功能成像在小鼠体内的棕色脂肪与FDG micro-PET/CT

摘要

功能成像的小鼠棕色脂肪组织（BAT）的方法进行了说明，冷刺激BAT摄取18F-脱氧葡萄糖（FDG）的非侵入性评估与标准化的micro-PET/CT协议。这种方法的鲁棒性和敏感的检测BAT活动在小鼠模型中的差异。

摘要

其离散的位置，由于丰富的血管和高密度的线粒体和棕红色，褐色脂肪组织（BAT）与白色脂肪组织（WAT）。在新生哺乳动物的能量消耗和非颤抖性产热以及成人¹ BAT发挥了重要作用。 BAT-介导的产热是由交感神经系统高度管制的，主要是通过β肾上腺素能受体^2，3。最近的研究显示，英美烟草公司活动呈负相关，与成人的身体质量指数（BMI）和其他糖尿病参数^4-6。因此，英美烟草公司提出专注于调制的能量平衡^6-8 anti-obesity/anti-diabetes治疗的潜在目标。几个冷的挑战正电子发射断层扫描（PET）方法，建立了用于检测人BAT ^9-13，基本上是没有什么标准协议的成像的量化ication的小动物模型，如小鼠BAT。在这里，我们描述了一个强大的PET / CT成像方法在小鼠BAT功能评估。简单地说，成年小鼠冷处理在空腹状态下，持续时间4小时之前，他们收到了一剂^{18 F-}脱氧葡萄糖（FDG）。将小鼠保持在寒冷的一个额外小时后FDG注射，然后一个小的动物专用micro-PET/CT系统与扫描。所收购的PET图像共同登记的的CT图像解剖引用，并分析了FDG摄取在肩胛间BAT区提出BAT活动。这种标准化的冷处理和成像协议已经验证通过测试BAT活动，例如，在药物干预的抑制的BAT活化治疗β-受体阻滞剂心得安^{，14，15，}或增强BAT激活β3受体激动剂BRL37344 ^16。法德cribed在这里可以应用到屏幕的药物/化合物，调节BAT的活动，或确定基因/ BAT各种临床前研究和基础研究的发展和法规中所涉及的途径。

研究方案

1。动物的制备和冷处理

1. 找到并检查了4℃冷室中，已被批准用于容纳实验室小鼠。
2. 预冷动物的笼子，在寒冷的房间里过夜。网箱组装饲料和床上用品，但没有一瓶水。
3. 在的实验一天早上，地方小鼠一个由一个以30分钟的间隔到各预冷的笼子。每个单笼的鼠标应该留在寒冷的房间了近4个小时，然后才运到的成像实验室。确保小鼠禁食，但获得水。
4. 后4小时冷处理运输动物在同一时间，每30分钟的成像实验室。这可以通过以下来实现填充一个塑料容器中，用冰和冰内盒的顶部放置一个预冷冻的住房笼。松散地放置在封面上的泡沫塑料盒。

2。设置Micro-PET/CT成像流程

实现与西门子Inveon专用PET（DPET）系统和的Inveon多模（MM）系统（CT / SPECT）在停靠模式。动物被置于从MM的入口，第一与解剖参考的CT扫描，然后滑动到中心的DPET静态F18 PET收集。为了使主机进行自动连续任务编程的的Inveon收购工作场所（IAW）软件的实际成像会议之前，下面的“工作流程”。

1. CT采集 ：对于一个全身CT扫描，设置在500微安的电流，电压在80KV，曝光时间为200毫秒，240步，240°旋转。对于X射线探测器，在“低系统放大倍率为78毫米的轴向成像领域和一张单人床模式选择分辨率。选择“实时重建”使用“通用锥束重建”的方法，使主机PC会谈的专用的实时重建计算机（眼镜蛇）启动任务。
2. PET发射采集 ：设置为600秒（10分钟）在“获取时间”选项中的“固定扫描时间”。选择F-18“研究同位素”，并使用350-650千电子伏的能量水平“。
3. PET排放直方图 ：将“动态帧”，“黑”过程数据作为一帧的整个持续时间实现静态扫描。选择“3D”作为直方图类型，选择“不分散修正”。
4. PET图像重建 ：使用二维有序的子集期望最大化（OSEM2D）的重建算法。

3。注射FDG

1. 订购的^{18 F-FDG（10} mCi）的临床包从当地供应商，它的到来〜30分钟之前预定的第一次注射的成像实验室。按照该机构的安全程序，以接收和调查的程序包，其中包含放射性本草的ls（RAM）。
2. 提供的L-块表顶盾，分装FDG，并用无菌生理盐水稀释的保护。 FDG的稀释活度浓度应可在200-300μCi/100UL，每次注射。绘制的葡萄糖溶液1毫升注射器26G 1/2寸毫针，并测量放射性的剂量校准的注射器。
3. 注入动物，只是输送FDG溶液与100μl通过腹腔内（IP）的路由从冷​​室（见步骤1.4）。记录的喷射时间。注射器的再次测量残余物的放射性剂量校准器。
4. 将动物的冷笼子内保持着冰保丽龙冷却器。孵育1小时FDG摄取动物在寒冷的（〜4°C）。
5. 计算各小鼠注入FDG活性由下式：
   注射的活性（微居里）=活动注射器注射前- 注射器注射后活动

4。 Micro-PET/CT成像

1. micro-PET/CT成像开始1小时后的葡萄糖注射液或5小时后的冷处理。将动物麻醉诱导室与3％异氟醚氧。
2. 麻醉诱导后，动物被移动到一个微型CT粒料（动物床）与它的头靠在一个锥形内面罩，不断提供异氟醚（2％），在2升/分钟的流速。电热垫（BioVet，M2M IMAGING CORP。）下的动物，以帮助维持体温。
3. 将动物的MM扫描仪的入口，启动“激光”从工具栏上的图标，并使用触摸板控制来移动床，让胸部的动物是在十字架上的水平和垂直的激光线。在“的激光对齐”窗口中，选择“先扫描类型”CT扫描，和“工作流程中的收购包括PET”的OPTION。
4. 打开“童军视图”窗口和取得的球探视图X射线摄片。使用IAW动物床的位置调整，使得它的中心的CT视图字段位于鼠标的中心体（肝脏）。如有必要，重复此步骤。
5. 启动在步骤2中建立的“工作流”。当选项出现，选择一个合适的3D PET-CT变换矩阵文件中使用的CT重建，并选择最近创建的文件没有衰减校正的PET重建正常化。 ，IAW将开始CT和PET扫描顺序编程。
6. 在整个工作流程完成，这可能需要20-25分钟，简单的质量评价所获得的CT和PET图像与ASIPro微型PET分析软件的虚拟机，安装了IAW。存档的摄像数据的数据存储装置，或通过网络将数据传输到后成像分析工作站（见步骤5），以供进一步分析。
7. Relea从成像系统本身的动物，并将其放置到一个干净的壳体保持架，其在室温下的恢复正常的食物和水供应。该系统现在已经准备好为在队列中的下一个动物。请注意照顾和处理后成像的动物应遵守学院的规定“处理实验动物注射RAM”。另外还要注意所使用的针头/注射器，吸水垫，手套，和所有床上用品和排泄物应被视为放射性废物，并根据学院的有关RAM废弃物处理法规进行处理。

5。后成像分析

1. 开放Inveon研究工作场所（IRW）软件（西门子）和手动导入CT和PET数据集。合作寄存器的CT和PET图像中的“注册”窗口“分析”功能使用的工具，并在“审阅”窗口中确保一个完美的CT和PET图像在三维空间之间的一致性。
2. 从“感兴趣区域（ROI）量化”的窗口，提供的参考共同注册的CT图像，确定在肩胛间区的脖子在成年小鼠中，最主要的冷诱导BAT BAT，绘制感兴趣体积（VOI）的英美烟草公司在PET数据集。 “量化类型”选择“体素灰度”和贝克/毫升的VOI内录得的平均放射性。校准系数转换成计数/秒贝克/毫升先前已建立了一个幽灵与已知的放射性扫描。
3. FDG摄取BAT被量化为每克组织百分注射剂量（％ID / g）的衰减校正。的注射剂量是3.5的步骤的结果，然而，转换贝克（Bq）的单元（1微居里= 37,000 Bq）为，我们假设一个1毫升的组织等于1克。

结果

小鼠BAT micro-PET/CT成像的一个例子示出在图1中。虽然CT成像提供解剖信息，PET成像编码的^{18 F-FDG}摄取的分布和数量在整个身体。这些成像数据可以被分开（图1A和图1B），稠合的（1C），如最大强度投影（MIP，1D）与3D特征或演示。随着三维成像工具，感兴趣的体积（VOI）的帮助下，肩胛间BAT区域（ 图1中箭头所示），在这里上绘制的PET图像和总信号内的VOI％ID可以被?...

讨论

在这项研究中的一个micro-PET/CT-based成像方法已发展为在成年小鼠中检测BAT活动只需要一个冷处理和注射市售^{18 F-FDG。}整个的过程可以在一天内完成后开始，每30分钟，直到所有的动物处理和成像处理和成像顺序。共10只小鼠（或2组，每组5只小鼠），在实验条件下，可以在同一天进行测试，用一个单一的成像系统。如果2个或更多的动物可以在一个特别设计的动物床同时扫描，因为它先前已?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
的试剂的名称	公司	目录编号	评论（可选）
Micro-PET/CT成像系统	西门子医疗解决方案（美国）公司	Inveon专用PET系统和的Inveon多模式CT / SPECT系统（停靠）
普萘洛尔	西格玛	P0884
BRL 37344	西格玛	B169
18 F-FDG	Cyclotope公司
C57BL/6J雄性小鼠	杰克逊实验室	000664	3-4个月