كيرينكوف التلألؤ التصوير من الأنسجة الدهنية بين الكتفين براون

1Molecular Imaging Laboratory, MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School, 2Center for Drug Discovery, School of Pharmacy, China Pharmaceutical University, 3Perkin Elmer
Medicine
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue. J. Vis. Exp. (92), e51790, doi:10.3791/51790 (2014).

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

Introduction

البني الأنسجة الدهنية (BAT) هو الأنسجة خاصة لتوليد الحرارة في الثدييات، واحدة من المهام الرئيسية لها هو الحفاظ على توازن الطاقة في الجسم كله من خلال تشتيت كميات كبيرة من المواد الكيميائية / الطاقة الغذائية في شكل حرارة 1. وتشمل الخصائص BAT الأكثر فريدة وفيرة فك ربط البروتين 1 (UCP-1) التعبير وفرة قطرات النفط الصغيرة، وعدد كبير من الميتوكوندريا في خلية واحدة، والأوعية الدموية كبير في الأنسجة 2-5. هذه الميزات الفريدة المنتسبين بقوة مع الدور المهم الأنسجة في نفقات التمثيل الغذائي والطاقة. اعتبر سابقا أن يكون BAT لم تعد موجودة و لا تملك وظائف فسيولوجية مهمة في البشر البالغين لكن الأخيرة التحقيقات التصوير PET / CT وقد أظهرت بوضوح أن BAT لا يزال يعرض في البالغين البشري 2،3،6-9. أنشئ علاقة عكسية بين كتلة BAT ومؤشر كتلة الجسم (BMI) من عدة دراسات، وإعادةأشارت الدراسات المائة أن التمارين البدنية يمكن أن تزيد كتلة BAT. هذه النتائج تشير بقوة إلى أن الخلل من BAT يرتبط بإحكام مع أمراض السمنة والسكري 2،6،10،11. بالإضافة إلى ذلك، أدلة متزايدة تشير إلى أن وظيفة BAT يرتبط بقوة لمختلف الأمراض الأخرى مثل مرض الاعصاب والسرطان 3،7،12،13.

تفعيل BAT، وهي عملية لزيادة توليد الحرارة، يمكن أن يتحقق في ظل ظروف مختلفة مثل التعرض للبرد، وممارسة، والعلاج من تعاطي المخدرات والتلاعب الجيني 1،14،15. التعرض للبرد والعلاج بافراز هي الأساليب الأكثر استخداما لتفعيل BAT. الباردة، والتي يمكن أن تشعر به آليات مختلفة مثل thermoreceptors في الجلد، ويحفز الأعصاب متعاطفة ويؤدي إلى إطلاق سراح بافراز (NE) إلى BAT. وNE يطلق سراح UCP-1 إلى تهيئة توليد الحرارة للحفاظ على درجة حرارة الجسم العادية. تحت هذا conditiعلى، وامتصاص الجلوكوز يزيد أيضا إلى توفير المزيد من مصادر الكربون لزيادة التمثيل الغذائي في BAT 1،16،17. وأكدت التصوير PET مع 18F-FDG أن امتصاص الجلوكوز وصفت زيادة في ظل الظروف الباردة في الدراسات الإنسانية 6.

من حيث التصوير الضوئي، BAT هو الهدف المثالي. وBAT بين الكتفين بموقع فريد في الفئران، وتقع بعيدا عن الأجهزة الكبيرة مثل الكبد والقلب والمعدة. وبالتالي، تدخل إشارة من هذه الأجهزة غير ذات أهمية كبيرة (الشكل 1A). وفي الوقت نفسه، الموقع الضحلة BAT بين الكتفين يسمح بمزيد من إشارات ليتم التقاطها بواسطة كاميرا الكشف. وعلاوة على ذلك، BAT هو الجهاز الشامل المركزة، والتي تحصر إشارة خفيفة في بعض المناطق. بالإضافة إلى ذلك، الشكل المادي الثلاثي الفريد من BAT يجعل من السهل تمييزها عن الأنسجة الأخرى (الشكل 1A).

