The authors thank Perkin Elmer Company for supporting this publication. We also thank Alana Ross, B.S. for proofreading this manuscript.

Hinweis: Alle Tierstudien sollten im Rahmen genehmigter institutionelle Protokolle und Tierpflege-Richtlinien durchgeführt werden. 1. In-vivo-Bildgebung CLI BAT mit 18 F-FDG 1.1 Hintergrund Imaging: <ol><li> Vor 18 F-FDG-Injektion, stellen vier Nacktmäusen in einem Induktionskammer, die mit Isofluran ausgewogen mit Sauerstoff für 5 min angeschlossen wurde auf die Anästhesie zu induzieren. Dann die vier betäubt Mäuse in der Abbildungsvorrichtung. </li><li> Erwerben Sie das Hintergrundbild mit den folgenden Parametern: Open-Filter, f = 1, bin = 8, FOV = D, und die Belichtungszeit = 120 sec, Bühnentemperatur = 37 ° C. </li></ol> 1.2 BAT Imaging mit 18 F-REA: <ol><li> Spritzen Sie die narkotisierten Mäusen, die mit 280 Ci von 18 F-FDG in PBS intravenös in die Schwanzvene. Nach der Injektion geben die Mäuse zu einem Käfig mit Futter und Wasser ausgestattet. Hinweis: Es ist erforwendig, intravenös injizieren 18 F-FDG, ein anständiges Kontrastierung von BAT-Bereich zu erzielen. Nur ein sehr schwacher Kontrast kann mit der gleichen Menge von 18 F-FDG gesehen werden, wenn eine intraperitoneale Injektion verwendet. </li><li> Erwerben CLI Bilder 30, 60 und 120 min nach 18 F-FDG-Injektion mit den gleichen Parametern wie Hintergrund-Bildgebung (Schritt 1.1.2). Für jeden Imaging-Sitzung, erhalten Sie 5 min für die Anästhesie Reinduktion. </li><li> Um das Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) zu quantifizieren, verwenden Sie die Imaging-Software-Schnittstelle, um zwei gleich große Ellipse ROIs über die interskapulären BAT und eine Fläche neben dem BAT (Bezugsfläche) ziehen (Abbildung 1b). </li></ol> 1.3 Validierung des CLI Quelle: <ol><li> Betäuben vier Mäuse und spritzen die Mäuse mit 280 Ci von 18 F-FDG intravenös. </li><li> Opfern den Mäusen 60 min nach der Injektion von 18 F-FDG durch Injektion von Natriumpentobarbital (200 mg / kg, ip). Entfernen Sie vorsichtig den Skin aus der interskapulären Bereich. Bild alle Mäuse, die mit den gleichen Parametern wie oben (1.1.2), zur gleichen Zeit (Abbildung 2a). </li><li> Die interskapulären weißen Fettgewebe (WAT) und BAT, und dann die Bild seziert Mäuse mit den gleichen Parametern (Abbildung 2b) vorsichtig entfernen. </li><li> Von den CLI-Bilder, die Berechnung der Beitrag von BAT durch Verwendung von zwei ROIs mit der folgenden Gleichung: R (BAT) = (CLI ein -cli b) (BAT) / (CLI ein -cli b) (BAT-entfernt), wo ROI a ist für den interskapulären Bereich und ROI B ist für den Referenzbereich (Abbildung 2b). </li></ol> 2. BAT Anwendung Imaging 2.1 Überwachung Aktivierung mit NE <ol><li> Teilen Sie Nacktmäuse in zwei Gruppen (n = jeweils 4). </li><li> Injizieren eine Gruppe mit Noradrenalin (NA) (50 ul, 10 mM) intraperitoneal. Verwenden Sie die zweite Gruppe als nicht-aktivierten control. Nach 30 min zu betäuben beide Gruppen mit Isofluran für 5 min und dann intravenös injizieren jede Maus mit 18 F-FDG (220 Ci). Hinweis: Die intraperitoneale Injektion von NE sollte 30 min vor 18 F-FDG Injektion zu vermeiden dramatisch Bewegen der Maus. </li><li> Bild die Mäuse 60 Minuten nach der 18 F-FDG Injektion unter Verwendung der gleichen Parameter wie die obigen Protokolle. </li></ol> 2.2 Überwachungs Aktivierung unter Kälteeinwirkung <ol><li> Messung der Körpertemperatur der Mäuse in einem kalten Raum mit einer rektalen Thermometers. Temperaturen sind etwa 30 ° C liegen. </li><li> Bild die Mäuse 60 Minuten nach der 18 F-FDG Injektion unter Verwendung der gleichen Bildaufnahmeparameter, wie die oben genannten Protokolle. Verwenden Mäusen, die bei Raumtemperatur (25 ° C) als Kontrollen aufbewahrt werden, und die Bild sie mit der gleichen. </li><li> Für eine Kälteexposition Studie, legen die Mäuse in einem kalten Raum (4 ° C) für 4 h vor der 18 F-FDG Injektion und senden Sie das mEis in den Kühlraum nach jeder Bildgebungssitzung und nach der Genesung von der Narkose. </li><li> Parameter wie oben. </li></ol> 2.3 Deaktivierung der Überwachung BAT unter den lang Anästhesie <ol><li> Für lange Anästhesie (60-70 min), injizieren Mäuse intraperitoneal mit Ketamin / Xylazin und halten sie unter Narkose für 60 bis 70 Minuten bei Raumtemperatur. </li><li> Nachdem die Mäuse betäubt, injizieren 18 F-FDG (220 uCi) intravenös über die Schwanzvene. </li><li> Bild die Mäuse 60 Minuten nach der 18 F-FDG Injektion unter Verwendung der gleichen Parameter wie die obigen Protokolle. </li></ol> 3. Multispektrale Entmischung und Cerenkov Lumineszenz-Tomographie Studies <ol><li> Betäuben eine Maus für 5 min und dann spritzen 300 Ci 18 F-FDG intravenös. Erwerben multispektrale Bilder 60 Minuten nach 18 F-FDG Injektion von Rückenseite des Tieres mit den folgenden Parametern: f = 1, bin = 16, ErwerbZeit = 300 s pro Filter, Emissionsfilter = 580, 600, 620, 640, 660 und 680 nm auf. </li><li> Führen Entmischung mit Wohnzimmer Imaging 4.3.1 Software und wählen Sie zwei Komponenten (BAT und unspezifische Signale) und automatische Entmischung (Abbildung 4). </li><li> Führen die 3D-Rekonstruktion gemß dem Verfahren von Kuo et al. 28,43 gemeldet. Integrieren Sie die Cerenkov Emissionsspektrum in den diffusen Lichtausbreitungsmodell gelten Tikhonov Regularisierung in der NNLS (nichtnegativen kleinsten Quadrate) Optimierung der Residuen, und erzeugen die Oberfläche Tomographie (die für die 3D-Bild Koregistrierung verwendet wird) von der Struktur Licht-Bildgebung (Abbildung 5 ). Anmerkung: Für multispek CLI Entmischung und Tomographie, mindestens 5 Bilder mit unterschiedlichen Filtern benötigt werden. </li></ol>

