PET é também capaz de cumprir a tarefa quando um C 57o envio de verificação é adicionado ao fluxo de trabalho, antes da aquisição de dados de emissão F18. Os 57 dados de transmissão de Co pode ser usado para correcção de atenuação durante a reconstrução da imagem PET e pode também ser reconstituída para localização anatómica.

Uma etapa fundamental deste protocolo é para optimizar a duração do tratamento a frio (por exemplo, 5 horas, neste estudo). Um menor tempo de duração ou a eliminação da exposição ao frio pode produzir uma atividade perto do fundo eo método pode ser insensível a qualquer regulação da BAT (efeito solo). Em contraste, uma exposição alongada frio (por exemplo, horas de noite, ou 24), pode maximizar a indução e o método pode tornar-se saturado mascarando quaisquer diferenças na regulação superior da MTD (o efeito de tecto). As condições otimizadas descritas neste protocolo foram validados através da supressão de propranolol e β3 agonistas testes de estimulação BRL37344 (Figura 2

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer a Laura Diaz, Kevin Phillips, Willa A. Hsueh, e King C. Li por seu apoio útil comentários e técnica no desenvolvimento deste método.

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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