التصوير كيرينكوف التلألؤ (CLI)، ومول ظهرت حديثاتكنولوجيا التصوير ecular 18-26، ويسخر التلألؤ المتولدة من + و - تحلل العناصر المشعة مثل 18 F 131 وأنا في المتوسط. الجسيمات المشحونة (مثل + و -) يستقطبه جزيئات بينما يسافر في المتوسط ​​18-20، وينبعث التلألؤ / الضوء عندما تسترخي الجزيئات المستقطبة العودة إلى التوازن. يسمى التلألؤ المنبعثة كيرينكوف التلألؤ (CL). وتشمل الخصائص الطيفية فريدة من CL الطيف الواسع في جميع أنحاء الأشعة فوق البنفسجية (UV) والطيف المرئي 18-20، ولها علاقة عكسية بين كثافة ومربع الطول الموجي (λ 2). ويمكن استخدام كل من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية نطاقات الضوء المنبعث لمختلف التطبيقات. تم تطبيق جزء من الأشعة فوق البنفسجية كيرينكوف التلألؤ في الجسم الحي لتنشيط ضوئي من وسيفيرين قفص 21، في حين أن الضوء المنبعث في الطول الموجي الطويل يمكن أن يكونتستخدم لفي الجسم الحي التصوير الضوئي 18،27-31.

للدراسات الحيوانات الصغيرة، CLI التصوير مع نظام التصوير الضوئي هو أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة من PET. وعلاوة على ذلك، CLI يمكن تطبيقها لارتفاع الفرز الإنتاجية مع نظام التصوير مجهزة قدرة إنتاجية عالية. وقد تمت مناقشة مزايا وعيوب هذه التقنية في العديد من الاستعراضات 25،32،33. التصوير المقطعي 3D من CLI تمت دراستها بشكل مكثف في عدة مجموعات 28،34-37، وأثبتت تطبيقات CLI للتصوير والتصوير بالمنظار أثناء العملية بنجاح في الفئران فضلا 30،38. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت سبينيلي وThorek آخرون أن CLI التصوير يمكن أن يطبق على بالكائن البشري، وهكذا التكنولوجيا أيضا إمكانية التطبيقات السريرية 39 و 40.

في سياق إعادة اكتشاف BAT في البشر، أشار صور PET بوضوح أنكمية كبيرة من 18 F-FDG تراكمت في ظل ظروف معينة BAT 2،3،6. وبالإضافة إلى ذلك، والتصوير PET مع الفئران كما أظهرت دون شك أن BAT يمكن إبراز مع 18 F-FDG 41 42. في هذا التقرير، علينا أن نظهر كيف كيرينكوف التلألؤ المنبعثة من 18 F-FDG يمكن استخدامها لBAT التصوير في الحيوانات الصغيرة باستخدام نظام التصوير الضوئي. يوفر نهجنا طريقة سريعة ورخيصة ومريحة التصوير BAT للحيوانات الصغيرة. هذه التقنية يمكن استخدامها كطريقة بديلة للتصوير PET مع 18 F-FDG، خاصة بالنسبة للمختبرات دون مرافق PET.

Protocol

ملاحظة: يجب أن يتم تنفيذ جميع الدراسات على الحيوانات تحت بروتوكولات المؤسسية المعتمدة والمبادئ التوجيهية رعاية الحيوان.

1. في فيفو CLI BAT التصوير مع 18 F-FDG

التصوير 1.1 الخلفية:

  1. قبل 18 F-FDG الحقن، ووضع أربعة الفئران عارية في غرفة الاستقراء أن تم ربط مع isoflurane متوازنة مع الأكسجين لمدة 5 دقائق للحث على التخدير. ثم ضع أربعة تخدير الفئران في جهاز التصوير.
  2. الحصول على صورة خلفية مع المعلمات التالية: افتح التصفية، و = 1، بن = 8، FOV = D، ووقت التعرض = 120 ثانية، ودرجة الحرارة مرحلة = 37 درجة مئوية.

1.2 التصوير BAT مع F-18 FGD:

  1. حقن تخدير الفئران مع 280 μCi من 18 F-FDG في برنامج تلفزيوني عن طريق الوريد في الوريد الذيل. بعد الحقن، وعودة الفئران إلى قفص مجهزة الغذاء والماء.
    ملاحظة: من necesساري لحقن عن طريق الوريد 18 F-FDG لتحقيق النقيض لائق في جميع أنحاء منطقة BAT. يمكن أن ينظر إليه فقط على النقيض ضعيف جدا مع نفس الكمية من 18 F-FDG إذا تم استخدام حقنة داخل الصفاق.
  2. الحصول على صور CLI في 30، 60، و 120 دقيقة بعد 18 F-FDG حقن مع نفس المعلمات والتصوير الخلفية (الخطوة 1.1.2). لكل دورة التصوير، وتسمح 5 دقائق لreinduction التخدير.
  3. لقياس إشارة إلى نسبة الضوضاء (S / N)، استخدام واجهة برامج التصوير لرسم اثنين متساوية الحجم رويس القطع الناقص على BAT بين الكتفين والمنطقة المتاخمة للBAT (منطقة مرجعية) (الشكل 1B).