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Forschung zu BAT Zusammenhang ist seit mehreren Jahrzehnten durchgeführt. Zuvor hatte es in Betracht gezogen worden, um keine signifikante physiologische Relevanz im menschlichen Erwachsenenalter 1 haben. Die jüngsten Groß klinischen PET-Bildgebung mit 18F-FDG und andere Untersuchungen haben bestätigt, BAT ist immer noch in der oberen Brust, Hals und an anderen Standorten bei Erwachsenen 2,3 vorhanden. Jüngste Studien haben dringend empfohlen, dass BAT spielt eine wichtige Rolle bei der Fettsucht und Diabetes 2,6. Andere Forschungen zeigen außerdem, dass die BVT spielt eine wichtige Rolle im Prozess des Alterns und 12, dass seine Aktivität könnte durch Übung 10,44 gesteigert werden. Sowohl in klinischen Studien am Menschen und präklinischen Forschung, ist die PET-Bildgebung mit 18F-FDG die am häufigsten verwendete Methode, um BAT studieren. Für vorklinischen Tierstudien ist PET im Allgemeinen viel teurer als optische Bildgebung. In diesem Protokoll zeigen wir, dass CLIch mit 18 F-FDG für optisch abbild BAT bei Kleintieren angewendet werden. Wie andere optische Bildgebungsverfahren, durchdringenden Gewebe Begrenzung und geringe Empfindlichkeit für tiefe Ziele sind die inneren Grenzen der CLI 25,32. Dennoch, vor kurzem Spinelli et al., Dass anständige CLI-Signal mit 10 mm Gewebetiefe mit 32 P 28,43 beobachtet werden und Thorek et al. zeigte, dass 16 mm Penetration könnte in den Lymphknoten der Patienten nach 18 F-FDG Injektion 39, 40 erreicht werden. Im Vergleich zu PET kann CLI mit relativ niedrigen Kosten Abbildungssystem durchgeführt werden. Kürzlich, Thorek et al., Dass signifikant hohe Empfindlichkeit könnte mit CLI erreicht werden, wie geringe Mengen von 18 F-FDG in den Knoten des Patienten 39, angesammelt (ca. 2Ci) 40. In-vitro-Tests zeigten, dass CLI-Signal von 0,01 Ci 90Y war in Lösung 25,32,33 nachweisbar </sbis&gt;. Darüber hinaus hat CLI auch das Potenzial für eine hohe räumliche Auflösung und die Kapazitäten für Hochdurchsatz-Screening. Darüber hinaus ist CLI einfach zu erlernen und zu verwenden. Im Verlauf von Experimenten fanden wir, dass CLI Kontrast von BAT mit 18 F-FDG ist sehr an den Injektionsmethoden. Die intravenöse Injektion von 18 F-FDG kann hervorragenden Kontrast für interskapulären BAT bereitzustellen, während eine intraperitoneale Injektion mit der gleichen Menge von 18 F-FDG zeigte nur einen schwachen Kontrast in der BAT-Bereich. Entmischung, ein sehr praktisches Verfahren, um zwei Sätze von Signalen zu trennen, wurde in großem Umfang in der Fluoreszenz-Bildgebung verwendet. Es ist bekannt, dass die Aufnahme von 18 F-FDG ist nicht sehr zielspezifische und verschiedene Ziele / Gewebe haben unterschiedliche Lichtdämpfungseigenschaften. Wir fanden, der Höhepunkt der CLI Spektrum der BAT ist etwa 640 nm, und diese Daten reflektiert die tatsächlichen Zusammenhänge der BAT. Die 3D-Rekonstruktion dieses protocol sehr betriebsfähig, denn es kann mit einem handelsüblichen optischen Abbildungssystem auf der Basis der Lichtdiffusionseigenschaften von verschiedenen Wellenlängen durchgeführt werden. Mit diesem Ansatz können wir den Einsatz eines spezialisierten Imaging-System, das mehrere Winkelansicht Bilder für 3D-Rekonstruktion erfordert vermeiden. Sowohl für die Entmischung und 3D-Rekonstruktion wird eine größere mindestens 600 Photonen aus jedem Bild in BAT erforderlich. Dazu werden große Binning (bin = 16), kleine Blenden (f = 1) und eine lange Messzeit (5 min) für jedes Bild benötigt. Zusammenfassend die Nutzung der einzigartigen Lage und Form des BAT und die signifikant hohe Aufnahme von 18 F-FDG in BAT, zeigen wir, wie BAT bei Kleintieren kann optisch mit 18 F-FDG über die CLI-Technik abgebildet werden. Diese Methode kann zuverlässig für die Bildgebung BAT und für die Überwachung der BAT-Aktivierung verwendet werden. Zusätzlich haben wir auch, dass die Entmischung und 3D-RECO zeigennstruction sind praktikabel und 3D-Volumen Quantifizierung möglich ist für zukünftige Studien.

Braunen Fettgewebe (BAT) ist eine spezielle Gewebe für die Thermogenese bei Säugern, und eine ihrer wichtigsten Funktionen ist es, die Energiebilanz des ganzen Körpers durch Ableiten von großen Mengen an chemischen / Nahrungsenergie als Wärme 1 aufrecht zu erhalten. Einzigartigen Eigenschaften BAT zählen reichlich Entkopplung Protein-1 (UCP-1) Ausdruck, reichlich kleine Öltröpfchen, eine große Anzahl von Mitochondrien in einer Zelle, und bedeutende Gefäß im Gewebe 2-5. Diese einzigartigen Eigenschaften stark assoziieren mit wichtigen Rolle des Gewebes im Stoffwechsel und Energieverbrauch. BAT wurde zuvor als sein nicht mehr vorhanden und besitzen keine nennenswerten physiologischen Funktionen bei erwachsenen Menschen 1 haben aber letzten PET / CT-Bildgebung Untersuchungen deutlich gezeigt, dass BAT noch in erwachsenen Menschen 2,3,6-9 präsentiert. Eine inverse Korrelation zwischen BAT Masse und Körpermasse-Index (BMI) wurde von mehreren Studien festgestellt, und wiederCent-Studien zeigten, dass körperliche Übungen könnte die Masse der BAT erhöhen. Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass die Dysfunktion des BAT ist eng mit den Pathologien der Adipositas und Diabetes 2,6,10,11 verbunden. Zusätzlich Anzeichen dafür zeigt, dass die Funktion der BAT stark auf verschiedene andere Erkrankungen im Zusammenhang, wie neurodegenerative Erkrankungen und Krebs 3,7,12,13. BAT-Aktivierung, ein Prozess, der Thermogenese zu erhöhen, kann unter verschiedenen Bedingungen wie Kälte Belichtung, Bewegung und medikamentöse Behandlung und Gen-Manipulation 1,14,15 erreicht werden. Kälteexposition und Noradrenalin-Behandlung werden die gängigsten Methoden, um BAT zu aktivieren. Kälte, die durch verschiedene Mechanismen, wie Thermorezeptoren in der Haut gemessen werden kann, stimuliert sympathischen Nerven und führt zur Freisetzung von Norepinephrin (NE) zu BAT. Die frei NE löst UCP-1, um die Thermogenese zu initialisieren, um die normale Körpertemperatur zu halten. Unter diesem Conditiauf die Aufnahme von Glukose erhöht auch weitere Kohlenstoffquellen für die Erhöhung des Stoffwechsels in BAT 1,16,17 bereitzustellen. PET-Bildgebung mit 18F-FDG hat bestätigt, dass die Aufnahme von markierter Glukose erhöht unter kalten Bedingungen in Humanstudien 6. In Bezug auf die optische Bildgebung ist BVT ein ideales Ziel. Die interskapulären BAT hat eine einzigartige Lage in Mäusen, von größeren Organe wie Leber, Herz und Magen entfernt. Daher ist Signalstörungen von diesen großen Orgeln unbedeutend (Abbildung 1a). Inzwischen hat die flache Lage des interskapulären BAT ermöglicht mehrere Signale, die von der Erfassungskamera aufgenommen werden. Darüber hinaus ist eine konzentrierte Masse BAT Orgel, die das Lichtsignal in bestimmten Bereichen beschränkt. Zusätzlich ist die einzigartige dreieckige Form des physischen BAT macht es einfach, aus anderen Geweben (Abbildung 1a) zu unterscheiden. Cerenkov Lumineszenz-Imaging (CLI), einem neu entstandenen molecular Bildgebungstechnologie 18-26, nutzt die von der erzeugten Lumineszenz + und - Zerfall der Radionuklide wie 18 F, 131 I in dem Medium. Das geladene Teilchen (wie + und -) polarisiert Moleküle, während es im Medium 18-20 reist und die Lumineszenz / Licht emittiert wird, wenn die polarisierten Moleküle entspannen zurück ins Gleichgewicht. Die emittierte Lumineszenz wird als Cerenkov Lumineszenz (CL). Die einzigartigen spektralen Eigenschaften CL umfassen das breite Spektrum der gesamten ultravioletten (UV) und sichtbaren Spektrums 18-20, und seine umgekehrte Korrelation zwischen der Intensität und dem Quadrat der Wellenlänge (λ 2). Beide UV-und sichtbaren Bereichen des emittierten Lichts für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Der UV-Anteil des Cerenkov Lumineszenz wurde für in vivo-Photoaktivierung von caged Luciferin 21 aufgebracht wurde, während das Licht in der längeren Wellenlänge emittiert werden kannzur in vivo-optischen Bildgebungs 18,27-31 verwendet. Kleintierstudien ist CLI-Bildgebung mit einem optischen Abbildungssystem schneller und kostengünstiger als PET. Außerdem kann CLI für Hochdurchsatz-Screening mit einem Abbildungssystem mit hoher Durchsatzkapazität ausgestattet angewendet werden. Die Vorteile und Nachteile dieser Technologie wurden in mehreren Bewertungen 25,32,33 diskutiert. 3D-Tomographie der CLI wurde intensiv in mehreren Gruppen 28,34-37 untersucht und die Anwendungen der CLI für endoskopische Bildgebung und intraoperative Bildgebung wurden erfolgreich an Mäusen gezeigt, sowie 30,38. Zusätzlich Spinelli und Thorek et al., Dass CLI-Abbildungs ​​könnte an Menschen angewendet werden, wodurch die Technologie hat auch Potential für klinische Anwendungen 39, 40. Im Zuge der Wiederentdeckung der BAT in den Menschen, klar angegeben, dass eine PET-Bildererhebliche Menge von 18 F-FDG in BAT unter bestimmten Bedingungen 2,3,6 angesammelt. Darüber hinaus PET-Bildgebung mit Mäusen zeigten, dass auch zweifellos BAT konnte mit 18 F-FDG 41 42 hervorgehoben. In diesem Bericht zeigen wir, wie Cerenkov Lumineszenz von 18 F-FDG emittierte zur Bildgebung BAT in kleinen Tieren unter Verwendung eines optischen Abbildungssystems verwendet werden. Unser Ansatz bietet eine schnelle, billige und bequeme Methode der BAT-Bildgebung für Kleintiere. Diese Technik kann als eine alternative Methode für die PET-Bildgebung mit 18 F-FDG verwendet werden, insbesondere für Labors ohne PET-Anlagen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="885">
	<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:479px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="231">
			<td height="231" style="height:231px;width:216px;">Optical Imaging system</td>
			<td style="width:71px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:479px;">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: 2.7cm x 2.7cm 
			Pixels: 2048 x 2048 
			Quantum Efficiency: 85% 
			Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm &#60; sup &#62; 2 &#60; /sup &#62; 
			Dark Current: &#60; 100 electrons/s/cm &#60; sup &#62; 2 &#60; /sup &#62; 
			Lens: f 0.95 50mm 
			CCD Cooling: Cooled to-90 degree.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">18F-FDG</td>
			<td style="width:71px;">IBA Molecular</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">norepinephrine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>N5785-250MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ketamine/Xylazine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>K113-10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cerenkov luminescence imaging of interscapular brown adipose tissue

Brown adipose tissue (BAT), widely known as a &#8220;good fat&#8221; plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely related to metabolism and energy expenditure, and its dysfunction is one important contributor for obesity and diabetes. Contrary to previous belief, recent PET/CT imaging studies indicated the BAT depots are still present in human adults. PET imaging clearly shows that BAT has considerably high uptake of 18F-FDG under certain conditions. In this video report, we demonstrate that Cerenkov luminescence imaging (CLI) with 18F-FDG can be used to optically image BAT in small animals. BAT activation is observed after intraperitoneal injection of norepinephrine (NE) and cold treatment, and depression of BAT is induced by long anesthesia. Using multiple-filter Cerenkov luminescence imaging, spectral unmixing and 3D imaging reconstruction are demonstrated. Our results suggest that CLI with 18F-FDG is a practical technique for imaging BAT in small animals, and this technique can be used as a cheap, fast, and alternative imaging tool for BAT research.

In Abbildung 1 wurde interskapulären BAT (Abbildung 1a) zu allen Zeitpunkten (30, 60, 120 min) markiert ist, und der Kontrast zwischen BAT und dem Referenzbereich kann leicht beobachtet (Abbildung 1b) werden. Insbesondere die Kontur der BAT Bild eng reflektiert seine physikalische Erscheinung, die eine dreieckige Kontur hat. Die Signalverhältnisse zwischen BAT und dem Referenzbereich waren 2,37, 2,49, 2,53 und fach bei 30, 60 und 120 Minuten nach der Injektion (Abbildung 1a). Aus der schrittweisen Präparation Experiment war 85% des Signals bei der interskapulären Site aus der BAT (2) stammt. Allerdings gibt es noch einige Restsignal in der Nähe des oberen Randes des BAT, die in der Regel von der BAT-Restgewebe und andere benachbarte Gewebe, Blutgefäße und Muskeln sind entstanden entfernt. Es wurde berichtet, daß BAT-Aktivierung kann erreicht werden durchNorepinephrin (NE) Behandlung und Kälteexposition 3,6. Zunächst beobachteten wir BAT Aktivierung mit NE in der gleichen Gruppe von Mäusen mit und ohne NE-Behandlung unter kurz (5 min) Isofluran-Narkose. Die Daten zeigten deutlich höhere CLI-Signal unter der NE-behandelten Zustand (1,23-fach) als ohne NE-Behandlung (Abbildung 3a). In Humanstudien, die PET-Bildgebung zeigte, dass Probanden unter Kälteexposition viel höhere F-18-FDG-Aufnahme in der BAT als die bei Raumtemperatur 6. In diesem Mäuse-Studie wurde ein Anstieg um 39% in 18 F-FDG-Aufnahme in der BAT mit der Kälteexposition (Abbildung 3b) behandelten Tieren beobachtet. Bei Mäusen kann BAT-Aktivität durch verschiedene Narkose beeinflusst werden Schemata 3,41. ZB 18 F-FDG in BAT erheblich nach einer Stunde der Anästhesie mit Ketamin 41 verringert werden. Vergleicht man die 18 F-FDG uptake in der gleichen Gruppe von Mäusen unter Kurz (5 min mit Isofluran) und Lang Anästhesie (70 min mit Ketamin / Xylazin) Therapien, eine 54% ige Abnahme der F-18-FDG BAT-Aufnahme wurde in der Gruppe mit Ketamin / Xylazin beobachtet ( Abbildung 3c). Es ist bekannt, dass Häm-haltige Proteine ​​(wie Hämoglobin im Blut und Cytochrom-c-in Mitochondrien) kann zu erheblichen Lichtabsorption führen, und es wird erwartet, dass die reichlich vorhandenen Blutgefäße in BAT 1 wird das Spektrum der CLI und die spektrale ändern Form aus dem BAT-Bereich wird von anderen Gebieten. Denkbar, Entmischung Techniken erlauben uns, die zwei CLI-Spektren zu trennen. Von 4a wurde keine bestimmten Bereich aus dem ungemischten Bild der Komponente # 1 (entmischen # 1), und das entsprechende Spektrum (blaue Linie in Abbildung 4d) markiert das Emissionsspektrum von 18 F in reinen Medien, in denen die CLI ähnelte intensiviertTy ist umgekehrt mit dem Quadrat der Wellenlänge 18,20 korreliert. Diese Daten legen nahe, dass entmischen # 1 repräsentiert eine unspezifische CLI-Signal, das in der Regel von sehr geringer Tiefe ist, wie 18 F-FDG-Akkumulation in der Haut. Der Höhepunkt der unvermischten # 2 Spektrum (rote Linie) wurde um 640 nm, was darauf hindeutet, war das Signal aus dem BAT. Interessanterweise im Gegensatz zu dem deutlichen Abschwächung der Intensität des CLI kürzer als 640 nm, keine dramatischen Abnahme der Intensität beobachtet, sobald es seine Spitze (rote Linie in 4) erreicht, was eine bessere Gewebepenetration des emittierten Lichts zu längeren Wellenlängen. Multispektraler Cerenkov Lumineszenz-Tomographie (msCLT) wurde für die 3D-Rekonstruktion verwendet. msCLT zuvor von Kuo et al. 28,43 gemeldet, und aus einem Satz von 2D mit einer Anzahl von Schmalbandfiltern (&gt; 5 Filter) erworben planaren Bildern konstruiert. Die rekonstruierten 3D-Bilder sind coregistEred mit Oberflächen-Tomographie, die aus der Struktur Licht erzeugt wird, und die Bilder zeigen, dass ein wesentlicher Teil der CLI-Signal von interskapulären BAT (Abbildung 5) stammt. Bemerkenswert ist, der koronalen (5a) deutlich skizziert die zwei Lappen von BAT, die die Dreieckskontur des in 5e gezeigt BAT ähneln. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" width="500" /> Abbildung 1: (a) Dreieckskontur interskapulären BAT (blauer Pfeil) in einer Maus; (Links) BAT ist mit weißen Fettgewebe bedeckt, und (rechts) BAT ausgesetzt ist. (B) CLI Bilder einer Maus 30 und 60 Minuten nach der 18 F-FDG (280 uCi) intravenöse Injektion. Die Bilder deutlich die Kontur des BAT zu skizzieren. (C) Die quantitative Analyse der CLI-Signal von interscapular BAT Bereich und eine Referenzfläche. Sonderdruck aus Referenz 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" width="500" /> Abbildung 2: (a) repräsentative Bilder von Mäusen vor (links) und nach (rechts) BAT Entfernung. (B) Quantifizierung zeigt, dass&gt; 85% CLI entstand aus BAT. Sonderdruck aus Referenz 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3:(A) Vertreter CLI Bilder von BAT von Mäusen mit (links) und ohne (rechts) NE Stimulation unter Kurz Isofluran-Narkose. (B) Quantitative Analyse der CLI-Signale aus den zwei Gruppen in (a) (n = 4 für jede Gruppe). (C) Vertreter CLI Bilder von BAT von Mäusen mit (links) und ohne (rechts) Kältereiz unter Isofluran-Narkose kurz. (D) quantitative Analyse der CLI-Signale von den beiden in (e) gezeigten Gruppen (n = 3 - 4 für jede Gruppe). (E) Vertreter CLI Bilder von BAT bei 60 min nach 18 F-FDG Injektion unter Isofluran-Narkose kurz (5 min) (links) und Ketamin / Xylazin Narkose (70 min) (rechts). (F) Die quantitative Analyse der CLI-Signale von den beiden in (g) gezeigten Gruppen (n = 4 für jede Gruppe). Sonderdruck aus Referenz 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" target="_blank">Plädoyer</a>se klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" width="500" /> Abbildung 4:. Entmischung für unspezifische CLI und BAT-CLI (a) entmischen # 1 zeigt, dass unspezifische CLI-Signal von 18 F-FDG wird über den ganzen Körper verteilt (die ungemischten Spektrum für dieses Bild ist in (d) dargestellt (blaue Linie )). (B) entmischen # 2 zeigt an, dass die Mehrheit der CLI im interskapulären Seite ist von BAT (die ungemischten Spektrum ist in (d) dargestellt (rote Linie)). Die CLI Gipfel ist etwa 640 nm auf. (C) zusammengefügte Bild von entmischen # 1 und # 2. (D) Die CLI-Spektren von entmischen # 1 und # 2. Sonderdruck aus Referenz 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> &lt;/ P&gt; <img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" width="500" /> Abbildung 5: Multispektral Cerenkov Lumineszenz-Tomographie (a - d) 3D-Rekonstruktion der Bilder.. Interskapulären BAT in koronarer (a), sagittal (b) zu sehen, und quer (c) Ansichten, als auch in der 3D-Bild (d); (E) Physikalische BAT Form angezeigt (blauer Pfeil), die mit rekonstruierten Bildern korreliert. Nachdruck und Anpassung von Referenz 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

In this video report, we show the application of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for interscapular brown adipose tissue in mice under activated and depressed conditions.

Cerenkov Lumineszenz-Imaging von interskapulären braunes Fettgewebe

Brown adipose tissue (BAT), widely known as a &#8220;good fat&#8221; plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

12.3K Aufrufe.  Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School. In this video report, we show the application of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for interscapular brown adipose tissue in mice under activated and depressed conditions.

Serie: Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Monitoring

In molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI) are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. PET is characterized by its excellent sensitivity and quantification ability while OI is notable for non-radiation, relative low cost, short scanning time, high throughput, and wide availability to basic researchers. However, both modalities have their shortcomings as well. PET suffers from poor spatial resolution and high cost, while OI is mostly limited to preclinical applications because of its limited tissue penetration along with prominent scattering optical signals through the thickness of living tissues.
 Recently a bridge between PET and OI has emerged with the discovery of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI)4-6. CLI is a new imaging modality that harnesses Cerenkov Radiation (CR) to image radionuclides with OI instruments. Russian Nobel laureate Alekseyevich Cerenkov and his colleagues originally discovered CR in 1934. It is a form of electromagnetic radiation emitted when a charged particle travels at a superluminal speed in a dielectric medium7,8. The charged particle, whether positron or electron, perturbs the electromagnetic field of the medium by displacing the electrons in its atoms. After passing of the disruption photons are emitted as the displaced electrons return to the ground state. For instance, one 18F decay was estimated to produce an average of 3 photons in water5. 
 Since its emergence, CLI has been investigated for its use in a variety of preclinical applications including in vivo tumor imaging, reporter gene imaging, radiotracer development, multimodality imaging, among others4,5,9,10,11. The most important reason why CLI has enjoyed much success so far is that this new technology takes advantage of the low cost and wide availability of OI to image radionuclides, which used to be imaged only by more expensive and less available nuclear imaging modalities such as PET.
 Here, we present the method of using CLI to monitor cancer drug therapy. Our group has recently investigated this new application and validated its feasibility by a proof-of-concept study12. We demonstrated that CLI and PET exhibited excellent correlations across different tumor xenografts and imaging probes. This is consistent with the overarching principle of CR that CLI essentially visualizes the same radionuclides as PET. We selected Bevacizumab (Avastin; Genentech/Roche) as our therapeutic agent because it is a well-known angiogenesis inhibitor13,14. Maturation of this technology in the near future can be envisioned to have a significant impact on preclinical drug development, screening, as well as therapy monitoring of patients receiving treatments.

Cerenkov Luminescence Imaging CLI for Cancer Therapy Monitoring

Use of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for monitoring preclinical cancer treatment is described here. This method takes advantage of Cerenkov Radiation (CR) and optical imaging (OI) to visualize radiolabeled probes and thus provides an alternative to PET in preclinical therapeutic monitoring and drug screening.

Cerenkov Lumineszenz Imaging (CLI) for Cancer Therapy Überwachung

In  molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI)  are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. ...

Forschung

Medizin

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 ...

Murine Isolated Heart Model of Myocardial Stunning Associated with Cardioplegic Arrest

The following protocol is of use to evaluate impaired cardiac function or myocardial stunning following moderate ischemic insults. The technique is useful for modeling ischemic injury associated with numerous clinically relevant phenomenon including cardiac surgery with cardioplegic arrest and cardiopulmonary bypass, off-pump CABG, transplant, angina, brief ischemia, etc. The protocol presents a general method to model hypothermic hyperkalemic cardioplegic arrest and reperfusion in rodent hearts focusing on measurement of myocardial contractile function. In brief, a mouse heart is perfused in langendorff mode, instrumented with an intraventricular balloon, and baseline cardiac functional parameters are recorded. Following stabilization, the heart is then subject to brief infusion of a cardioprotective hypothermic cardioplegia solution to initiate diastolic arrest. Cardioplegia is delivered intermittently over 2 hr. The heart is then reperfused and warmed to normothermic temperatures and recovery of myocardial function is monitored. Use of this protocol results in reliable depressed cardiac contractile function free from gross myocardial tissue damage in rodents.

The goal of this protocol to assess myocardial stunning following ischemic cardioplegic arrest in rodents.

Murine isolierten Herzmodell Myocardial Stunning Verbunden mit Kardioplegische Arrest

The following protocol is of use to evaluate impaired cardiac function or myocardial stunning following moderate ischemic insults. The technique is useful ...

Encapsulation Thermogenic Preadipocytes for Transplantation into Adipose Tissue Depots

Cell encapsulation was developed to entrap viable cells within semi-permeable membranes. The engrafted encapsulated cells can exchange low molecular weight metabolites in tissues of the treated host to achieve long-term survival. The semipermeable membrane allows engrafted encapsulated cells to avoid rejection by the immune system. The encapsulation procedure was designed to enable a controlled release of bioactive compounds, such as insulin, other hormones, and cytokines. Here we describe a method for encapsulation of catabolic cells, which consume lipids for heat production and energy dissipation (thermogenesis) in the intra-abdominal adipose tissue of obese mice. Encapsulation of thermogenic catabolic cells may be potentially applicable to the prevention and treatment of obesity and type 2 diabetes. Another potential application of catabolic cells may include detoxification from alcohols or other toxic metabolites and environmental pollutants.

Here, we present a protocol for encapsulation of catabolic cells, which consume lipids for heat production in intra-abdominal adipose tissue and increase energy dissipation in obese mice.

Encapsulation Thermogenic Präadipozyten für die Transplantation in Fettgewebe Depots

Cell encapsulation was developed to entrap viable cells within semi-permeable membranes. The engrafted encapsulated cells can exchange low molecular ...

Assessment of Human Adipose Tissue Microvascular Function Using Videomicroscopy

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. It is hypothesized that pro-atherogenic mediators released from fat tissues particularly in association with central/visceral adiposity may promote pathogenic vascular changes locally and systemically, and the notion that cardiovascular disease may be the consequence of adipose tissue dysfunction continues to evolve. Here, we describe a unique method of videomicroscopy that involves analysis of vasodilator and vasoconstrictor responses of intact small human arterioles removed from the adipose depot of living human subjects. Videomicroscopy is used to examine functional properties of isolated microvessels in response to pharmacological or physiological stimuli using a pressured system that mimics in vivo conditions. The technique is a useful approach to gain understanding of the pathophysiology and molecular mechanisms that contribute to vascular dysfunction locally within the adipose tissue milieu. Moreover, abnormalities in the adipose tissue microvasculature have also been linked with systemic diseases. We applied this technique to examine depot-specific vascular responses in obese subjects. We assessed endothelium-dependent vasodilation to both increased flow and acetylcholine in adipose arterioles (50 - 350 &#181;m internal diameter, 2 - 3 mm in length) isolated from two different adipose depots during bariatric surgery from the same individual. We demonstrated that arterioles from visceral fat exhibit impaired endothelium-dependent vasodilation compared to vessels isolated from the subcutaneous depot. The findings suggest that the visceral microenvironment is associated with vascular endothelial dysfunction which may be relevant to clinical observation linking increased visceral adiposity to systemic disease mechanisms. The videomicroscopy technique can be used to examine vascular phenotypes from different fat depots as well as compare findings across individuals with different degrees of obesity and metabolic dysfunction. The method can also be used to examine vascular responses longitudinally in response to clinical interventions.

Videomicroscopy systems are used to examine functional properties of isolated adipose tissue arterioles in response to physiological and pharmacological stimuli. This technique can be used to examine microvascular phenotypes in different adipose tissue domains in obese humans.

Bewertung der menschlichen Fettgewebe mikrovaskuläre Funktion mit Videomicroscopy

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. ...

Characterization of Immune Cells in Human Adipose Tissue by Using Flow Cytometry

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the development of obesity-associated complications such as type 2 diabetes. To quantitatively and qualitatively investigate the immune cell subsets in human AT deposits, we have developed a flow cytometry approach. The stromal vascular fraction (SVF), containing the immune cells, is isolated from subcutaneous and visceral AT biopsies by collagenase digestion. Adipocytes are removed after centrifugation. The SVF cells are stained for multiple membrane-bound markers selected to differentiate between immune cell subsets and analyzed using flow cytometry. As a result of this approach, pro- and anti-inflammatory macrophage subsets, dendritic cells (DCs), B-cells, CD4+ and CD8+ T-cells, and NK cells can be detected and quantified. This method gives detailed information about immune cells in AT and the amount of each specific subset. Since there are numerous fluorescent antibodies available, our flow cytometry approach can be adjusted to measure various other cellular and intracellular markers of interest.

This article describes a method to analyze immune cell content of adipose tissue by isolation of immune cells from adipose tissue and subsequent analysis using flow cytometry.

Charakterisierung von Immunzellen im menschlichen Fettgewebe mittels Durchflusszytometrie

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the ...

Clinical Protocol of Producing Adipose Tissue-Derived Stromal Vascular Fraction for Potential Cartilage Regeneration

Osteoarthritis (OA) is one of the most common debilitating disorders.&#160;Recently, numerous attempts have been made to improve the functions of the knees by using different forms of mesenchymal stem cells (MSCs). In Korea, bone marrow concentrates and cord blood-derived stem cells have been approved by the Korean Food and Drug Administration (KFDA) for cartilage regeneration. In addition, an adipose tissue-derived stromal vascular fraction (SVF) has been allowed by the KFDA for joint injections in human patients. Autologous adipose tissue-derived SVF contains extracellular matrix (ECM) in addition to mesenchymal stem cells. ECM excretes various cytokines that, along with hyaluronic acid (HA) and platelet-rich plasma (PRP) activated by calcium chloride, may help MSCs to regenerate cartilage and improve knee functions. In this article, we presented a protocol to improve knee functions by regenerating cartilage-like tissue in human patients with OA. The result of the protocol was first reported in 2011 followed by a few additional publications. The protocol involves liposuction to obtain autologous lipoaspirates that are mixed with collagenase. This lipoaspirates-collagenase mixture is then cut and homogenized to remove large fibrous tissue that may clog up the needle during the injection. Afterwards, the mixture is incubated to obtain adipose tissue-derived SVF. The resulting adipose tissue-derived SVF, containing both adipose tissue-derived MSCs and remnants of ECM, is injected into knees of patients, combined with HA and calcium chloride activated PRP. Included are three cases of patients who were treated with our protocol resulting in improvement of knee pain, swelling, and range of motion along with MRI evidence of hyaline cartilage-like tissue.

Here, we present a protocol to produce an adipose tissue-derived stromal vascular fraction and its application to improve knee functions by regenerating cartilage-like tissue in human patients with osteoarthritis.

Klinisches Protokoll zur Herstellung von Fettgewebe abgeleitet Stromazellen vaskulären Bruchteil für potenzielle Knorpelregeneration

Osteoarthritis (OA) is one of the most common debilitating disorders.&#160;Recently, numerous attempts have been made to improve the functions of the ...

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 ...

Inguinal Subcutaneous White Adipose Tissue (ISWAT) Transplantation Model of Murine Islets

Pancreatic islet transplantation is a well-established therapeutic treatment for type 1 diabetes. The kidney capsule is the most commonly used site for islet transplantation in rodent models. However, the tight kidney capsule limits the transplantation of sufficient islets in large animals and humans. The inguinal subcutaneous white adipose tissue (ISWAT), a new subcutaneous space, was found to be a potentially valuable site for islet transplantation. This site has better blood supply than other subcutaneous spaces. Moreover, the ISWAT accommodates a larger islet mass than the kidney capsule, and transplantation into it is simple. This manuscript describes the procedure of mouse islet isolation and transplantation in the ISWAT site of syngeneic diabetic mouse recipients. Using this protocol, murine pancreatic islets were isolated by standard collagenase digestion and a basement membrane matrix hydrogel was used for fixing the purified islets in the ISWAT site. The blood glucose levels of the recipient mice were monitored for more than 100 days. Islet grafts were retrieved at day 100 after transplantation for histological analysis. The protocol for islet transplantation in the ISWAT site described in this manuscript is simple and effective.

Inguinal Subcutaneous White Adipose Tissue ISWAT Transplantation Model of Murine Islets

In this protocol, a method of murine islet isolation and transplantation into the inguinal subcutaneous white adipose tissue is described. Isolated syngeneic murine islets are transplanted into a murine recipient using a basement membrane hydrogel. The blood glucose level of the recipients is monitored, and histology analysis of the islet grafts is performed.

Leisten-Subkutanes weißes Adiposeengewebe (ISWAT) Transplantationsmodell von Murine-Inseln

Pancreatic islet transplantation is a well-established therapeutic treatment for type 1 diabetes. The kidney capsule is the most commonly used site for ...

Fat-Covered Islet Transplantation Using Epididymal White Adipose Tissue

Islet transplantation is a cellular replacement therapy for severe diabetes mellitus. The intraperitoneal cavity is typically the transplant site for this procedure. However, intraperitoneal islet transplantation has some limitations, including poor transplant efficacy, difficult graft detection ability, and a lack of graftectomy capability for post-transplant analysis. In this paper, "fat-covered islet transplantation", an intraperitoneal islet transplantation method that utilizes epididymal white adipose tissue, is used to assess the therapeutic effects of bioengineered islets. The simplicity of the method lies in the seeding of islets onto epididymal white adipose tissue and using the tissue to cover the islets. While this method can be categorized as an intraperitoneal islet transplantation technique, it shares characteristics with intra-adipose tissue islet transplantation. The fat-covered islet transplantation method demonstrates more robust therapeutic effects than intra-adipose tissue islet transplantation, however, including the improvement of blood glucose and plasma insulin levels and the potential for graft removal. We recommend the adoption of this method for assessing the mechanisms of islet engraftment into white adipose tissue and the therapeutic effects of bioengineered islets.

This fat-covered islet transplantation method is suitable for the detection of engrafted islets in the intraperitoneal cavity. Notably, it does not require the use of biobinding agents or suturing.

Fettbedeckte Inseltransplantation mit Nebenhoden-weißem Fettgewebe

Islet transplantation is a cellular replacement therapy for severe diabetes mellitus. The intraperitoneal cavity is typically the transplant site for this ...