This study was supported by a grant from Bruker Molecular Imaging (to WML) and from the NIH (Grant HL019982 to FJC).

<ol>
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WML is a consultant for Bruker Molecular Imaging

Hier präsentieren wir eine detaillierte Strategie für Schlaganfallinduktion, PET-Bildgebung und standardisierte Gehirn Subregion Messung der Gewebeschädigung in Sprague-Dawley Ratten. Abbildung kleiner Tiermodellen, insbesondere im Bereich von Schlaganfall ist vorteilhaft, da die Behandlung von Schlaganfall wirksam zu sein, hängt von einer extrem kurzen Therapiezeit. Hier präsentieren wir eine Verletzung-Reperfusion-Modell, bei dem Schlaganfall wurde über eine Okklusion der mittleren Hirnarterie induziert und mittels FDG-PET, neben einer Röntgen-CT für anatomische Referenz Bildgebung durchgeführt. Reglementiert Messungen der FDG-Aufnahme im Gehirn Subregionen wurde möglich durch präzise Abbildung der VOI Vorlage Atlas auf den Rattenhirn im PMOD Bildanalyse-Software. Ratiometrische FDG-Werte wurden durch Division entsprechenden Gehirn Subregionen in gegenüberliegenden Hemisphären gesammelt, die eine einfache Messung der Schäden ermöglicht, während eine Normalisierung Schwankungen der globalen FDG-PET-Signal zwischen verschiedenen Tieren und Zeit punkte. Diese Messungen sind im Einklang mit der erwarteten Wirkung der Strich auf dem Rattengehirn, demonstriert konsistent erheblichen Verlust von Gehirngewebe Glukoseaufnahme in bestimmten Regionen der ipsilateralen Hemisphäre. Diese Methode hat das Potential, unsere Fähigkeit FDG PET Datensätze von Tieren unterzogen viele Arten von Gehirntrauma, einschließlich Schlaganfall vergleichen erweitern. Durch die Standardisierung der Mengen, über Hemisphären des Gehirns und in mehreren Tieren quantifiziert werden, erzeugt diese Methode konsistente Messungen der verringerten Gewebeglukoseaufnahme. Beachten Sie, dass andere PET-Tracer mit Aufnahme in das Gehirn, wie 11 C-Racloprid für D2-Rezeptoren, kann mit diesem Protokoll und 21 verwendet werden. Schließlich beschreiben wir ein Verfahren, um einen ischämischen Schlaganfall im Gehirn einer Ratte in seinem Skelett mit hoher anatomischen Genauigkeit in drei Dimensionen zu visualisieren. Da könnte Schlaganfall-induzierten physiologischen und funktionellen Störungen vorübergehend oder bleibend sind, diese nicht-invasive Bildgebungsverfahren seinForscher können mit Hirnschäden im gleichen Tier über einen Zeitraum zu beurteilen. Es bietet eine Möglichkeit, neurologisch punkten die Ratten, aber auch zu bewerten kurz- und langfristigen neurologischen Defiziten im gleichen Tier. Die Template-Funktion des PMOD Software ermöglicht es den Forschern mit einer gewissen Präzision den Verletzungen Bereich zur Karte und vielleicht neurologische Folgeschäden und Verhaltensmustern zu korrelieren. Für eine genaue Quantifizierung von Schlaganfall Beschädigung durch Gehirnteilbereich ist der Schlüsselschritt Ausrichtung der PET-Daten mit den Rattenhirnatlas innerhalb PMOD. Inkonsistenzen in Ausrichtung kann zu falschen Quantifizierung Gehirn Subregionen durch Ischämie betroffen führen. Wie in dem Protokoll Schritt 4.1.7 beschrieben, ist es möglich, die Harderian Drüsen als Landmarken zum Ausrichten der Gehirnatlas mit experimentellen PET-Daten zu verwenden. Partialvolumeneffekte (PVE) sind ein Problem bei dieser Art von Analyse, und die Gesamtauflösung der Gehirnstruktur zu begrenzen, dasskann abgebildet werden. Signal Greifen zwischen benachbarten Volumina auftreten oder das VOI selbst könnte zu klein in Bezug auf die Auflösung des Instruments sein, wodurch die quantitative Genauigkeit des Verfahrens 22 zu reduzieren. Die in diesen Studien verwendeten Albira PET-System ist mit drei Detektorringen versehen und liefert eine Auflösung von 1,1 mm, die aus entsprechenden Ein-Ring-System, das 1,5 mm 23 erreicht entwickelt. Buvat etal beachten PVE werden Messungen von Tumoren mit einem Durchmesser von weniger als 2-3 x die Auflösung des Systems mit voller Breite halbem Maximum (FWHM), die zu einem Kugelvolumen von 5,6 bis 18,9 mm 3 für die 3- entsprechen würde beeinflussen Ring Albira. Casteels et al. Vor kurzem erklärt, dass Volumes größer als 8 mm 3 minimal Partialvolumeneffekte für moderne präklinische PET-Scanner mit einer Auflösung im Bereich von 1,1 bis 1,3 mm 24 haben. Die Schiffer Atlas wurde sorgfältig mit diesen Parametern im Auge gebaut und nutzt 58 VOIs, davon 13 fallen unter die Schwelle 8 mm 3. Dazu gehören die VOIs für rechte und linke Hemisphäre des medialen präfrontalen Kortex (6,3 mm 3, R / L), die Par A Cortex (7,6 mm 3, R / L), den Colliculus superior (7,1 mm 3, R / L) Die VTA (5,5 mm 3, R / L), Colliculus inferior (5,7 mm 3, R / L), Hypophyse (5,9 mm 3) und die CB Blutfluß (5,1 mm 3). Darüber hinaus werden Messungen des frontalen Cortex (1,4 mm 3 R / L) am meisten anfällig für PVE aufgrund seiner geringen Größe. Untersuchungen in größeren Tieren wie Ratten, die eine entsprechende Zunahme der Grße der Anatomie haben, eine größere Anzahl von Gehirnunterregionen, die im Vergleich zu Mäusen zuverlässig quantifiziert werden kann. Dennoch sind diese Methoden für Brain Imaging bei Mäusen, die ihre eigenen Gehirnatlas in PMOD, die von 18 Unterbereiche, die es zusammengesetzt ist, habenso bemessen, dass PVE zu minimieren. Ferner wurde unter Verwendung PET, noch kleinere Hirnregionen als in dieser Studie kann verlangen, den Einsatz alternativer Methoden beschrieben, zu identifizieren. Die hier beschriebene Methode ermöglicht reglementiert und effiziente Quantifizierung von Hirngewebe Schaden über Zeit, segmentiert durch Gehirnteilbereich, in lebenden Ratten. Verletzungen aufgrund von Ischämie ist hier als Beispiel gezeigt, aber die Methode zur Quantifizierung von Veränderungen in der Hirnaktivität dargestellt kann in eine andere Bedingung, die die Rattenhirn angewendet werden. Abschließend kann FDG-PET-CT-Daten von kleinen Tieren in einer nicht-invasiven und wirtschaftlicher Weise gewonnen werden, und können leicht für Kleintierbildgebung in einer quantitativen Art und Weise verwendet werden. Verwendung der Schiffer Schablonenwerkzeug des PMOD Programm können ischämischen Bereiche des Gehirns, abgegrenzt werden, und die PET-Daten gemessen. Dies ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die zukünftige Untersuchung der Reorganisation des Gehirns, Reparatur und Neurogenese nach zerebraler Ischämie, die dynamisch entwickelnden fördernnt der Neurotherapien behinderter Schlaganfall-Patienten. Diese Visualisierung wird auch besonders nützlich bei der Bewertung der anderen Fälle von Gehirntrauma, wobei die Gewebeschädigung kann aus getrennten bildgebenden Verfahren ausgerichtet werden können.

Schlaganfall ist eine der häufigsten Todesursachen in den Industrieländern, und ist direkt verantwortlich für den Tod von 1 von 19 Amerikanern 1 verantwortlich. Es wurde geschätzt, dass ungefähr 795.000 Amerikaner Erfahrung Hub jedes Jahr, von denen 87% von ihnen in der Natur ischämischen 5 sind. Während eines ischämischen Ereignisses ist eine kontinuierliche Versorgung mit Sauerstoff und Glucose zu der kortikalen Neuronen stark beeinträchtigt Induzieren einer hypoxischen Umgebung, die zu einer verminderten Zellfunktion in den betroffenen Hirnregionen führt. Abhängig von der Schwere des Schlaganfalls, variieren cerebralen Durchblutung und die Glukoseaufnahme räumlich und zeitlich. Schäden durch Schlaganfall kann durch nicht-invasive Methoden identifiziert werden, wie zum Beispiel 18 F-Fluorodesoxyglukose (FDG) Positronen-Emissions-6. FDG ist ein Glucoseanalog wo die Hydroxylgruppe an der 2&#39;-Position durch die Positronenemissions 18 F-Isotop ersetzt worden ist. 18 F ist advantageous aufgrund seiner langen, 110 Minuten-Halbwertszeit, so dass sie verwendet werden, um Glukoseverbrauch im Gehirn zu detektieren. FDG PET erzeugt eine quantitative hochauflösende Karte Desoxyglucose Verbrauch im Gehirn 7 als 18 F neigt dazu, in Bereichen mit hoher Glucoseverbrauch zu akkumulieren, was darauf hinweist, daß solche Gewebe sehr metabolisch aktiv 8. Die 18 F-Kern erfährt beta-Zerfall, die Freigabe einer Positronen, die rasch vernichtet mit einem nahe gelegenen Elektrons Herstellung von Gammastrahlen, die von dem Gerät erfaßt werden. FDG PET-Scans können in demselben Individuum mit mindestens 10 18 F-Halbwertszeiten, oder etwa 18 Stunden lang wiederholt werden, zwischen den Abtastungen, so dass ein Weg, um Veränderungen in der Hirnaktivität im Laufe der Zeit in dem gleichen Individuum zu untersuchen. Präklinischen Tiermodellen, wie Ratten, werden oft verwendet, um die Auswirkungen von Schlaganfällen und die Wirksamkeit von Behandlungen von Schlaganfall bewerten. Da FDG PET ist nicht-invasiv, kann es verwendet werden, um zu messen,die Auswirkungen von Schlaganfällen im Laufe der Zeit ohne Beeinträchtigung der Physiologie des Tieres. Je nach dem Schlaganfall Lage, unterschiedliche Regionen des Gehirns beeinflußt werden. Jedoch mit kleinen Tieren wie Ratten, manuell Definieren und Quantifizieren Aktivität in spezifischen Regionen des Rattengehirns kann schwierig sein. Zur Glukosemetabolismus in spezifischen Regionen des Rattengehirns mit der Zeit zu vergleichen, müssen Volumina von Interesse (VOI) quantifiziert werden durchweg abgegrenzt werden. Eine präzise Atlas der Rattenhirn wurde entwickelt, um dieses Problem zu lindern, 9, und ist in digitaler Form für den Einsatz in Quantifizierung der präklinischen FDG-PET-Daten umgewandelt. Hier präsentieren wir eine Methode, um Schlaganfall Gewebeschädigung in einem konsistenten, methodisch zu klassifizieren. Das Verfahren beschreibt die chirurgische Prozedur zum Einleiten zerebraler Ischämie in einem Tiermodell, Quantifizierung spezifischen Gehirnunterregionen, die von Schlaganfall, und erzeugen eine dreidimensionale Visualisierung der Maße und Lage eines SchlaganfallsGewebeschäden mit Hilfe geeigneter Techniken und Werkzeuge. Unter Verwendung der in dieser Studie beschriebenen Methode können die Forscher konsequent einzuleiten zerebraler Ischämie bei Ratten, führen PET-Bildgebung und Quantifizierung von Veränderungen in der FDG-Aufnahme mit definierten Gehirnregionen in präklinischen Taktmodelle im Laufe der Zeit.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Albira PET SPECT CT</td>
			<td style="width:71px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3D molecular imaging equipment</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Sprague Dawley Rats</td>
			<td style="width:71px;">Charles River Laboratories</td>
			<td align="right" style="width:119px;">400</td>
			<td>Animal Subjects</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">18-F-D-Glucose</td>
			<td style="width:71px;">Spectron</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PET compound</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">micro clamp</td>
			<td style="width:71px;">FST</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>artery clamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">occluder #4037</td>
			<td style="width:71px;">Doccol Corp.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>surgical stroke induction</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive imaging and analysis of cerebral ischemia in living rats using positron emission tomography with 18f-fdg

Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache unter den Amerikanern war 65 Jahre alt oder älter 1. Die Lebensqualität der Patienten, die einen Schlaganfall erleiden nicht normal in einer großen Mehrheit der Patienten 2, die vor allem auf derzeitige Mangel an klinischen Behandlung von akutem Schlaganfall ist zurück. Dies macht das Verständnis der physiologischen Wirkungen von zerebraler Ischämie auf Hirngewebe über die Zeit und ist ein wichtiger Bereich aktiver Forschung. Zu diesem Zweck hat experimentelle Fortschritte erzielt mit Ratten als präklinischen Modell für Schlaganfall, insbesondere mit nicht-invasiven Methoden wie 18 F-Fluorodesoxyglukose (FDG) in Verbindung mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Bildgebung 3,10,17. Hier präsentieren wir eine Strategie zur Induktion zerebraler Ischämie bei Ratten durch mittleren Hirnarterie Okklusion (MCAO) imitiert fokaler zerebraler Ischämie beim Menschen, und Abbildung ihrer Auswirkungen über 24 h mit FDG-PET in Verbindung mit Röntgen-Computertomographie (CT) mit einem Albira PET-CT-Gerät. Ein VOI Vorlage Atlas wurde anschließend zu den zerebralen Rattendaten verschmolzen, um eine unvoreingenommene Analyse des Gehirns und ihre Teilbereiche 4 zu ermöglichen. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur 3D-Visualisierung der FDG-PET-CT-Zeitverlauf dargestellt. Zusammenfassend stellen wir ein detailliertes Protokoll für die Einleitung, Quantifizierung und Visualisierung eines induzierten ischämischen Schlaganfall-Ereignis in einem Wohn Sprague-Dawley-Ratten in drei Dimensionen mit FDG-PET.

Zerebrale Ischämie wurde in lebenden Sprague-Dawley-Ratten durch Okklusion der mittleren Gehirnarterie ausgelöst, mit anschließender nukleare Bildgebung durchgeführt, um seine Wirkungen zu detektieren. Live-Ratten wurden 24 Stunden vor Schlaganfall Induktion sowie 1,5 Stunden und 24 Stunden nach der Ischämie, jedes abgebildet mit unabhängigen Injektionen von etwa 500 &amp; mgr; Ci 18 F-FDG, die vollständig innerhalb von 18 Stunden zerfällt. Der für diese Studien verwendete drei Detektorring Albira System hat eine Empfindlichkeit von 9%, was 500 &amp; mgr; Ci eine bestimmte Dosis für den Ratten. Repräsentative Bildgebungsdaten für PET und Röntgen-CT-Scans für eine Ratte an der 24 h vor und 24 Stunden nach der Reperfusion Zeitpunkten in Figur 1 oberen und unteren Reihe dargestellt. Die Quer (Platten A und E), sagittal (Platten B und F) und koronale (Platten C und G) Scheiben für jeden Scan werden mit FDG-PET-Daten in ein &amp; # farbig dargestellt8220, Regenbogen &quot;Intensitätsskala, auf der CT überlagert in Graustufen. Man beachte, dass CT für anatomische Koregistrierung von PET-Daten in dem Tierschädel verwendet und keine Röntgendichte Veränderungen im Hirngewebe wurden bei diesen Experimenten festgestellt. Nach 24 Stunden gab es einen dramatischen Rückgang der Glukoseaufnahme in die ipsilaterale Hemisphäre, was weit verbreitete Gewebeschäden aufgrund der induzierten ischämischen Schlaganfall. Ein 3D-Rendering des Overlay-Daten wird in 1D und H vorgestellt. Wenn auf dem Bildschirm gedreht, diese wieder Daten liefern eine verbesserte Visualisierung der Schlaganfall-induzierte Abnahme der FDG-Aufnahme. Um die Veränderungen im zerebralen Glukoseaufnahme durch Schlaganfall in einem Raum-Zeit-Weise zu quantifizieren, wurde ein VOI Hirnatlas angewandt, um für jeden Scan vor, eine Baseline Hub, 1,5 h und 24 h (nach der Reperfusion). Dies wurde mit der PMOD Softwarepaket in Verbindung mit der W. bewerkstelligt Schiffer Rattenhirn-Vorlage und atlas. Zuerst PMOD wurde verwendet, um jede der Rattenhirn PET-Datensätze an den entsprechenden Raum und Geometrie über manuelle Koregistrierung mit dem Verschieben und Drehen von Werkzeugen auf der Registerkarte Reslice zu verwandeln. Beachten Sie, dass die Skala Tool ist auch für die allgemeine Gehirngröße anpassen, wenn nötig. Während die Verwendung der Schiffer Atlas überlegen manuelles Zeichnen VOIs im Gehirn Raum kann es experimentelle Fehler durch ungenaue Gehirn Fusion induziert. Somit kann in einigen Fällen eine Erhöhung der Anzahl der Tiere erforderlich sein, um eine statistische Signifikanz zu erreichen. Als nächstes wurde die W. Schiffer VOI Gehirnatlas automatisch die FDG Akkumulation in Standardaufnahme-Einheiten, in definierten Teilbereichen des Rattenhirns (Abbildung 2) zu messen aufgebracht. Die Gehirn VOI Atlas kann auch iterativ mit dem Standard-Gehirn-Modell verwendet werden, um eine weitere Optimierung der manuellen Mischung aus den experimentellen Daten werden. Da die stoke Veranstaltung wurde in jedem Tier zu der rechten Gehirnhälfte getrennt, der Schaden to Jede Region wurde durch Berechnen eines Verhältnisses der Glukoseaufnahme der Aktivität zwischen kontralateralen Bereiche (Figur 2) quantifiziert. Die Verwendung dieser Verhältnisse bietet eine bequeme Normalisierung zwischen rechten und linken Hemisphäre und entfernt Variabilität, die beim Vergleich von PET Signalintensitätswerte in verschiedenen Scans auftreten können. Bei 1,5 Stunden nach einem Schlaganfall, wurden 18 F-FDG Aufnahmen nicht in den ischämischen Bereich betroffen. Daher wurden keine quantitativen Veränderungen der Glucoseaufnahme zwischen den kontralateralen und ipsilateralen Hälften (3, blaue und grüne Balken) beobachtet. Dies könnte auf die Hyper Aufnahme von Glukose durch die peri-ischämischen Region oder erhöhte Glucosemetabolismus zu diesem Zeitpunkt werden, um den Verlust der zellulären ATP 10,11 kompensieren. Jedoch wurde eine signifikante Abnahme der Glucoseaufnahme in bestimmten Regionen der ipsilateralen Hemisphäre über mehrere Tiere (n = 5) nach 24 h nach der Reperfusion (Abbildung 3, rote Balken) beobachtet. Other Hirnregionen angezeigt wenig oder gar keine Schäden in der ipsilateralen Hemisphäre. Speziell wurden die Regionen der ipsilateralen Hemisphäre, die konsistent zeigten verminderte FDG uptakes: Amygdala caudatus Putamen, der akustische, entorhinalen, Insellappens Parakortex und somatosensorischen Regionen der Cortex. Kortikalen Läsionen aufgrund von Schlaganfall verursacht werden mit dem Verlust der neuronalen Verbindungen und veränderte Funktionskarten verbunden. Strukturelle Anomalien in der Amygdala durch Schlaganfall führen zu Psychopathologie und kognitive Dysfunktion 12. Es ist nicht verwunderlich, dass der Nucleus caudatus-Putamen Region wurde für FDG-Aufnahme beeinflusst die Hirndurchblutung in den seitlichen Teil der Region wird durch den verschlossenen A. cerebri media 13 zugeführt. Die Pathologie in dieser Region von Nagetier Gehirn führt zu einer Beeinträchtigung der Unterscheidungs ​​Lernen, kognitive Verarbeitung und nicht-motorischen Funktionen 14. Unfähigkeit zu nehmen FDG wurde auch im entorhinalen Kortex eine beobachteted Hörrinde im medialen Temporallappen des ischämischen Hemisphäre. Im Jahr 2001, Davis et al. Berichteten, dass entorhinalen Kortex Schäden bei Ratten führt zu einer Beeinträchtigung der sensorischen Integration und anhaltend räumlichen Lernen deificits 15. Hörstörungen ist bekannt, dass in der Schlaganfall bei Menschen auftreten, wenn auch selten 16. Jedoch wurde die Aufnahme von FDG Colliculus inferior, die eine der wichtigsten Hörbahnen nicht durch Schlaganfall in unserem Modell beeinflusst. Es hat sich gezeigt, dass MCAO-induzierten Schlaganfall Ratten erhöht Adrenalin, Noradrenalin und sympathischen Nervenaktivität aufgrund Infarkt in der Inselrinde, eine der Regionen, in unserem Modell, das schlechte FDG-Aufnahme 17 gezeigt. Dies kann Veränderungen der autonomen Funktion beeinflussen die Herzsystems führen. Schlechte FDG-Aufnahme wurde im somatosensorischen Bereich des frontoparietal Kortex beobachtet. Ischämischen Infarkt in diesem Bereich wurde berichtet, dass strukturelle Anomalien und den Verlust der Thalamus-Verbindungen verursachen18. Begrenzte FDG-Aufnahme wurde auch im visuellen Kortex, die zu einer Beeinträchtigung der Okulardominanz Plastizität führen könnte, wie in Ratten Neugeborenen bis hypoxische Ischämie 19 ausgesetzt berichtet beobachtet. Allerdings verringerte sich FDG-Aufnahme wurde in den Colliculus superior beobachtet ein Gebiet, das in der bildenden Motorführung 20 beteiligt ist. FDG-Aufnahme in der Hippocampus-Bereich wurde ebenfalls beeinträchtigt, ein Gebiet, das in das räumliche Gedächtnis und die Navigation wichtig ist. Es wurde konsequent beobachtet, daß Teilbereiche des Mittelhirns, wie der colliculus superior und inferior, den ventralen tegmentalen Bereich (VTA), sowie den Riechkolben des Vorderhirns und des tiefsitz Thalamus nicht durch Okklusion beeinflußt Mitte der Halsschlagader (Bild 3). Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die FDG-PET mit CT bietet eine praktikable, reproduzierbare und nicht-invasive Bildgebungs Strategie, mit der auf zerebrale Ischämie bei Ratten in einer longitudinalen Mode zu überwachen. <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;always&quot;&gt; <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig1.jpg" /> Abb. 1: PET-CT-Daten des Rats vor und nach zerebraler Ischämie Jede Zeile wird die jeweilige Quer (A, E), sagittale (B, F), koronalen (C, G) und 3D (D, H) PET -CT Daten einer Ratte 24 h vor (obere Reihe) und 24 Stunden nach der Reperfusion (oder 26 Stunden nach der Induktion von zerebraler Ischämie, unten). Weiße Pfeile zeigen Lage des verringerten FDG-Aufnahme durch Schlaganfall Schaden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig2.jpg" /> Abbildung 2: PET-Daten mit den W. Schiffer Rat Brain Atlas mit PMOD ausgerichtet Die FDG-PET Daten.eine Ratte 24 Stunden nach Reperfusion (oder 26 Stunden nach der zerebrale Ischämie, obere Reihe) mit den VOI Gehirnatlas Vorlage für die Analyse (untere Reihe) fusioniert. Farben zeigen die separaten VOIs der Gehirnatlas Vorlage. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig3.jpg" /> . Abbildung 3: Vertreter Quantitative Analyse der Glukoseaufnahme in Rattenhirn nach § Verhältnisse von rechts nach links Hemisphäre FDG-PET-Signal in Standard-Aufnahme-Einheiten aus jeder Region des W. Schiffer Rat Brain Atlas berichtet für Scans vor dem ischämischen Schlaganfall-Ereignis (vor genommen; blau), 1,5 Stunden (grün) und 24 Stunden (rot) nach der Reperfusion (oder 26 Stunden nach der Reperfusion). Fehlerbalken stellen Standardfehler für n = 5 Rattenhirn Schlaganfall Ereignisse, die zu jedem Zeitpunkt. ** P ≤ 0,01, * p≤ 0,05 (gepaarter t-Test). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="4" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig4.jpg" /> Abb. 4: Darstellung der MCAO Chirurgie Die rote Linie ist der Okkluder, die in die äußere Halsschlagader eingeführt wird. Das blaue Oval repräsentiert den Bereich des Gehirns.

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Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

Nicht-invasive Bildgebung und Analyse der zerebralen Ischämie in lebenden Ratten mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie mit<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

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Research

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Medicine

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

13.7K Aufrufe.  University of Notre Dame. Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

Serie: Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Basic Surgical Techniques in the G&ouml;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects the close resemblance of these animals to human anatomy and physiology 1-6.The size of the G&ouml;ttingen minipig permits the use of surgical equipment and advanced imaging modalities similar to those used in humans 6-8. The aim of this instructional video is to increase the awareness on the value of minipigs in biomedical research, by demonstrating how to perform tracheal intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion. 
Endotracheal Intubation should be performed whenever a minipig undergoes general anesthesia, because it maintains a patent airway, permits assisted ventilation and protects the airways from aspirates. Transurethral bladder catheterization can provide useful information about about hydration state as well as renal and cardiovascular function during long surgical procedures. Furthermore, urinary catheterization can prevent contamination of delicate medico-technical equipment and painful bladder extension which may harm the animal and unnecessarily influence the experiment due to increased vagal tone and altered physiological parameters. Arterial and venous catheterization is useful for obtaining repeated blood samples and monitoring various physiological parameters. Catheterization of femoral vessels is preferable to catheterization of the neck vessels for ease of access, when performing experiments involving frame-based stereotaxic neurosurgery and brain imaging. When performing vessel catheterization in survival studies, strict aseptic technique must be employed to avoid infections6. Transcardial perfusion is the most effective fixation method, and yields preeminent results when preparing minipig organs for histology and histochemistry2,9. For more information about anesthesia, surgery and experimental techniques in swine in general we refer to Swindle 2007. Supplementary information about premedication and induction of anesthesia, assisted ventilation, analgesia, pre- and postoperative care of G&ouml;ttingen minipigs are available via the internet at <a href="http://www.minipigs.com">http://www.minipigs.com</a>10. For extensive information about porcine anatomy we refer to Nickel et al. Vol. 1-511.

Basic Surgical Techniques in the G&amp;#246;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The use of domestic and miniature pigs in science has increased significantly in recent years. By demonstrating how to perform intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion, we aim to further increase the value of G&ouml;ttingen minipigs in biomedical research.

Grundlegende chirurgische Techniken in der Göttinger Miniaturschwein: Intubation, Blasenkatheter, Femoral Schiff Katheterisierung und Transcardial Perfusion

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects ...

Forschung

Medizin

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 provide information about the burden of disease. However, despite multiple validation studies of CAC3-5, and C-IMT2,6, these modalities do not accurately assess plaque characteristics7,8, and the composition and inflammatory state of the plaque determine its stability and, therefore, the risk of clinical events9-13.
[18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) imaging using positron-emission tomography (PET)/computed tomography (CT) has been extensively studied in oncologic metabolism14,15. Studies using animal models and immunohistochemistry in humans show that FDG-PET/CT is exquisitely sensitive for detecting macrophage activity16, an important source of cellular inflammation in vessel walls. More recently, we17,18 and others have shown that FDG-PET/CT enables highly precise, novel measurements of inflammatory activity of activity of atherosclerotic plaques in large and medium-sized arteries9,16,19,20. FDG-PET/CT studies have many advantages over other imaging modalities: 1) high contrast resolution; 2) quantification of plaque volume and metabolic activity allowing for multi-modal atherosclerotic plaque quantification; 3) dynamic, real-time, in vivo imaging; 4) minimal operator dependence. Finally, vascular inflammation detected by FDG-PET/CT has been shown to predict cardiovascular (CV) events independent of traditional risk factors21,22 and is also highly associated with overall burden of atherosclerosis23. Plaque activity by FDG-PET/CT is modulated by known beneficial CV interventions such as short term (12 week) statin therapy24 as well as longer term therapeutic lifestyle changes (16 months)25.
The current methodology for quantification of FDG uptake in atherosclerotic plaque involves measurement of the standardized uptake value (SUV) of an artery of interest and of the venous blood pool in order to calculate a target to background ratio (TBR), which is calculated by dividing the arterial SUV by the venous blood pool SUV. This method has shown to represent a stable, reproducible phenotype over time, has a high sensitivity for detection of vascular inflammation, and also has high inter-and intra-reader reliability26. Here we present our methodology for patient preparation, image acquisition, and quantification of atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation using SUV, TBR, and a global parameter called the metabolic volumetric product (MVP). These approaches may be applied to assess vascular inflammation in various study samples of interest in a consistent fashion as we have shown in several prior publications.9,20,27,28

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography FDG-PET/CT

There is great need to identify atherosclerosis non-invasively, and here we demonstrate how FDG-PET/CT can be used to detect and quantify atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation.

Die Quantifizierung der atherosklerotischen Plaque Aktivität und Gefäßentzündungen mit [18-F] Fluordeoxyglukose Positronen Emissions Tomographie / Computertomographie (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 ...

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases. Episodes of acute cellular allograft rejection (AR) are a negative prognostic factor for long-term allograft survival, and its timely diagnosis is crucial for allograft function 1. At present, AR can only be definitely diagnosed by core-needle biopsy, which, as an invasive method, bares significant risk of graft injury or even loss. Moreover, biopsies are not feasible in patients taking anticoagulant drugs and the limited sampling site of this technique may result in false negative results if the AR is focal or patchy. As a consequence, this gave rise to an ongoing search for new AR detection methods, which often has to be done in animals including the use of various transplantation models.
Since the early 60s rat renal transplantation is a well-established experimental method for the examination and analysis of AR 2. We herein present in addition small animal positron emission tomography (PET) using 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) to assess AR in an allogeneic uninephrectomized rat renal transplantation model and propose graft FDG-PET imaging as a new option for a non-invasive, specific and early diagnosis of AR also for the human situation 3. Further, this method can be applied for follow-up to improve monitoring of transplant rejection 4.

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

We herein present a rat renal transplantation model to non-invasively assess acute allograft rejection using positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose.

Nicht-invasive Bildgebung des akuten Abstoßung nach Nierentransplantation mit Rat<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal  disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases.  Episodes of acute cellular ...

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Non-invasive optische Messung des zerebralen Metabolismus und Hämodynamik bei Säuglingen

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in humans. Detecting BAT is typically confirmed by the uptake of the injected radioactive tracer 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) into adipose tissue depots, as measured by positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) scans after exposing the subject to cold stimulus. Fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI) has the ability to distinguish BAT without the use of a radioactive tracer. To date, MRI of BAT in adult humans has not been co-registered with cold-activated PET-CT. Therefore, this protocol uses 18F-FDG PET-CT scans to automatically generate a BAT mask, which is then applied to co-registered MRI scans of the same subject. This approach enables measurement of quantitative MRI properties of BAT without manual segmentation. BAT masks are created from two PET-CT scans: after exposure for 2 hr to either thermoneutral (TN) (24 &#176;C) or cold-activated (CA) (17 &#176;C) conditions. The TN and CA PET-CT scans are registered, and the PET standardized uptake and CT Hounsfield values are used to create a mask containing only BAT. CA and TN MRI scans are also acquired on the same subject and registered to the PET-CT scans in order to establish quantitative MRI properties within the automatically defined BAT mask. An advantage of this approach is that the segmentation is completely automated and is based on widely accepted methods for identification of activated BAT (PET-CT). The quantitative MRI properties of BAT established using this protocol can serve as the basis for an MRI-only BAT examination that avoids the radiation associated with PET-CT.

The method presented here uses 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) and fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI), each scanned following 2 hr exposure to thermoneutral (24 &#176;C) and cold conditions (17 &#176;C) in order to map brown adipose tissue (BAT) in adult human subjects.

Menschen braunes Fettgewebe Depots automatisch durch Positronenemissionstomographie / Computertomographie Segmentierte und Registrierte Magnetic Resonance Images

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

Gleichzeitige PET / MRT-Bildgebung während Maus zerebrale Hypoxie-Ischämie

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Performing Permanent Distal Middle Cerebral with Common Carotid Artery Occlusion in Aged Rats to Study Cortical Ischemia with Sustained Disability

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, obesity and diabetes. Accordingly, when evaluating therapies for stroke in animals, it is important to select a model with excellent face validity. Ischemic stroke accounts for 80% of all strokes, and the majority of these occur in the territory of the middle cerebral artery (MCA), often inducing infarcts that affect the sensorimotor cortex, causing persistent plegia or paresis on the contralateral side of the body. We demonstrate in this video a method for producing ischemic stroke in elderly rats, which causes sustained sensorimotor disability and substantial cortical infarcts. Specifically, we induce permanent distal middle cerebral artery occlusion (MCAO) in elderly female rats by using diathermy forceps to occlude a short segment of this artery. The carotid artery on the ipsilateral side to the lesion was then permanently occluded and the contralateral carotid artery was transiently occluded for 60 min. We measure the infarct size using structural T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) at 24 hr and 8 weeks after stroke. In this study, the mean infarct volume was 4.5% &#177; 2.0% (standard deviation) of the ipsilateral hemisphere at 24 hr (corrected for brain swelling using Gerriet&#8217;s equation, n = 5). This model is feasible and clinically relevant as it permits the induction of sustained sensorimotor deficits, which is important for the elucidation of pathophysiological mechanisms and novel treatments.

Here we present a protocol to produce permanent distal middle cerebral artery occlusion in elderly female rats with simultaneous occlusion of the carotid arteries to generate large cortical infarcts and sustained deficits. We show confirmation of the lesion size using structural MRI at 24 hr and 8 weeks after stroke.

Darstellende Permanent Distal cerebri mit Arteria carotis communis Occlusion bei alten Ratten zu studieren kortikale Ischämie mit anhaltenden Behinderungs

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, ...

Modeling Encephalopathy of Prematurity Using Prenatal Hypoxia-ischemia with Intra-amniotic Lipopolysaccharide in Rats

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best advance translational objectives and uncover new therapeutic strategies for brain injury associated with preterm birth, preclinical models of EoP must include similar mechanisms of prenatal global injury observed in humans and involve multiple components of the maternal-placental-fetal system. Ideally, models should produce a similar spectrum of functional deficits in the mature animal and recapitulate multiple aspects of the pathophysiology. To mimic human systemic placental perfusion defects, placental underperfusion and/or chorioamnionitis associated with pathogen-induced inflammation in early preterm birth, we developed a model of prenatal transient systemic hypoxia-ischemia (TSHI) combined with intra-amniotic lipopolysaccharide (LPS). In pregnant Sprague Dawley rats, TSHI via uterine artery occlusion on embryonic day 18 (E18) induces a graded placental underperfusion defect associated with increasing CNS damage in the fetus. When combined with intra-amniotic LPS injections, placental inflammation is increased and CNS damage is compounded with associated white matter, gait and imaging abnormalities. Prenatal TSHI and TSHI+LPS prenatal insults meet several of the criteria of an EoP model including recapitulating the intrauterine insult, causing loss of neurons, oligodendrocytes and axons, loss of subplate, and functional deficits in adult animals that mimic those observed in children born extremely preterm. Moreover, this model allows for the dissection of inflammation induced by divergent injury types.

Encephalopathy of prematurity encompasses the central nervous system abnormalities associated with injury from preterm birth. This report describes a clinically relevant rat model of in utero transient systemic hypoxia-ischemia and intra-amniotic lipopolysaccharide administration (LPS) that mimics chorioamnionitis, and the related impact of infectious stimuli and placental underperfusion on CNS development.

Modellierung Enzephalopathie praematurorum Mit Prenatal Hypoxie-Ischämie mit Intra-Frucht Lipopolysaccharide bei Ratten

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best ...

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

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.

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

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.

Die Bestimmung Glucose Metabolism Kinetics Verwendung<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG Micro-PET / CT

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). ...

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to expend energy has made it a potential target for novel therapies to ameliorate obesity and associated metabolic disorders in humans. Though this tissue has been well studied in small animals, BAT&#39;s thermogenic capacity in humans remains largely unknown due to the difficulties of measuring its volume, activity, and distribution. Identifying and quantifying active human BAT is commonly performed using 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography and computed tomography (PET/CT) scans following cold-exposure or pharmacological activation. Here we describe a detailed image-analysis approach to quantify total-body human BAT from 18F-FDG PET/CT scans using an open-source software. We demonstrate the drawing of user-specified regions of interest to identify metabolically active adipose tissue while avoiding common non-BAT tissues, to measure BAT volume and activity, and to further characterize its anatomical distribution. Although this rigorous approach is time-consuming, we believe it will ultimately provide a foundation to develop future automated BAT quantification algorithms.

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

Using free, open-source software, we have developed an analytical approach to quantify total and regional brown adipose tissue (BAT) volume and metabolic activity of BAT using 18F-FDG PET/CT.

Ganzen Körper und regionale Quantifizierung der aktiven Menschen braune Fettgewebe mit 18F-FDG PET/CT

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to ...