1.3 التحقق من المصدر CLI:

  1. تخدير أربعة الفئران وحقن الفئران مع 280 μCi من 18 F-FDG عن طريق الوريد.
  2. التضحية الفئران 60 دقيقة بعد حقن 18 F-FDG عن طريق الحقن من بنتوباربيتال الصوديوم (200 ملغ / كغ، IP). إزالة بعناية التزلجن من منطقة بين الكتفين. صورة كل من الفئران مع نفس المعلمات على النحو الوارد أعلاه (1.1.2)، في نفس الوقت (الشكل 2A).
  3. إزالة بعناية البيضاء بين الكتفين الأنسجة الدهنية (WAT) وBAT، ثم صورة تشريح الفئران مع نفس المعلمات (الشكل 2B).
  4. من الصور CLI، وحساب مساهمة من BAT باستخدام اثنين رويس مع المعادلة التالية: R (BAT) = (أ ب -CLI CLI) (BAT) / (أ ب -CLI CLI) (BAT-إزالتها)، حيث العائد على الاستثمار من هو للمنطقة بين الكتفين والعائد على الاستثمار ب هي للمنطقة المرجعية (الشكل 2B).

2. BAT تطبيق التصوير

2.1 رصد التنشيط مع NE

  1. تقسيم الفئران إلى مجموعتين عارية (ن = 4 لكل منهما).
  2. حقن مجموعة واحدة مع بافراز (NE) (50 ميكرولتر، 10MM) داخل الصفاق. تستخدم المجموعة الثانية باعتباره كنترول غير تنشيطلتر. بعد 30 دقيقة، تخدير كلا الفريقين مع isoflurane لمدة 5 دقائق، ثم حقن عن طريق الوريد كل الفأر مع 18 F-FDG (220 μCi).
    ملاحظة: يجب أن يكون حقن داخل الصفاق من NE 30 دقيقة قبل 18 F-FDG حقن لتجنب اثارة بشكل كبير من الفئران.
  3. صورة الفئران 60 دقيقة بعد 18 F-FDG الحقن باستخدام نفس المعلمات والبروتوكولات المذكورة أعلاه.

2.2 تفعيل الرصد تحت التعرض للبرد

  1. قياس درجة حرارة الجسم من الفئران في الغرفة الباردة مع ميزان حرارة المستقيم. يجب أن تكون درجات الحرارة حوالي 30 درجة مئوية.
  2. صورة الفئران 60 دقيقة بعد 18 F-FDG الحقن باستخدام المعلمات التصوير نفس البروتوكولات المذكورة أعلاه. استخدام الفئران التي يتم الاحتفاظ بها في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية)، والضوابط، وصورة لهم مع نفسه.
  3. لدراسة التعرض الباردة، ووضع الفئران في غرفة باردة (4 درجة مئوية) لمدة 4 ساعة قبل 18 F-FDG الحقن وإعادة مالجليد إلى غرفة باردة بعد كل جلسة التصوير، وبعد تعافيه من التخدير.
  4. المعلمات على النحو الوارد أعلاه.

التعطيل 2.3 رصد BAT طويل تحت التخدير

  1. للتخدير طويلة (60-70 دقيقة)، حقن الفئران داخل الصفاق مع الكيتامين / زيلازين والاحتفاظ بها تحت التخدير عن 60-70 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
  2. مرة واحدة يتم تخدير الفئران، وضخ 18 F-FDG (220 μCi) عن طريق الوريد عن طريق الوريد الذيل.
  3. صورة الفئران 60 دقيقة بعد 18 F-FDG الحقن باستخدام نفس المعلمات والبروتوكولات المذكورة أعلاه.

3. الطيفي Unmixing ومتعددة الأطياف كيرينكوف التلألؤ دراسات التصوير المقطعي

  1. تخدير ماوس لمدة 5 دقائق، ثم حقن 300 μCi 18 F-FDG عن طريق الوريد. الحصول على صور متعددة الأطياف 60 دقيقة بعد 18 F-FDG حقن الجانب الظهري من الحيوان مع المعلمات التالية: F = 1، بن = 16، واقتناءالوقت = 300 ثانية لكل مرشح، والمرشحات الانبعاثات = 580، 600، 620، 640، 660 و 680 نانومتر.
  2. إجراء unmixing الطيفي مع المعيشة التصوير 4.3.1 البرمجيات وحدد عنصرين (BAT وإشارات غير محددة) وunmixing التلقائي (الشكل 4).
  3. إجراء إعادة الإعمار 3D وفقا للطريقة التي أبلغ عنها كو وآخرون 28،43. دمج طيف الانبعاث كيرينكوف في ضوء نموذج انتشار منتشر، وتطبيق تيخونوف تسوية في NNLS (غير سلبي المربعات الصغرى) تعظيم الاستفادة من المخلفات وتوليد المقطعي السطحية (الذي يستخدم ل3D صورة coregistration) من التصوير ضوء الهيكل (الشكل 5 ).
    ملاحظة: للحصول متعدد الأطياف unmixing CLI الطيفية والتصوير المقطعي، وهناك حاجة إلى ما لا يقل عن 5 الصور مع مرشحات مختلفة.

Representative Results

في الشكل 1، وسلط الضوء BAT بين الكتفين (الشكل 1A) في جميع نقاط الساعة (30، 60، 120 دقيقة)، والتناقض بين BAT ومنطقة مرجعية يمكن ملاحظتها بسهولة (الشكل 1B). والجدير بالذكر أن كفاف من الصورة BAT يعكس بشكل وثيق مظهره الجسدي، التي لديها كفاف الثلاثي. كانت النسب إشارة بين BAT ومنطقة مرجعية 2.37، 2.49، 2.53 أضعاف وحتى 30، 60، و 120 دقيقة بعد الحقن (الشكل 1A).

من التجربة تشريح خطوة حكيمة، وكان 85٪ من إشارة في موقع بين الكتفين نشأت من BAT (الشكل 2). ومع ذلك، لا يزال هناك بعض الإشارات المتبقية تقع بالقرب من الحافة العلوية للBAT، التي ربما نشأت من الأنسجة المتبقية BAT والأنسجة المجاورة الأخرى التي تشمل الأوعية الدموية والعضلات.

وقد أفيد أن تفعيل BAT يمكن أن يتحقق من خلالبافراز (NE) العلاج والتعرض للبرد 3،6. أولا، لاحظنا تفعيل BAT مع NE في نفس المجموعة من الفئران مع وبدون العلاج NE تحت قصيرة (5 دقائق) الأيزوفلورين التخدير. أظهرت البيانات أعلى بكثير إشارة CLI تحت شرط NE المعاملة (1.23 أضعاف) من دون علاج NE (الشكل 3A).

في الدراسات الإنسانية، وأظهر التصوير PET أن الموضوعات التي تحت التعرض للبرد وكان أعلى بكثير 18 F-FDG امتصاص في BAT من تلك التي في درجة حرارة الغرفة 6. في هذه الدراسة الفئران، لوحظ وجود زيادة 39٪ في 18 F-FDG امتصاص في BAT من الحيوانات تعامل مع التعرض للبرد (الشكل 3B).

في الفئران، والنشاط BAT يمكن أن تتأثر التخدير المختلفة نظم 3،41. على سبيل المثال، 18 F-FDG امتصاص في BAT يمكن انخفضت بشكل كبير بعد ساعة واحدة من التخدير مع الكيتامين 41. مقارنة uptak 18 F-FDGلوحظ الإلكترونية في نفس المجموعة من الفئران تحت قصيرة (5 دقائق مع isoflurane) والتخدير طويل (70 دقيقة مع الكيتامين / زيلازين) نظم، أي بانخفاض 54٪ في 18 F-BAT FDG امتصاص في المجموعة تخدير مع الكيتامين / زيلازين ( الشكل 3C).

ومن المعروف أن البروتينات (مثل الهيموغلوبين في الدم وج السيتوكروم في الميتوكوندريا) التي تحتوي على الهيم يمكن أن يؤدي إلى امتصاص الضوء كبير، ومن المتوقع أن الأوعية الدموية وفيرة في BAT 1 سيتغير طيف CLI، والطيفية سوف شكل من منطقة BAT تكون مختلفة عن غيرها من المناطق. تصور، unmixing التقنيات الطيفية تسمح لنا لفصل أطياف اثنين CLI. من الشكل 4A، سلط الضوء أي منطقة معينة من الصورة غير مخلوطة مكون من رقم 1 (Unmix 1 #)، والطيف المقابلة (الخط الأزرق في الشكل 4D) تشبه عن كثب طيف الانبعاث من 18 F في وسائل الإعلام النقي، الذي CLI intensiويرتبط تاي عكسيا مع مربع الطول الموجي 18،20. وتشير هذه البيانات إلى أن Unmix رقم 1 يمثل إشارة CLI غير محددة، والتي ربما من أعماق ضحلة جدا، مثل تراكم 18 F-FDG في الجلد. وكانت ذروة غير مخلوط # 2 الطيف (خط أحمر) حوالي 640 نانومتر، مما يوحي كانت إشارة من BAT. ومن المثير للاهتمام، خلافا لتوهين كبير من شدة CLI أقصر من 640 نانومتر، لم يلاحظ أي انخفاض هائل من شدة بمجرد أن وصلت إلى ذروتها (الخط الأحمر في الشكل 4)، مما يدل على اختراق الأنسجة أفضل للضوء المنبعث في موجات أطول.

تم استخدام متعددة الأطياف كيرينكوف التلألؤ التصوير المقطعي (msCLT) لإعادة الإعمار 3D. تم msCLT ذكر سابقا من قبل كو وآخرون. 28،43، وهو مصنوع من مجموعة من الصور 2D مستو المكتسبة مع عدد من ممر الموجة المرشحات الضيقة (> 5 مرشحات). صور 3D بناؤها هي coregistالدو مع التصوير المقطعي السطحية التي يتم إنشاؤها من ضوء الهيكل، والصور تكشف أن جزءا كبيرا من إشارة CLI نشأت من BAT بين الكتفين (الشكل 5). بشكل ملحوظ، وصورة الاكليلية (الشكل 5A) يحدد بوضوح اثنين من فصوص BAT، التي تشبه محيط مثلث BAT هو مبين في الشكل 5E.

الشكل 1
الشكل 1: (أ) الثلاثي كفاف من BAT بين الكتفين (السهم الأزرق) في الماوس؛ وتغطي (يسار) BAT مع الأنسجة الدهنية البيضاء، ويتعرض (يمين) BAT. الصور (ب) CLI على الفأرة في 30 و 60 دقيقة بعد 18 F-FDG (280 μCi) الحقن في الوريد. الصور بوضوح الخطوط العريضة كفاف من BAT. (ج) تحليل الكمي للإشارة CLI من الأسواق العالمية ضغطهامنطقة BAT rscapular ومنطقة المرجعية. طبع من مرجع 42. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: (أ) صور الممثل من الفئران قبل (يسار) وبعد (يمين) إزالة BAT. (ب) يشير الكمي أن> 85٪ CLI نشأت من BAT. طبع من مرجع 42. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 3
الشكل 3:(أ) وصور الممثل CLI من BAT من الفئران مع (يسار) وبدون (يمين) التحفيز NE تحت التخدير الأيزوفلورين القصير. (ب) التحليل الكمي للإشارات CLI من المجموعتين في (أ) (ن = 4 لكل مجموعة). (ج) وصور الممثل CLI من BAT من الفئران مع (يسار) وبدون (يمين) التحفيز البارد تحت التخدير الأيزوفلورين القصير. (د) التحليل الكمي للإشارات CLI من المجموعتين هو مبين في (ه) (ن = 3-4 لكل مجموعة). (ه) وصور الممثل CLI من BAT في 60 دقيقة بعد 18 F-FDG الحقن تحت التخدير الأيزوفلورين قصيرة (5 دقائق) (يسار) والكيتامين / زيلازين التخدير (70 دقيقة) (يمين). (و) التحليل الكمي للإشارات CLI من المجموعتين هو مبين في (ز) (ن = 4 لكل مجموعة). طبع من مرجع 42. نداءحد ذاتها انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الشكل 4: unmixing الطيفي للCLI غير محددة وBAT CLI (أ) Unmix رقم 1 يظهر أن إشارة CLI غير محددة من 18 F-FDG يتوزع على الجسم كله (ويرد الطيف غير مخلوط لهذه الصورة في (د) (الخط الأزرق )). (ب) Unmix رقم 2 يشير إلى أن غالبية CLI في الموقع هي من بين الكتفين BAT (يظهر الطيف غير مخلوط في (د) (الخط الأحمر)). ذروة CLI حوالي 640 نانومتر. (ج) صورة مدموجة من Unmix رقم 1 ورقم 2. (د) أطياف CLI من Unmix رقم 1 ورقم 2. طبع من مرجع 42. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. </ P>

الرقم 5
الرقم 5: التلألؤ متعددة الأطياف كيرينكوف التصوير المقطعي (أ - د) إعادة الإعمار 3D من الصور. يمكن أن ينظر إليه بين الكتفين BAT في الاكليلية (أ)، السهمي (ب)، وعرضية (ج) وجهات النظر، وكذلك في صورة 3D (د). يظهر (ه) شكل BAT البدنية (السهم الأزرق) الذي يرتبط مع الصور التي أعيد بناؤها. طبع والتكيف من إشارة 42. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

وقد أجريت الأبحاث المتعلقة BAT لعدة عقود. سابقا، كان يعتبر أن لا أهمية فيزيولوجية كبيرة خلال مرحلة البلوغ البشري 1. BAT ومع ذلك، فقد أكد مؤخرا على نطاق واسع التصوير PET السريري مع 18 F-FDG وتحقيقات أخرى لا تزال موجودة في أعلى الصدر والرقبة واماكن اخرى في البالغين 2،3. وقد اقترحت الدراسات الحديثة بشدة أن BAT تلعب دورا هاما في السمنة ومرض السكري 2،6. وتشير أبحاث أخرى أيضا أن BAT تلعب أدوارا هامة خلال عملية الشيخوخة 12، وأنه يمكن تعزيز نشاطها من خلال ممارسة الرياضة 10،44.

سواء في الدراسات الإنسانية السريرية والبحوث قبل السريرية، والتصوير PET مع 18 F-FDG هو الأسلوب الأكثر استخداما لدراسة BAT. ومع ذلك، لدراسات على الحيوانات قبل السريرية، PET بشكل عام أغلى بكثير من التصوير الضوئي. في هذا البروتوكول، ونحن إثبات أن CLأنا مع 18 F-FDG يمكن تطبيقها لBAT التصوير بصريا في الحيوانات الصغيرة. مثل غيرها من التقنيات البصرية والتصوير، واختراق الأنسجة القيد وانخفاض الحساسية للأهداف العميقة هي القيود الجوهرية للCLI 25،32. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة سبينيلي وآخرون أظهرت أن ائقة إشارة CLI يمكن ملاحظة مع 10 ملم عمق الأنسجة مع 32 P 28،43، وThorek وآخرون. أظهرت أن 16 مم ويمكن تحقيق اختراق في الغدد الليمفاوية من المرضى بعد 18 F-FDG حقن 39 و 40. مقارنة التصوير PET، CLI لا يمكن أن يؤديها مع نظام التصوير تكلفة منخفضة نسبيا. مؤخرا، Thorek آخرون أظهرت ويمكن تحقيق ذلك حساسية عالية بشكل كبير مع CLI كميات منخفضة حتى 18 F-FDG المتراكمة (حوالي 2CI) في العقد من 39 مريضا، أشار 40 في التجارب المختبرية التي CLI إشارة من كان 0.01 تسى 90Y كشف في حل 25،32،33

في سياق التجارب، وجدنا أن النقيض من CLI BAT مع 18 F-FDG يرتبط إلى حد كبير إلى أساليب الحقن. الحقن في الوريد من 18 F-FDG يمكن أن توفر المقابل ممتازة لBAT بين الكتفين، في حين حقن داخل الصفاق مع نفس الكمية من 18 F-FDG أظهر فقط تباين ضعيفة في منطقة BAT.

unmixing الطيفي، وهي تقنية عملية جدا لفصل مجموعتين من إشارات، وقد استخدم على نطاق واسع في مجال التصوير مضان. ومن المعروف جيدا أن امتصاص 18 F-FDG لا تستهدف محددة للغاية، وأهداف مختلفة / الأنسجة لديها مختلف خصائص ضوء التوهين. وجدنا ذروة الطيف CLI BAT من حوالي 640 نانومتر، وهذه البيانات تعكس السياقات الفعلية للBAT. إعادة الإعمار 3D من هذه العلاقات العامةotocol غير قابلة للتشغيل للغاية، لأنه لا يمكن أن يؤديها مع نظام التصوير الضوئي المتاحة تجاريا على أساس خصائص ناشر الخفيفة من أطوال موجية مختلفة. مع هذا النهج، يمكننا تجنب استخدام نظام التصوير المتخصص الذي يتطلب متعددة زاوية عرض الصور لإعادة الإعمار 3D.

لكل من unmixing الطيفي وإعادة الإعمار 3D، لا بد من الحد الأدنى أكبر من 600 التهم الفوتون من كل صورة في BAT. لهذه الغاية، لا بد binning كبير (بن = 16)، توقف جمعة صغير (F = 1) واكتساب الوقت طويل (5 دقائق) لكل صورة.

باختصار، تسخير بموقع فريد وشكل BAT وامتصاص عالية بشكل ملحوظ من 18 F-FDG في BAT، علينا أن نظهر كيف BAT في الحيوانات الصغيرة يمكن تصوير بصريا مع 18 F-FDG عبر تقنية CLI. هذه الطريقة يمكن استخدامها بشكل موثوق لBAT التصوير ورصد تفعيل BAT. بالإضافة إلى ذلك، ونحن أيضا إثبات أن unmixing الطيفي وريكو 3Dnstruction هي عمليا وحجم 3D الكمي هو ممكن للدراسات المستقبلية.

Disclosures

ويدعم نشر هذا المقال الفيديو بيركن إلمر الشركة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optical Imaging system Perkin Elmer IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated
CCD Size: 2.7 cm x 2.7 cm
Pixels: 2048 x 2048
Quantum Efficiency: 85%
Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm 2
Dark Current: <100 electrons/s/cm 2
Lens: f 0.95 50 mm
CCD Cooling: Cooled to 90 degree. 
18F-FDG IBA Molecular
norepinephrine Sigma N5785-250MG
Ketamine/Xylazine Sigma K113-10ML

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
  2. Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New Eng. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
  3. Nedergaard, J., Bengtsson, T., Cannon, B. Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. Amer. J. Physiol. Endocrinol. Metabolism. 293, 444-452 (2007).
  4. Tseng, Y. H., et al. New role of bone morphogenetic protein 7 in brown adipogenesis and energy expenditure. Nature. 454, 1000-1004 (2008).
  5. Zhang, H., et al. Cross talk between insulin and bone morphogenetic protein signaling systems in brown adipogenesis. Mol. Cell. Biol. 30, 4224-4233 (2010).
  6. van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. New Eng. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
  7. Zingaretti, M. C., et al. The presence of UCP1 demonstrates that metabolically active adipose tissue in the neck of adult humans truly represents brown adipose tissue. FASEB J. 23, 3113-3120 (2009).
  8. Chen, Y. I., et al. Anatomical and Functional Assessment of Brown Adipose Tissue by Magnetic Resonance Imaging. Obesity. 20, 1519-1526 (2012).
  9. Chen, Y. C., et al. Measurement of human brown adipose tissue volume and activity using anatomic MR imaging and functional MR imaging. J. Nucl. Med. 54, 1584-1587 (2013).
  10. Bostrom, P., et al. A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature. 481, 463-468 (2012).
  11. Yoneshiro, T., et al. Age-related decrease in cold-activated brown adipose tissue and accumulation of body fat in healthy humans. Obesity. 19, 1755-1760 (2011).
  12. Mattson, M. P. Perspective: Does brown fat protect against diseases of aging. Ageing Res. Rev. 9, 69-76 (2010).
  13. Stephens, M., Ludgate, M., Rees, D. A. Brown fat and obesity: the next big thing. Clin. endocrinol. 74, 661-670 (2011).
  14. Harms, M., Seale, P. Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential. Nat. Med. 19, 1252-1263 (2013).
  15. Farmer, S. R. Obesity: Be cool, lose weight. Nature. 458, 839-840 (2009).
  16. Inokuma, K., et al. Uncoupling protein 1 is necessary for norepinephrine-induced glucose utilization in brown adipose tissue. Diabetes. 54, 1385-1391 (2005).
  17. Isler, D., Hill, H. P., Meier, M. K. Glucose metabolism in isolated brown adipocytes under beta-adrenergic stimulation. Quantitative contribution of glucose to total thermogenesis. Biochem. J. 245, 789-793 (1987).
  18. Robertson, R., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54, 355-365 (2009).
  19. Spinelli, A. E., et al. Cerenkov radiation allows in vivo optical imaging of positron emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 55, 483-495 (2010).
  20. Liu, H., et al. Molecular optical imaging with radioactive probes. PloS One. 5, e9470 (2010).
  21. Ran, C., Zhang, Z., Hooker, J., Moore, A. In vivo photoactivation without 'light': use of Cherenkov radiation to overcome the penetration limit of light. Mol. Imaging. Biol. 14, 156-162 (2012).
  22. Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., Harpstrite, S., Piwnica-Worms, D. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PloS One. 5, e13300 (2010).
  23. Ruggiero, A., Holland, J. P., Lewis, J. S., Grimm, J. Cerenkov luminescence imaging of medical isotopes. J. Nucl. Med. 51, 1123-1130 (2010).
  24. Lewis, M. A., Kodibagkar, V. D., Oz, O. K., Mason, R. P. On the potential for molecular imaging with Cerenkov luminescence. Optics Letters. 35, 3889-3891 (2010).
  25. Mitchell, G. S., Gill, R. K., Boucher, D. L., Li, C., Cherry, S. R. In vivo Cerenkov luminescence imaging: a new tool for molecular imaging. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. 369, 4605-4619 (2011).
  26. Thorek, D. L., Ogirala, A., Beattie, B. J., Grimm, J. Quantitative imaging of disease signatures through radioactive decay signal conversion. Nat. Med. 19, 1345-1350 (2013).
  27. Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., Lewis, J. S., Grimm, J. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 11, 1-10 (2012).
  28. Spinelli, A. E., et al. Multispectral Cerenkov luminescence tomography for small animal optical imaging. Optics Express. 19, 12605-12618 (2011).
  29. Xu, Y., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53, 312-317 (2012).
  30. Liu, H., et al. Intraoperative imaging of tumors using cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. 53, 1579-1584 (2012).
  31. Thorek, D. L., et al. Positron lymphography: multimodal, high-resolution, dynamic mapping and resection of lymph nodes after intradermal injection of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 53, 1438-1445 (2012).
  32. Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52, 2009-2018 (2011).
  33. Spinelli, A. E., Marengo, M., Calandrino, R., Sbarbati, A., Boschi, F. Optical imaging of radioisotopes: a novel multimodal approach to molecular imaging. Quart. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 56, 280-290 (2012).
  34. Hu, Z., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Optics Express. 18, 24441-24450 (2010).
  35. Hu, Z., et al. Cerenkov luminescence tomography of aminopeptidase N (APN/CD13) expression in mice bearing HT1080 tumors. Mol. Imag. 12, 173-181 (2013).
  36. Zhong, J., et al. Cerenkov luminescence tomography for in vivo radiopharmaceutical imaging. Internatl. J. Biomed. Imaging. 2011, 641618 (2011).
  37. Zhong, J., Qin, C., Yang, X., Chen, Z., Tian, J. Fast-specific tomography imaging via Cerenkov emission. Mol. Imaging. Biol. 14, 286-292 (2012).
  38. Kothapalli, S. R., Liu, H., Liao, J. C., Cheng, Z., Gambhir, S. S. Endoscopic imaging of Cerenkov luminescence. Biomed. Optics Express. 3, 1215-1225 (2012).
  39. Spinelli, A. E., et al. First human Cerenkography. J. Biomed. optics. 18, 20502 (2013).
  40. Thorek, D. L., Riedl, C., Grimm, J. Clinical Cerenkov Luminescence Imaging of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 55, 1345-1350 (2014).
  41. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. J. Nucl. Med. 47, 999-1006 (2006).
  42. Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. In vivo optical imaging of interscapular brown adipose tissue with (18)F-FDG via Cerenkov luminescence imaging. PloS One. 8, e62007 (2013).
  43. Kuo, C., Coquoz, O., Troy, T. L., Xu, H., Rice, B. W. Three-dimensional reconstruction of in vivo bioluminescent sources based on multispectral imaging. J. Biomed. Optics. 12, 024007 (2007).
  44. Xu, X., et al. Exercise ameliorates high-fat diet-induced metabolic and vascular dysfunction, and increases adipocyte progenitor cell population in brown adipose tissue. Amer. J. Physiol. Regulatory, integrative and comparative physiology. 300, 1115-1125 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics