JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

This study describes a protocol that uses 18F-FDG and positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging, together with kinetic modelling, to quantify the in vivo, real-time uptake of 18F-FDG into tissues.

Abstract

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). Impaired uptake and metabolism of glucose in multiple organ systems due to insulin resistance is a hallmark of type 2 diabetes. The ability of this technique to extract an image-derived input function from the vena cava using an iterative deconvolution method eliminates the requirement of the collection of arterial blood samples. Fitting of tissue and vena cava time activity curves to a two-tissue, three compartment model permits the estimation of kinetic micro-parameters related to the 18F-FDG uptake from the plasma to the intracellular space, the rate of transport from intracellular space to plasma and the rate of 18F-FDG phosphorylation. This methodology allows for multiple measures of glucose uptake and metabolism kinetics in the context of longitudinal studies and also provides insights into the efficacy of therapeutic interventions.

Introduction

وكان الغرض من هذه الدراسة هو تطوير التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي (PET / CT) منهجية تقوم على قياس في الجسم الحي، في الوقت الحقيقي امتصاص الجلوكوز من مجرى الدم إلى أنسجة معينة في الفئران. وقد تحقق ذلك باستخدام fluorodeoxyglucose المسمى F-18 (FDG) لقياس امتصاص الجلوكوز والنمذجة الحركي لتقدير معدلات 18 F-FDG امتصاص من البلازما إلى الفضاء داخل الخلايا، فإن معدل النقل من الفضاء بين الخلايا لالبلازما ومعدل 18 F-FDG الفسفرة.

في القوارض، وقد استخدمت 18 F-FDG في تقييم ما قبل السريرية العديد من علاجات السرطان 1، ودراسات تطور الورم (2) والورم الأيض 3 وكذلك التصوير من مخازن الدهون البني 4، 5 neuroinflamation والدماغ والتمثيل الغذائي 6 .

الأساليب التقليدية المستخدمة لفحص امتصاص الأنسجة محددة من الجلوكوز في الفئران (والجرذان) تنطوي عادة على معالجة مع رديولبلد 2-deoxyglucose مع أي 3 H أو 14 C تليها القتل الرحيم، وجمع الأنسجة وقياس النشاط الإشعاعي في كل الأنسجة 7. استخدام PET / CT يسمح للتقرير موسع من امتصاص الجلوكوز واستقلاب في الأجهزة ومناطق متعددة في وقت واحد في الحيوانات الحية. بالإضافة إلى ذلك، كما قتل رحيم ليس شرطا، وهذا الأسلوب هو مناسبة للاستخدام في الدراسات الطولية.

يتميز داء السكري من النوع 2 السكري (T2DM) من خلال عملية التمثيل الغذائي تعطلت الجلوكوز وارتفاع السكر في الدم الثانوي إلى انخفاض استجابة الأنسجة للأنسولين (مقاومة الأنسولين) وعدم قدرة -cells البنكرياس لإنتاج كميات كافية من الأنسولين 8. التحليل الحركي من امتصاص الجلوكوز واستقلاب يمكن أن توفر نظرة ثاقبةآلية عمل وفعالية التدخلات العلاجية وكذلك تسمح لرصد متقدمة من تطور المرض.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

وقد وافق جميع الإجراءات الموضحة في هذه الدراسة من قبل سيدني حي الصحة المحلية وجامعة سيدني لجان أخلاقيات الحيوان واتباع دليل المعاهد الوطنية للصحة للرعاية واستخدام حيوانات المختبر، الطبعة الثامنة (2011).

1. إعداد الحيوان

واستمرت في هذا البروتوكول ديسيبل ذكور / الفئران ديسيبل (BKS.Cg- Dock7 م + / + Lepr ديسيبل / J) في مساكن جماعية مع libitum الإعلانية الوصول إلى تشاو والماء حتى 6 أسابيع من العمر: ملاحظة. في وقت التصوير، ووزن الفئران ~ 30 ز. وأضاف أن جميع الفئران المستخدمة في هذا البروتوكول الصوم مستويات السكر في الدم ما بين 10 و 14 مليمول / لتر.

  1. إذا لزم الأمر، صيام الفئران. في المثال الحالي، صيام الفئران لمدة 5 ساعات قبل إجراء التجارب.
  2. علاج الفئران مع وكيل المطلوبة (مثل المخدرات، والبروتين، الببتيد) قبل بدء التصوير. في هذا المثال، إدارة الحقن تحت الجلد من الأنسولين (3U / كغم من الأنسولين البشري) أو ما يعادل حجم PBS 30 دقيقة قبل بدء التصوير.

2. إعداد سير العمل

ملاحظة: تم تنفيذ هذا البروتوكول على الماسح الضوئي PET / CT. الحصول على البيانات PET الأولى، تليها الحصول على البيانات CT.

  1. إعدادات PET:
    1. حدد نظير إلى 18 F، تعيين مدة المسح الضوئي إلى 3600 ق، والتمييز الطاقة المستوى العلوي والسفلي إلى 350 كيلو - 650 كيلو (الافتراضية) مع نافذة مصادفة توقيت 3،432 نانوثانية (الافتراضي). بيانات القائمة وضع الرسم البياني إلى 16 لقطة (6 × 10 ق، 4 × 60 ق، 1 × 300 ق، 5 × 600 ق) للفترة 0-60 دقائق بعد الحقن التتبع. إعادة انبعاث sinograms باستخدام 2D-FBP مع التكبير 1.5.
      ملاحظة: الصور التي أعيد بناؤها تتألف من 16 لقطة الحيوية، ولكل منها 128 × 128 × 159 voxels وحجم فوكسل من 0.52 × 0.52 × 0.796 مم 3.
  2. إعدادات CT:
    1. إلى عن علىككل مسح الجسم CT، تعيين الحالية في 500 A، الجهد في 50 كيلو فولت، وقت التعرض 500 مللي و 200 التوقعات على دوران 360. تعيين الحقل كاشف نظر (فوف) إلى 30722048، عددا من المناصب السرير ل3 (لتغطية كامل PET مجموعة فوف) والتداخل بين المواقف السرير = 30.234713٪ وكشف binning إلى 4.
      تم تنفيذ إعادة الإعمار CT باستخدام مخروط الشعاع التصوير المقطعي البرمجيات صورة إعادة الإعمار مع HU المعايرة، الاستيفاء المترابط ومرشح Shepp لوغان: ملاحظة.
  3. 18 F-FDG:
    1. طلب كاف 18 F-FDG (على سبيل المثال 450 من MBq في 0.5 مل) من مزود المحلي لتصل ~ 30 دقيقة قبل الحقن الأولى. قسامة وتمييع 18 F-FDG بحيث تحصل الحيوانات ~ 10 من MBq 18 F-FDG في الحجم النهائي من 0.1 مل.

3. بروتوكول التصوير

  1. مسح أسفل غرفة تحريض وسرير التصوير مع 80٪ (ت / ت) الايثانول للحفاظ على ظروف معقمة. جيش التحرير الشعبى الصينىم الماوس في غرفة الاستقراء وتخدير مع 5٪ الأيزوفلورين في الأكسجين.
  2. ضع الماوس على سرير التصوير مزودة سادة التدفئة الكهربائية للحفاظ على درجة حرارة الجسم ودقة المرذاذ مخروط الأنف لتقديم الأيزوفلورين (صيانة، 1،5-2٪) بمعدل تدفق من 1 لتر / دقيقة. تطبيق مرهم على العينين لمنع جفاف بينما تحت التخدير.
  3. ضع الماوس في وضعية الرقود على وسادة استشعار لمراقبة التنفس وضمان الحفاظ طائرة كافية من التخدير.
  4. تدفئة ذيل باستخدام حزمة الحرارة لمدة 1-2 دقيقة إلى تمدد الأوردة الذيل الأفقي. يقثطر الوريد الذيل الأفقي عن طريق إدخال إبرة عيار 30 إلى الوريد الذيل الأفقي. تأمين الإبرة في مكان مع الغراء الجراحية وتأمين القسطرة.
  5. تحميل التصوير السرير في الماسح الضوئي وتحريك السرير من خلال الجهاز بحيث يمكن الوصول إليها القسطرة من الجزء الخلفي من الجهاز.
  6. إرفاق القسطرة إلى الحقنة 18 F-FDG في SYRإنجي السائق. حساب الدقيقة 18 F-FDG جرعة (10 من MBq) على أساس النشاط في حقنة قبل الحقن وحجم على أن تدار (<100 ميكرولتر، حقن أكثر من 10 ق).
  7. للحد من تأثير التخدير على تقلب امتصاص الجلوكوز، وضمان وقت المستمر بين التخدير وحقن 18 F-FDG (على سبيل المثال، 30 دقيقة).
  8. البدء في PET مسح على الفور قبل حقن 18 F-FDG. بعد الانتهاء من مسح PET (3600 ق)، وإجراء فحص CT (~ 10 دقيقة) للسماح للمشاركة في تسجيل امتصاص المشع مع الأنسجة.
  9. نقل السرير التصوير إلى نقطة الانطلاق، وإزالة الحيوان من السرير.
  10. عند هذه النقطة الموت ببطء الحيوان أو السماح لاسترداد:
    1. للقتل الرحيم، نفذ خلع عنق الرحم في حين لا يزال تحت التخدير، وجمع أجهزة الفائدة لتحليلها لاحقا.
    2. إذا السماح الماوس لاستعادة، ضع الماوس في السكن واحد على وسادة التدفئة أوأمام مصباح التدفئة. رصد الماوس حتى استعاد وعيه كافية للحفاظ على الاستلقاء القصية. السماح الماوس لاستعادة لمدة 1 ساعة قبل أن يعود إلى السكن المجموعة.

4. PET معالجة الصور

تم تنفيذ إعادة الإعمار الصور باستخدام اكتساب مكان العمل v1.5.0.28 البرمجيات وتحليل في v4.2 لل أبحاث البرمجيات مكان العمل: ملاحظة.

  1. شارك في تسجيل CT PET والصور والتأكد من أن المحاذاة الصحيحة في جميع الأبعاد 3.
    1. في قائمة "ملف"، اختر "مجلد بحث / استيراد" وحدد المجلد الذي يحتوي على البيانات. حدد البيانات PET CT والمطلوب والنقر على علامة التبويب "تحليل عامة.
    2. فرز البيانات بحيث تم تعيينه CR "المصدر" ويتم تعيين PET 'الهدف'. في القائمة "سير العمل"، حدد "التسجيل". إذا تتطلب الصور التعديل أن يكون بشكل صحيح شارك المسجلة، واستخدام الأدوات في اله 'التسجيل' القائمة.
  2. في القائمة "سير العمل"، حدد "العائد على الاستثمار الكمي.
    1. استخدام وظائف "عموم" و "زووم" في علامة التبويب "صورة" لللتحديد المنطقة المطلوب. في قائمة "أدوات"، حدد علامة التبويب "إنشاء" وانقر على رمز الفرشاة. رسم ROI على الصورة
  3. استخراج منحنيات الوقت النشاط عن طريق تحديد "حفظ ROI الكمي" من القائمة "حفظ". حفظ البيانات كملف CSV.
  4. قياس امتصاص الإشعاع كما بيكريل لكل سم 3 من الأنسجة. تحويل القيم إلى نسبة جرعة حقن لكل سم 3 (٪ ID / سم 3) عن طريق تحميل ملف CSV في جدول بيانات.

5. المدخلات وظيفة

  1. لتصحيح انتشار ظيفة نقطة نظام، deconvolve قوات الأمن الفلسطينية النظام المقدر لل5 تكرارات باستخدام reblurred فان Cittert طريقة إزالة التفاف كما هو موضح سابقا 9.
    ملاحظة: هذا مطلوب نظرا لصغر حجم الوريد الأجوف في الماوس.
  2. استخدام بعد إزالة التفاف الصور لتوليد الدخل الدم منحنى وظيفة الوقت النشاط كما هو موضح أعلاه.

6. نمذجة الحركية

ملاحظة: FDG الأنسجة اثنين من طراز مقصورة (الشكل 1) تتطلب وظيفة الإدخال البلازما.

  1. تحويل وظيفة الإدخال الدم في CSV ملف إلى وظيفة الإدخال البلازما باستخدام المعادلة التالية 10: Input_plasma = × Input_blood (0.386 ه - 0.191t + 1.165).
  2. في أداة نمذجة الحركية انقر على زر "الحركية". استيراد النسيج والبلازما النشاط إجمالي عدد الملفات CSV إلى أداة نمذجة الحركية عن طريق تحديد "وقت التحميل آخر المنحنى 'من' القائمة '.
  3. في القائمة "نموذج" اختيار ما بين 2 المقصورات الأنسجة. تأكد من أن مربع بجانب K4 هو غير محددةوأدخل قيمة 0. لتركيب الأولي، قم بإلغاء تحديد المربع للرموز (حجم الدم جزء) وإدخال قيمة 2٪.
  4. انقر على "المنطقة الحالية صالح. تصحيح المنطقة المستخرج من الاهتمام لتشتت 11 و 12. تحقيق ذلك عن طريق التقليل من قيمة مربع كاي لنموذج FDG في أوقات التشتت المختلفة.
  5. أداء نوبة الثاني باستخدام عائمة القيمة رموز (ضع علامة في المربع بجانب مربع للرموز) وقيمة تشتت الأمثل لحساب الثوابت معدل الإقليمية (ك 1 كيلو 3). حساب تدفق الإقليمي المستمر كما K ط = (ك 1 × ك 3) / (ك 2 + ك 3).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

لقد استخدمت سابقا ديسيبل / ديسيبل نموذج الفأر للتحقيق في تأثير زيادة البلازما مستويات برنامج عمل ألماتي-I على حركية امتصاص الجلوكوز واستقلاب 13. في هذه الدراسة استخدمنا الفئران ديسيبل / ديسيبل تعامل مع الانسولين لإثبات فائدة من PET التصوي...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

بروتوكول صفها هنا يمثل، منهجية قوية غير الغازية لتحديد حركية امتصاص الجلوكوز من مجرى الدم إلى الأنسجة والتمثيل الغذائي لاحقا في الفئران.

الماوس ديسيبل / ديسيبل هو عبارة عن نموذج حيواني راسخة من نوع 2 من داء السكري 14 ا...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by a National Imaging Facility Subsidised Access Grant to BJC, a National Health and Medical Research Council of Australia program grant (482800) to KAR and PJB. The authors would like to thank Andrew Arthur, Hasar Hazme and Marie-Claude Gregoire for support in developing this method.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
PET/CT ScannerSiemensInveon 
18F-FDGPETNET Solutions
IsofluranePharmachem
30 guage needleBD305106
PMOD modelling softwarePMOD Technologies
BKS.Cg-Dock7m +/+ Leprdb/J miceJackson Laboratory000642
Human insulinSigma-Aldrich

References

  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

123 FDG PET CT

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved