We would like to thank the Vanderbilt University Institute of Imaging Science MRI technologists David Pennell, Leslie McIntosh, and Kristen George-Durrett, and the team of Vanderbilt University Medical Center PET/CT technologists led by Martha D. Shone. This work was supported by the following grants from the NIH: NCATS/NIH UL1 RR024975, NIDDK/NIH R21DK096282, NCI/NIH R25CA136440, and NIBIB/NIH T32EB014841.

The authors declare that they have no competing financial interests or other conflicts of interests.

Die beschriebene Studienprotokoll wurde entwickelt, um sowohl thermo und kalt aktiviert PET / CT zu verwenden, um automatisch Segment BAT Depots zu einem Thema spezifisch. Diese automatisch generierten interessierende Bereiche können dann auf beiden thermo und kalt aktiviert MRI-Scans, die bereits an die PET / CT-Abtastungen des gleichen Themas koregistrierten angewendet werden. Nach dem heutigen Stand unseres Wissens ist dies die erste Forschung, sowohl MRT und PET / CT nach thermo und kalt aktiviert Bedingungen auf d...

Aufgrund der deutlichen Zunahme der Fettleibigkeit weltweit, gibt es ein erhöhtes Interesse an Forschungsbereichen zu verstehen Energiebilanz abzielen. Übergewicht kann zu kostspieligen und verheerende Krankheiten wie Diabetes, Lebererkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs führen, so dass es ein wesentlicher Bereich des Schutzes der öffentlichen Gesundheit ein. Ein Bereich, der Forschung auf das Verständnis der Bilanz von Energieaufnahme im Vergleich zu Energieverbrauch ausgerichtet ist die Lehre von braunem Fettgewebe oder BAT. Obwohl ein Fettgewebe bezeichnet, unterscheidet sich von der BAT häufiger weißen Fettgewebe (WAT) in vielerlei Hinsicht 2. Die Funktion der weißen Fettzellen zu Triglyceriden in einem einzigen großen Lipid Vakuole pro Zelle zu speichern, und um diese Triglyceriden als Energiequelle in den Blutstrom freizusetzen, wenn nötig. In einer ganz anderen Art und Weise, ist die Funktion der braunen Fettzellen, um Wärme zu erzeugen. Ein Mechanismus, durch den dies geschieht, ist durch Einwirkung von Kälte. Dies bewirkt eine Erhöhung sympathetic Aktivität des Nervensystems, die wiederum aktiviert BAT. Wenn aktiviert, braune Fettzellen erzeugen Wärme. Dazu verwenden sie die in den vielen kleinen Lipidvakuolen pro Zelle enthalten Triglyceride, und durch die Anwesenheit von Abkoppeln Protein 1 (UCP1) in der reichlich Mitochondrien, wandeln die Triglyceride zu metabolischen Substrate ohne die Produktion von ATP, was zu entropischen Verlust wie Wärmeerzeugung. Da die in den kleinen Lipidvakuolen gespeicherten Triglyzeride erschöpft sind, nimmt der Adipozyten-up sowohl Glucose und Triglyceride im Blut 3 vorhanden. 9 - Interesse an einem Studium BAT hat sich in den letzten Jahren durch ihren Beitrag zur Nicht Schüttelfrost Thermogenese, seine Rolle bei der Modulation der Energieumsatz des Körpers, und das Potenzial inverse Beziehung zwischen BAT und Adipositas 3 erhöht. Zusätzlich tierexperimentell anzuzeigen BAT spielt eine kritische Rolle bei der Klärung Triglyceride und Glukose from den Blutkreislauf, vor allem nach Einnahme einer fettreichen Mahlzeit 10,11. Allerdings ist das meiste, was wir über BAT wissen ein Ergebnis der Forschung in kleinen Säugetieren, die viele Depots von BAT 4,9,12 enthalten - 15. Trotz ein paar frühen Studien 16-18 wurde das Vorhandensein von BVT beim Menschen weit verbreitet angenommen, dass mit dem Alter abnehmen, bis vor kurzem, als das Interesse an dem Studium der Human BAT wurde erneuert. Jüngste Untersuchungen legen nahe, dass relativ geringe Mengen an BAT bis ins Erwachsenenalter fortbestehen 19-24. Ein weiterer limitierender Faktor zu studieren BAT ist, dass abgesehen von Biopsie und histologischen Färbung, die derzeit akzeptierte eindeutige Verfahren zum Nachweis von BAT ist 18 F-Fluorodesoxyglukose (18F-FDG) Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Moderne PET-Scanner sind in der Regel mit einer Computertomographie (CT) in Kombination. Wenn durch Kälteeinwirkung aktiviert, nimmt das BAT 18 </sup&gt; F-FDG Radiotracer, die eine Stoffwechselanalog von Glukose ist, und wird auf PET-Bilder zu sehen, im Vergleich zu den viel niedrigeren Niveau von 18 F-FDG-Aufnahme bei BAT inaktiv 20,21,23,25. CT-Aufnahmen während einer PET-Untersuchung auf einem PET-CT-Scanner Hilfe erworben, um zwischen Geweben mit hoher 18 F-FDG-Aufnahme durch anatomische Information zu unterscheiden. Diese Verwendung von PET-CT setzt den Gegenstand gegenüber ionisierender Strahlung (vorwiegend aus PET, obwohl die Dosis aus dem CT-Scan nicht vernachlässigbar ist), und ist daher ein unerwünschter Verfahren zur BAT Detektion. Obwohl die Zahl der Studien zu BVT bei gesunden erwachsenen Menschen steigt, haben neuere Studien der menschlichen BAT hauptsächlich retrospektiven PET-CT beschränkt studiert 19,25, Menschenkind 26,27 Leichen, menschliche Jugendlichen, die bereits zu den Krankenhäusern für zugelassen sind andere Gründe, 27-30, und einige Studien am Menschen von gesunden Erwachsenen31-35. Eine der Herausforderungen, mit beiden Studien von Kindern und retrospektiven Studien ist die Möglichkeit, veränderte Ergebnisse bei der Untersuchung einer Patientenpopulation, der krank ist, die BAT beeinflussen können. Darüber hinaus, da Glukose ist nicht die bevorzugte Energiequelle der BAT 36, PET-Studien nicht immer aktiviert BAT erkennen, und können daher das Vorhandensein von BAT underrepresent. Eine weitere Schwierigkeit bei der Untersuchung BAT mit der biomedizinischen Bildgebung führt man die Bildsegmentierung, die Grenzen der Gewebedepots bezogen ist. Derzeit Segmentierung von BAT in Studien am Menschen stützt sich oft auf ein gewisses Maß an manueller Bildsegmentierung und ist daher anfällig für Fehlidentifizierung des BAT-Depots sowie Inter-Rater Variabilität. Aufgrund dieser Herausforderungen, zuverlässige räumliche Abbildungsverfahren, die BAT von WAT-Distributionen unterscheiden kann, zusammen mit automatisierter Segmentierungsverfahren würde Ermittler mit einer leistungsfähigen neuen zur Verfügung zu stellenol, mit der BVT zu studieren. Magnetresonanzbildgebung (MRI) hat die Fähigkeit zur Identifizierung, räumliche Zuordnung und volumetrischen Quantifizierung BAT, und im Gegensatz bestehenden Hybrid PET-CT Ansätze, die eine radioaktive Dosis für die abgebildeten Subjektes umfassen, MRI beinhaltet keine ionisierende Strahlung und kann sicher verwendet werden und immer wieder. Die Fähigkeit zur Identifizierung und Quantifizierung von BAT mit MRT kann eine dramatische positive Auswirkungen auf die klinische Endokrinologie und das Streben nach neuen Wegen der Adipositas Forschung haben. Vorherige Fett-Wasser-MRI (FWMRI) Studium der BAT in beiden Mäusen und Menschen zeigen, dass die Fett-Signal-Fraktion (FSF) der BAT ist im Bereich von 40 bis 80% Fett, während WAT ist mehr als 90% Fett 15,26 , 27. Deshalb haben wir die Hypothese auf, dass diese quantitative FWMRI metrisch, in Verbindung mit anderen quantitativen MRT-Metriken können in die künftige Arbeit zur Visualisierung und Quantifizierung von BAT-Depots in den Menschen werden. Dies würde die Forschungsgemeinschaft ein leistungsfähiges Werkzeug, mit dem BAT Einfluss studieren bieten auf getroffenabolism und Energieaufwand, ohne die Verwendung von ionisierender Strahlung. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit BAT bei erwachsenen Menschen in den vergangenen drei Jahren. Unser erster öffentlicher Vortrag über den Einsatz der MRT zu vermuten BAT in einem erwachsenen menschlichen Patienten zu untersuchen trat im Februar 2012 an der International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) Fett-Wasser-Trennung Workshop in Long Beach, Kalifornien 37. Zwei Monate später, stellte unsere Gruppe FSF Werte in Verdacht BAT in zwei Erwachsene an der 20. Jahrestagung der ISMRM im April 2012 in Melbourne, Australien 38. Ein Jahr später am 21. Jahrestreffen der ISMRM im April 2013 in Salt Lake City, Utah, wurde die in diesem Manuskript beschriebenen Protokoll für die erste (nach bestem Wissen) öffentliche Präsentation der MRT Quantifizierung von PET-Bestätigung verwendet BAT bei erwachsenen menschlichen Patienten 39. Genauer gesagt, haben wir Beweise dafür, dass der previously Verdacht BAT wurde bestätigt, dass aktivierbare BVT sowohl mit Kalt aktiviert und thermo 18 F-FDG-PET-CT. Seit 2013, unsere Gruppe von gesunden erwachsenen Versuchspersonen mit beiden MRT und PET / CT unter thermoneutralen und kalt aktiviert Bedingungen abgebildet ist auf mehr als 20 Patienten mit Ergebnissen zuletzt im Februar 2014 auf dem Workshop vorgestellt &quot;erweitert Erforschung der Rolle von Brown Fat beim Menschen &quot;durch die NIH NIDDK 40 gefördert. Insbesondere berichteten wir FWMRI FSF und R 2 * Erholung Immobilien in Regionen supraklavikulären BAT durch 18 F-FDG-PET-CT bei erwachsenen Menschen bestätigt, mit den BAT ROIs abgegrenzt mittels automatisierter Segmentierungsalgorithmen auf Basis der Kalt aktiviert und thermo PET-CT Scans. In jüngster Zeit haben wir Ergebnisse von Temperatur Mapping in 18 F-FDG-PET-CT bestätigte BAT bei erwachsenen Menschen mit Hilfe modernster FWMRI Thermometrie 41,42. Die hier vorgestellten Verfahren zu erwerbens sowohl MRT und 18 F-FDG-PET-CT-Untersuchungen zu diesem Thema, die jeweils nach der Einwirkung von sowohl kalt aktiviert und unter thermoneutralen Bedingungen. Die kalt aktiviert und thermo 18 F-FDG-PET-CT-Scans werden verwendet, um automatisch segmentiert BAT Bereichen (ROIs), zu einem Thema spezifisch erstellen. Diese BVT-ROIs werden dann auf die Zusammenarbeit registriert MRI-Scans zur Messung der MRI Eigenschaften im PET-CT bestätigte BVT angewandt. Eine Einschränkung dieses Protokolls ist, dass die Lufttemperatur verwendet bei der Belichtung Themen entweder an die Warm- oder Kaltreiz ist konsistent für jedes Thema. Dies ist eine Einschränkung, weil die Temperatur, bei der jeder Gegenstand Erfahrungen Wärmegefühl oder gekühlt können unterschiedlich sein. Daher kann durch Ausführen eines Testsitzung, während der die Lufttemperatur eingestellt wird, um die individuelle Reaktion zu passen und dann mit diesen Temperaturen in den thermo und kaltAktivierungsProtokolle, es möglich sein könnte, um eine bessere Reaktion zu erhalten,aus dem braunen Fettgewebe.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1130">
	<tbody>
		<tr height="100">
			<td height="100" style="height:100px;width:363px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:392px;">Company</td>
			<td style="width:375px;">Catalog Number</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">MRI</td>
			<td style="width:392px;">Philips</td>
			<td style="width:375px;">Achieva 3T</td>
		</tr>
		<tr height="68">
			<td height="68" style="height:68px;width:363px;">MRI Torso-XL coil</td>
			<td style="width:392px;">Philips</td>
			<td style="width:375px;">Philips SENSE XL Torso coil 16-elements</td>
		</tr>
		<tr height="68">
			<td height="68" style="height:68px;width:363px;">MRI X-tend Table</td>
			<td style="width:392px;">X-Tend</td>
			<td style="width:375px;">X-tend table, Acieva 3T compatible</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:363px;">X-tend armsupport</td>
			<td style="width:392px;">X-Tend</td>
			<td style="width:375px;">X-tend, accessories</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:363px;">X-tend fabricsling</td>
			<td style="width:392px;">X-Tend</td>
			<td style="width:375px;">X-tend, accessories</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">PET/CT</td>
			<td style="width:392px;">GE</td>
			<td style="width:375px;">Discovery STE</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Portable A/C Unit</td>
			<td style="width:392px;">Soleus Air</td>
			<td style="width:375px;">XL-140, 14000 BTU</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Floor fan</td>
			<td style="width:392px;">Lasko Pedestal Fan</td>
			<td style="width:375px;">2527</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Portable Heater</td>
			<td style="width:392px;">Lasko Ceramic Air</td>
			<td style="width:375px;">5536</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Chair</td>
			<td style="width:392px;">Winco Lifecare Recliner</td>
			<td style="width:375px;">585</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Sublingual Thermometer</td>
			<td style="width:392px;">WelchAllyn</td>
			<td style="width:375px;">SureTemp Plus 690</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Cold vest</td>
			<td style="width:392px;">Polar Products</td>
			<td style="width:375px;">Cool58 #PCVZ</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Thermal IR Camera</td>
			<td style="width:392px;">FLUKE</td>
			<td style="width:375px;">TIR-125</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

human brown adipose tissue depots automatically segmented by positron emission tomography/computed tomography and registered magnetic resonance images

Zuverlässig differen braunen Fettgewebe (BAT) aus anderen Geweben mit Hilfe eines nicht-invasiven bildgebenden Verfahren ist ein wichtiger Schritt in Richtung Studium BAT beim Menschen. Erfassen BAT wird typischerweise durch die Aufnahme der injizierten radioaktiven Tracer 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) in Fettgewebe Depots bestätigt, wie durch Positronenemissionstomographie / Computertomographie (PET-CT) nach Aussetzen der Gegenstand Kältereiz gemessen . Fett-Wasser getrennt Magnetresonanzbildgebung (MRI) hat die Fähigkeit, BAT, ohne die Verwendung einer radioaktiven Tracer unterscheiden. Bisher MRI von BVT bei erwachsenen Menschen wurde nicht mit Kalt aktiviert PET-CT zusammen registriert. Daher wird in diesem Protokoll 18 F-FDG-PET-CT-Scans, um ein BAT-Maske, die dann zu kooperieren registriert MRI-Scans des gleichen Themas angewendet automatisch zu generieren. Dieser Ansatz ermöglicht die Messung von quantitativen MRT Eigenschaften BAT ohne manuelle Segmentierung. BAT Masken werden aus zwei PE geschaffenT-CT-Scans: nach der Belichtung für 2 h auf entweder thermo (TN) (24 ° C) oder Kälteaktivierte (CA) (17 ° C) Bedingungen. Die TN und CA PET-CT-Scans sind eingetragene und die PET standardisierte Aufnahme und CT Hounsfield-Werte werden verwendet, um eine Maske, die nur BAT erstellen. CA und TN MRI-Scans werden auch zu diesem Thema erworben und an die PET-CT-Scans, um quantitative MRI Eigenschaften innerhalb der automatisch definierten BVT Maske herzustellen registriert. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die Segmentierung ist vollständig automatisiert und wird weithin akzeptierte Verfahren zur Identifizierung der aktivierten BAT (PET-CT) bezogen. Die quantitativen MRT Eigenschaften BAT gegründet mit diesem Protokoll als Grundlage für eine MRT-Untersuchung nur BAT, die die mit PET-CT verbundenen Strahlung vermeidet dienen.

Der Erwerb sowohl MRT und PET-CT-Scans über das gleiche Thema, und die Durchführung Co-Registrierung für alle Scans ermöglicht die zuverlässige Messung der quantitativen MRT-Metriken von BAT. Abbildung 1 zeigt die unverarbeiteten warmen (TN) und Kälte (CA) PET-CT und MRT Scans von einem Thema. Mit der Übernahme sowohl TN und CA PET-CT-Daten, ist es möglich, die Kalt aktiviert BAT Depots deutlich zu unterscheiden durch die erhöhte 18 F-FDG-Aufnahme. Nach Ko-Registrierung aller vier Ab...

Watch this Scientific Journal Video about Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images at JoVE

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

Das hier vorgestellte Verfahren verwendet 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG), Positronenemissionstomographie / Computertomographie (PET-CT) und Fett-Wasser getrennt, Magnetresonanztomographie (MRI), die jeweils folgende 2 h Einwirkung thermo (24 ° C gescannt ) und kalten Bedingungen (17 ° C), um braune Fettgewebe (BAT) bei erwachsenen menschlichen Patienten abzubilden.

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 ...

human-brown-adipose-tissue-depots-automatically-segmented-positron

Research

JoVE Journal

Medicine

12.1K Aufrufe.  Vanderbilt University.  Das hier vorgestellte Verfahren verwendet 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG), Positronenemissionstomographie / Computertomographie (PET-CT) und Fett-Wasser getrennt, Magnetresonanztomographie (MRI), die jeweils folgende 2 h Einwirkung thermo (24 ° C gescannt ) und kalten Bedingungen (17 ° C), um braune Fettgewebe (BAT) bei erwachsenen menschlichen Patienten abzubilden. 

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

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 and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-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 return to normal in a large majority of patients2, which is mainly due to current lack of clinical treatment for acute stroke. This necessitates understanding the physiological effects of cerebral ischemia on brain tissue over time and is a major area of active research. Towards this end, experimental progress has been made using rats as a preclinical model for stroke, particularly, using non-invasive methods such as 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) coupled with Positron Emission Tomography (PET) imaging3,10,17. Here we present a strategy for inducing cerebral ischemia in rats by middle cerebral artery occlusion (MCAO) that mimics focal cerebral ischemia in humans, and imaging its effects over 24 hr using FDG-PET coupled with X-ray computed tomography (CT) with an Albira PET-CT instrument. A VOI template atlas was subsequently fused to the cerebral rat data to enable a unbiased analysis of the brain and its sub-regions4. In addition, a method for 3D visualization of the FDG-PET-CT time course is presented. In summary, we present a detailed protocol for initiating, quantifying, and visualizing an induced ischemic stroke event in a living Sprague-Dawley rat in three dimensions using FDG-PET.

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 ...

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 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 ...

Localization, Identification, and Excision of Murine Adipose Depots

Obesity has increased dramatically in the last few decades and affects over one third of the adult US population. The economic effect of obesity in 2005 reached a staggering sum of $190.2 billion in direct medical costs alone. Obesity is a major risk factor for a wide host of diseases. Historically, little was known regarding adipose and its major and essential functions in the body. Brown and white adipose are the two main types of adipose but current literature has identified a new type of fat called brite or beige adipose. Research has shown that adipose depots have specific metabolic profiles and certain depots allow for a propensity for obesity and other related disorders. The goal of this protocol is to provide researchers the capacity to identify and excise adipose depots that will allow for the analysis of different factorial effects on adipose; as well as the beneficial or detrimental role adipose plays in disease and overall health. Isolation and excision of adipose depots allows investigators to look at gross morphological changes as well as histological changes. The adipose isolated can also be used for molecular studies to evaluate transcriptional and translational change or for in vitro experimentation to discover targets of interest and mechanisms of action. This technique is superior to other published techniques due to the design allowing for isolation of multiple depots with simplicity and minimal contamination.

Due to the drastic and negative connection between obesity and other comorbidities, research on the role adipose plays in disease and overall health is warranted. We present a protocol for the isolation and excision of adipose depots allowing for the study of adipose using in situ and in vitro methods.

Lokalisierung, Identifizierung und Exzision Murine Fettgewebe Depots

Obesity has increased dramatically in the last few decades and affects over one third of the adult US population. The economic effect of obesity in 2005 ...

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 ...

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 ...

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal blood time-activity concentration also known as arterial input function (AIF) is a key point, especially for the characterization of animal disease models and the introduction of newly developed radiotracers. The knowledge of radiotracer availability in the blood helps to interpret PET/CT-derived data of tissue activity. For this purpose, online blood sampling during the PET/CT imaging is advisable to measure the AIF. In contrast to manual blood sampling and image-derived approaches, continuous online blood sampling has several advantages. Besides the minimized blood loss, there is an improved resolution and a superior accuracy for the blood activity measurement. However, the major drawback of online blood sampling is the costly and time-consuming preparation to catheterize the femoral vessels of the animal. Here, we describe an easy and complete workflow for catheterization and continuous blood sampling during small animal PET/CT imaging and compared it to manual blood sampling and an image-derived approach. Using this highly-standardized workflow, the determination of the fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) AIF is demonstrated. Further, this procedure can be applied to any radiotracer in combination with different animal models to create fundamental knowledge of tracer kinetic and model characteristics. This allows a more precise evaluation of the behavior of pharmaceuticals, both for diagnostic and therapeutic approaches in the preclinical research of oncological, neurodegenerative and myocardial diseases.

Here a protocol for continuous blood sampling during PET/CT imaging of rats to measure the arterial input function (AIF) is described. The catheterization, the calibration and setup of the system and the data analysis of the blood radioactivity are demonstrated. The generated data provide input parameters for subsequent bio-kinetic modeling.

Kontinuierliche Blutentnahme in der Kleintier-Positronen-Emissionstomographie/Computertomographie ermöglicht die Messung der arteriellen Eingabefunktion

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...