Die Autoren danken dem Zentrum für Molekulare und Genomic Imaging an der UC Davis und das Biomedical Imaging Abteilung an Genentech zu bestätigen. Diese Arbeit wurde von einem National Institutes of Health Bioengineering Research Partnership Förderkennzeichen R01 EB00993 unterstützt.

Alle Tier Handhabung und Verfahren hierin beschrieben, und nach dem Tierversuch: Berichterstattung in vivo Experimente (kommen) Richtlinien, wurden in Übereinstimmung mit Protokollen, die von der Vereinigung zur Bewertung der Akkreditierung von Laboratory Animal Care genehmigt durchgeführt (AAALAC) International akkreditiert Institutional Animal Care und Verwenden Committee an der University of California, Davis. Korrekte Operation sollte nicht bei Anzeichen von Schmerzen oder Beschwerden im Tier führen, aber richtigen Schritte zu ergreifen, wenn diese Zeichen beobachtet, einschließlich Verabreichung von Analgetika oder in einigen Fällen, Euthanasie werden. Die rechte Seite der Tiere wurde willkürlich für die beschriebene einseitige Verfahren ausgewählt. 1. Einseitige Arteria carotis communis (CCA) Ligation <ol><li> Bereiten Sie sterile Feld mit sterilisierten chirurgischen Werkzeugen und Materialien bietet eine optimale Lage. Sicherzustellen Heizkissen auf 37 ° C mit Temperaturfühler sicher auf der Unterlage platziert erwärmt. &amp; #160; Achten Sie darauf, einen sterilen Tuch verwenden, um die Operationsstelle zu decken. </li><li> Anesthetize Tier (Isofluran, 1-3% in Luft bei 0,5 bis 1 l / min), und legen Tier in Rückenlage mit der Schwanz abgewandt. Überprüfen Betäubung durch Kneifen die Zehe - dies sollte keine Reaktion hervorzurufen, wenn das Tier richtig betäubt wird. Gelten Augensalbe für die Augen. </li><li> Bewerben Enthaarungscreme niedriger Hals bis oberen Brustbereich mit 1-2 Wattestäbchen. Warten Sie 1-3 Minuten, und entfernen Sie Haare und Creme mit nassen Gaze oder Alkoholtupfer. Swab Schnittbereich mit Betadine kreisförmig von innen nach außen und dann in sterile Handschuhe zu ändern. </li><li> Verwendung chirurgische Schere, einen Einschnitt von ca. 1 cm entlang der Mittellinie der unteren Hals. Außenhaut sorgfältig getrennt von umgebenden Faszie mit chirurgische Scheren. </li><li> Mit Hilfe von zwei Mikro McPherson Iris Nahtzange, trennen Sie die rechte Arteria carotis communis von Faszien, wobei darauf zu schädlichen Venen oder Stö vermeidenbing den Vagusnerv. </li><li> Verwendung der Zange auf der rechten exteriorisieren das Recht CCA in einer stabilen Position. Mehrere Tropfen Kochsalzlösung, um ein Austrocknen zu verhindern. Übergeben Sie eine geeignete Länge (2-3 cm) von 6-0 Seidennaht unter der rechten CCA und Ligat mit einem Doppel Kreuzknoten. Optional ligieren erneut mit einer zweiten Länge von 6-0 Seidennaht. </li><li> Positionieren rechten CCA und reinigen Sie die überschüssige Flüssigkeit zu öffnen mit einem sterilen Schwamm aus Tupfer. Schließen Sie den Schnitt mit 6-0 Seidennaht. Gelten Lidocain topisch bis 7 mg / kg. </li><li> Lassen Sie das Tier sich von der Anästhesie bis ambulanten (ca. 30 min) zu erholen und führen postoperative Überwachung, bis Tier ist bereit für die Bildgebung. </li></ol> 2. Vorbereitung Imaging: System- und Hardware-Checks <ol><li> Richten Sie Hardware und Software für die MRT und PET-Systeme und prüfen deren Funktionalität wie folgt. Sicherstellen, dass alle physischen Verbindungen sind sicher und Software-Einstellungen entsprechend gewählt. <ol><li&gt; Sicherstellen das PET-System ist bei der vorgeschriebenen Arbeitstemperatur von 5 ° C unter Verwendung der Luftkühlung. </li><li> Berg PET-System innerhalb des MRI-Bohrung, Ausrichten des Sichtfeld (FOV) Zentren mit bekannten Achsversätzen PET und MRT. Montieren Sie die MRI Spule im Inneren der Bohrung des PET-Systems und in der Mitte der Spule mit dem PET-System und MRI-Magneten Zentren. </li><li> Schalten Sie PET-Elektronik für Power und Vorspannung (Hinweis: Schritte werden nach Instrument variieren). Führen Sie eine schnelle (5 min) Scan mit einem 68 Ge Zylinders und überprüfen Sie die resultierende Sinogramm, um sicherzustellen, alle Melder betriebsbereit sind. </li><li> Optional zu erwerben Daten für eine PET / MRT-Transformationsmatrix für die Co-Registrierungszwecke verwendet werden: Füllen Sie eine dreidimensionale Phantom (zB drei gefüllte Kugeln) mit 200 &amp; mgr; Ci 18 F wässrigen Lösung und erwerben für 15 min mit PET. Erwerben anatomischen MRT-Daten: In der Scan-Steuerungsfenster, wählen Sie den Multi-Slice-Multi-Echo (KKMU) Sequenz (siehe Tabelle 1 </strong&gt;). Wiederholen Sie dies für alle drei Hauptausrichtungen: axial, sagittal und koronal. </li></ol></li><li> Überprüfen Sie die Infusionspumpeneinstellungen und Bedienung. Die Pumpe auf 4,44 &amp; mgr; l pro Minute, die in 45 min mit konstanter Infusion liefert ein Gesamtvolumen von 200 ul, die typische empfohlene Grenze für iv-Injektion in einer 20 g Tier. </li><li> Überprüfen Sie den Heizungsbetrieb und bestätigen, dass der Temperaturausgang ist ausreichend, um das Tier zu warm (37 ° C) zu halten. Überprüfen Sie, dass die Temperatur und die Atmungsüberwachung in Betrieb ist in Vorbereitung für Tier Platzierung auf der Tierbett. </li><li> Überprüfen Sie die Funktion der O 2 und N 2 Durchflussmessern (0,5 l / min: O 2 bei 57,2 mg / min und N 2 bei 0,575 g / min) durch Einschalten sowohl mit der Druckluftquelle aus und O 2 und N 2 Quellen auf. Um die Gefahr einer Beschädigung der Durchflussmesser zu vermeiden, schalten Sie sie auf ohne ausreichenden Eingangsdruck. </li><li> Stellen Sie sicher, dass Isofluran vaporizer ausreichend gefüllt ist. Vor der Bilderzeugung beginnen Isoflurananästhesie Strom bei 1-2% und 0,5 bis 1 l / min. </li><li> Bereiten Tierbett, indem sichergestellt wird, dass die Anästhesie, Atem Pad und Heizungssysteme sicher und funktionell positioniert. Zusätzliche PET / MRI Coausrichtung Genauigkeit Bezugsmarkierungen (beispielsweise Kapillarröhren mit Radiotracer bei einer ähnlichen Konzentration wie für die Bildgebung injiziert gefüllt) kann dem Tier Betts innerhalb des Sichtfelds angehängt werden. </li></ol> 3. Imaging-Workflow Nachdem alle notwendigen Geräte Kontrollen abgeschlossen sind, um Bildgebung wie folgt vorgehen: <ol><li> Betäuben die Tiere mit Isofluran und legen Schwanzvenenkatheter (28 G-Nadel, PE-10-Schlauch weniger als 5 cm) mit heparinisierter Kochsalzlösung gefüllt ist (0,5 ml Heparin, 1.000 USP / ml, in 10 ml Kochsalzlösung). Erwärmen des Tieres und / oder Schwanz kann Kathetereinführung Genauigkeit zu verbessern. Gegebenenfalls einen Tropfen Cyanacrylatkleber an der Insertionsstelleum die IV-Leitung zu sichern. </li><li> Übertragen Sie das Tier auf die vorbereitete Tierbett. Stellen Sie sicher, dass der Kopf des Tieres ist sicher, mit oberen Schneidezähne durch die Zahnstange und Ohr Bars gesichert an Ort und Stelle, wenn verwendet. </li><li> Bewerben Augensalbe die Augen, um ein Austrocknen zu verhindern. Legen Rektalsonde Thermometer. Stellen Sie sicher, dass die Temperatur und Atmung Lesungen sind funktional. </li><li> Ca. 3 m für PE-10 Schläuche und einem Volumen von 200 ul - Erstellung der Radiotracer-Dosis (etwa 600 &amp; mgr; Ci in 200 &amp; mgr; l) in heparinisierten PE-Schlauch 10 von geeigneter Länge gespritzt werden. Verbinden Sie ein Ende des Schlauchs in die Infusionspumpe Spritzen, und die andere in die Schwanzvene Katheterleitung, kümmert sich nicht um Punktionen in der Rohrleitung zu schaffen. </li><li> Schieben Sie den Tierbett nach vorne in die Bohrung des Magneten, was sicher nicht, um die Positionierung des MRI-Spule und keine Leitungen oder Kabel, insbesondere die Betäubung Schläuche stören. Sicherzustellen, dass die Mitte des Gehirns mit den Zentren der M ausgerichtetRI Spule, PET-System, und MRI-Magneten. </li><li> Führen Tuning und Matching des MRI-Spule durch Drehen der Einstellknöpfe an der Spule, die Minimierung Impedanz (Check Spulendaten) und Frequenz (300 MHz für 1 h bei 7 Tesla) Fehlanpassungen durch Beobachtung der Anzeige der hohen Leistung Vorverstärker. </li><li> (MRI) Nach Tuning und Matching, erwerben eine Erkundungsbild: Wählen Sie ein RARE TriPilot Sequenz und führen Sie die Sequenz aus dem Scan-Steuerungsfenster. Überprüfen Positionieren des Tieres, das Wiederholen der Schritte 3.5 und 3.6 nach Bedarf. Unterlegscheiben zurücksetzen Nullwert. </li><li> (MRI) Erwerben Sie eine lokalisierte, zeigen aufgelöste spektroskopische Abtastung (PRESS) in einem Volumen innerhalb des Gehirns: Führen Sie einen PRESS-Sequenz (siehe Tabelle 1) in einem rechteckigen Volumen mit den Abmessungen 3,9 mm x 6 mm x 9 mm. Prüfen Wasserlinienbreite unter Verwendung der Makrobefehl CalcLineWidth. Wenn die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) Wert akzeptabel ist (zB 0,2 ppm), weiter zu Schritt 3.10. Wenn nicht, fahren Sie mit Schritt 3.9. </li><li> (MRI) Erwerben Sie ein Feld Karte: Führen Sie einen FieldMap Folge (siehe Tabelle 1). Verwenden Sie die resultierenden Daten für eine Mehrfachwinkel-Projektions Shim (MAPSHIM), indem Sie den Makrobefehl MAPSHIM und Auswahl von linearen und zweiter Ordnung (z 2) lokale Anpassungen. Wiederholen Sie Schritt 3.8. </li><li> (MRI) Positionieren Sie den Slice-Plan für die DWI-Scan (siehe Tabelle 1): mit der Geometrie-Editor, stellen Sie sicher, dass der Erwerb FOV positioniert ist, um die gewünschte Lautstärke von Interesse innerhalb des Gehirns zu erwerben. Wenn die resultierende Schichtplan wird wie gewünscht ausgerichtet ist, kopieren Sie diese Scheibe Plan im Scan-Steuerungsfenster für alle nachfolgenden DWI-Scans. Beginnen Erwerb. </li><li> (PET) mit dem PET-Akquisition vorbereitet und bereit zu beginnen, starten Sie den Infusionspumpe. Nach der vorgegebenen Verzögerung, in der Kochsalzlösung aus dem Katheter injiziert worden ist, beginnt die PET-Akquisition (siehe Tabelle 1), um das Eindringen von Radiotracer zu erfassen. Überwachen Sie die Impulsrate und nach schrittweise Erhöhungin Zählungen bezeichnend für eine erfolgreiche Injektion. </li><li> Nach 10-15 min, initiieren die hypoxische Herausforderung gleichzeitig mit Schritt 3.12. Zu initiieren hypoxischen Herausforderung, schalten Sie medizinische Luftstrom und sofort einschalten O 2 und N 2 Durchflussmesser mit den vorgegebenen Einstellungen zu 8% Sauerstoff und 92% Stickstoff zu liefern, und Isofluran zu reduzieren, um 0,8%. Nicht ein- Durchflussmesser ohne Eingangsdruck. </li><li> (MRI) Zur gleichen Zeit wie Schritt 3.12, beginnen DWI Nahme in Schritt 3.10 vorbereitet (Scan &quot;H1&quot;). </li><li> (MRI) Start DWI Erfassung (Scannen &quot;H2&quot;), die in Schritt 3.10 bereit, sofort nach dem Scan-H1 ist abgeschlossen. End hypoxischen Herausforderung durch Ausschalten Durchflussmessern, die Wiederherstellung der medizinischen Luftstrom, und die Rückkehr Isofluran-Konzentration auf einen geeigneten Wert, basierend auf physiologischen Überwachungs. </li><li> (MRI) Erwerben Sie ein Post-Hypoxie DWI-Scan in Schritt 3.10 vorbereitet. Schalten Sie die Infusionspumpe nach diesem Scan abgeschlossen. </li><li> (MRI) Acquire anatomical Bilder in axialer und sagittaler Ebene. In der Scan-Steuerungsfenster - wählen Sie das KKMU-Sequenz (siehe Tabelle 1). Verwendung des Geometrie Editor, stellen Sie sicher, dass der Erwerb FOV umfasst das Gehirn. </li><li> Entfernen Tier, kehren Sie zu Käfig, wenn die ambulante und Überwachung auf Anzeichen von Morbidität, euthanizing ggf. mit der Verabreichung von CO 2 durch Genickbruch folgte als Sekundärverfahren. </li></ol>

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JM und SW sind Mitarbeiter von Genentech.

Gleichzeitige anatomischen MRT und dynamische DWI-MRT und [18 F] FDG-PET-Daten wurden erfolgreich von Versuchstieren während der hypoxischen Herausforderung folgenden Arteria carotis communis Ligation erworben. Dies stellt eine leistungsfähige experimentelle Paradigma für die multimodale Bildgebung des sich schnell entwickelnden Pathophysiologie mit ischämischer Beleidigungen im Gehirn und könnte ohne weiteres auf andere PET-Radiotracer (zB Marker Neuroinflammation) und MRT-Sequenzen, sowie die Auswirkun...

Weltweit ist Schlaganfall die zweithäufigste Todesursache und eine der Hauptursachen von Behinderung 1. Die Kaskade von biochemischen und physiologischen Ereignisse, die während auftreten und akut nach einem Schlaganfall-Ereignis tritt schnell und mit Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit des Gewebes und letztlich Ergebnis 2. Zerebrale Hypoxie-Ischämie (HALLO), die hypoxischischämischer Enzephalopathie (HIE) führt, wird geschätzt, dass bis zu 0,3% und 4% des Vollzeit-und Frühgeburten, die jeweils 3,4 beeinflussen. Die Sterblichkeit bei Säuglingen mit HIE ist ca. 15% bis 20%. In 25% der HIE Lebenden, ergeben dauerhafte Komplikationen als Folge der Verletzung, einschließlich geistige Retardierung, motorische Defizite, Zerebralparese und Epilepsie 3,4. Historische therapeutische Interventionen haben nicht würdig Annahme als Standard der Versorgung bewährt und Konsens noch nicht erreicht werden, dass die modernsten Methoden, basierend auf Hypothermie, sind eine effektive Senkung der Morbidität 3,5. Weitere Themen of Behauptung gehören der Anwendung der Hypothermie und Patientenauswahl 6. Daher sind Strategien für die Neuroprotektion und neurorestoration noch ein fruchtbares Gebiet für die Forschung 7. Rattenmodellen der zerebralen HALLO Verfügung standen seit den 1960er Jahren, und in der Folge wurden Mäusen 8,9 angepasst. Aufgrund der Art des Modells und dem Ort der Ligation wurde es inhärente Variabilität in den Ergebnissen aufgrund der Differenz in Kollateralfunktion zwischen Tieren 10. Als Ergebnis neigen diese Modelle zu mehr variable Vergleich zu ähnlichen Modellen wie mittleren Zerebralarterie (MCAo). Echtzeitmessung der physiologischen Veränderungen mit Laser-Doppler-Flußmessung sowie diffusionsgewichtete MRI 11 gezeigt. Die beobachtete intra Variabilität der Tiere in der zerebralen Blutflusses während und unmittelbar nach der Hypoxie sowie bei akuten Ergebnisse wie Infarktvolumen und neurologischenDefizit, legen nahe, dass die gleichzeitige Erfassung und Korrelation der multimodalen Daten von Vorteil wäre. Jüngste Fortschritte in der simultane Positronenemissionstomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRI) haben neue Möglichkeiten in der präklinischen Bildgebung 12-14 erlaubt. Die potenziellen Vorteile dieser Hybrid, kombinierte Systeme für präklinische Anwendungen sind in der Literatur beschrieben worden 15,16. Zum Beispiel, wenn jede Instanz eines Ereignisses wie Schlaganfall zeigt sich eindeutig, mit sich schnell entwickelnden Pathophysiologie - - Während viele präklinischen Fragen können durch eine individuelle Tier sequentiellen Bildgebung oder durch Abbildung getrennten Tiergruppen, bestimmte Situationen zu richten machen es wünschenswert und sogar notwendig zur gleichzeitigen Messung zu verwenden. Funktionelle Bildgebung stellt ein solches Beispiel, bei gleichzeitiger 2-deoxy-2- (18 F) Fluor ᴅ-glucose ([18 F] FDG) PET und blood-Sauerstoff-Niveau abhängige (BOLD) MRI hat vor kurzem in der Ratte Whisker Stimulation nachgewiesen sucht 14. Hier zeigen wir, gleichzeitige PET / MRT-Bildgebung bei Ausbruch einer hypoxisch-ischämischen Schlaganfall, in dem Gehirnphysiologie ist nicht in einem stabilen Zustand, sondern wird schnell und irreversibel zu ändern während der hypoxischen Herausforderung. Veränderungen der Wasserdiffusion, wie durch MRI gemessen und von der scheinbaren Diffusionskoeffizienten (ADC) von diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI) abgeleitet quantifiziert, ist gut für einen Schlaganfall in der klinischen und präklinischen Daten 17,18 gekennzeichnet. In Tiermodellen, wie MCAo, Diffusion von Wasser in den betroffenen Hirngewebe schnell abfällt aufgrund der bioenergetischen Kaskade, die zu zytotoxischen Ödem 18. Diese akuten Veränderungen der ADC sind auch in Nagetiermodellen der zerebralen Hypoxie-Ischämie 11,19 beobachtet. [18 F] FDG-PET-Bildgebung wurde bei Schlaganfallpatienten verwendet worden, um Änderungen in der lokalen gl bewertenucose Metabolismus 20 und eine kleine Anzahl von in vivo-Tierstudien wurden ebenfalls verwendet [18 F] FDG 21, auch im cerebralen Hypoxie-Ischämie-Modell 22. Im Allgemeinen zeigen diese Studien verringerte Glukoseverwertung in ischämischen Regionen, obwohl eine Studie mit einem Modell mit Reperfusion fand keine Korrelation dieser Stoffwechselveränderungen mit späteren Infarktentwicklung 23. Dies steht im Gegensatz zu Diffusions Veränderungen, die mit der irreversibel geschädigten Kerns 21 in Verbindung gebracht wurden. Somit ist es wichtig, dass die komplementäre Information von [18 F] FDG PET und DWI in einer simultanen Art und Weise während der Entwicklung des Hubes ermittelt zu erhalten, da dies wahrscheinlich um aussagekräftige Informationen über das Fortschreiten der Schädigung und den Auswirkungen ergeben therapeutische Interventionen. Die Methode, die wir hier beschreiben, ist leicht zugänglich, um mit einer Vielzahl von PET-Tracern und MRT-Sequenzen zu verwenden. Zum Beispiel [15 O] H 2 O PETBildgebung mit DWI und Perfusions-Wichtung (PWI) von MRI verwendet werden, um weiter zu erforschen die Entwicklung der ischämischen Penumbra und Validierung aktuellen Techniken innerhalb des Hubes Abbildungsfeldes werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Surgery</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical scissors</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5852</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hartman mosquito forceps</td>
			<td>Miltex</td>
			<td>7-26</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm</td>
			<td>Accurate Surgical &#38; Scientific Instruments</td>
			<td>4473</td>
			<td>It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle</td>
			<td>Covidien Sofsilk</td>
			<td>S-1172</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homeothermic blanket system</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>507220F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super glue</td>
			<td>(Generic)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypoxia</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flowmeter for O2</td>
			<td>Alicat Scientific</td>
			<td>MC-500SCCM-D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flometer for N2</td>
			<td>Alicat Scientific</td>
			<td>MC-5SLPM-D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2 meter</td>
			<td>MSA</td>
			<td>Altair Pro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaging</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>7.05 Tesla MRI System</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>BioSpec</td>
			<td>20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Volume Tx/Rx 1H Coil, 35mm ID</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>T8100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PET system</td>
			<td>(In-house)</td>
			<td></td>
			<td>4x24 LSO-PSAPD detectors, 
			10x10 LSO array per detector, 
			1.2mm crystal pitch and 14mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35mm. 350-650 keV energy window. 16 ns timing window.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vessel cannulation Dumont forceps</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-4991</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PE-10 polyethylene tubing</td>
			<td>BD Intramedic</td>
			<td>427401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infusion pump</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>BS-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal monitoring &#38; gating equipment</td>
			<td>Small Animal Instruments Inc.</td>
			<td>Model 1025</td>
			<td>Only respiration monitoring used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal bed with temperature regulation</td>
			<td>(In-house)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous pet/mri imaging during mouse cerebral hypoxia-ischemia

Dynamische Veränderungen in der Gewebewasserdiffusion und Glukosestoffwechsel während und nach der Hypoxie in zerebrale Hypoxie-Ischämie was eine bioenergetische Störung betroffenen Zellen vorkommen. Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (MRI) identifiziert Bereiche, die beschädigt sind, möglicherweise irreversibel durch Hypoxie-Ischämie. Veränderungen der Glucoseverwertung in das betroffene Gewebe durch Positronenemissionstomographie (PET) von 2-Deoxy-2- (18 F) Fluor ᴅ-glucose ([18 F] FDG) -Aufnahme erkennbar sein. Aufgrund des schnellen und variablen Natur der Verletzung in diesem Tiermodell muß Nahme der beiden Modi gleichzeitig Daten um PET und MRI-Daten zu korrelieren Bedeutung durchgeführt werden. Zusätzlich zur Variabilität der Tiere in der hypoxischischämischer Verletzungen durch Gefäß Unterschiede begrenzt die Fähigkeit, multimodale Daten zu analysieren und Veränderungen zu beobachten, um eine gruppenweise Ansatz, wenn die Daten nicht gleichzeitig in einzelnen Fächern erworben. Die Methode pübel hier erlaubt es, sowohl diffusionsgewichtete MRT und [18 F] FDG-Aufnahme Daten in der gleichen Tier vor zu erwerben, während und nach der hypoxischen Herausforderung, um unmittelbare physiologische Veränderungen zu verhören.

Abbildung 1 zeigt das Ergebnis eines korrekten Ligation der Arteria carotis communis, vor dem Schließen der Wunde mit 6-0 Seidennaht. Bei diesem Verfahren werden Daten von Abbildungs ​​erhaltenen stark abhängig von der zeitlichen Anordnung des Versuchs, der wiederum bestimmt, und wird auch durch experimentelle Grenzen einschließlich Bilderfassungssysteme und Geräteanordnung diktiert. Diese und andere Aspekte werden in der Diskussion Abschnitt erforscht. Mit dem hier ...

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Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Das hier vorgestellte Verfahren verwendet die gleichzeitige Positronenemissionstomographie und Magnetresonanztomographie. In der zerebrale Hypoxie-Ischämie-Modell, dynamischen Veränderungen in Verbreitung und Glukosestoffwechsel während und nach der Verletzungsgefahr. Die sich entwickelnde und reproduzierbaren Schäden in diesem Modell erfordert simultane Erfassung, wenn sinnvolle multimodaler Bildgebungsdaten erworben werden sollen.

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 ...

simultaneous-petmri-imaging-during-mouse-cerebral-hypoxia-ischemia

Research

JoVE Journal

Medicine

12.2K Aufrufe.  University of California, Davis.  Das hier vorgestellte Verfahren verwendet die gleichzeitige Positronenemissionstomographie und Magnetresonanztomographie. In der zerebrale Hypoxie-Ischämie-Modell, dynamischen Veränderungen in Verbreitung und Glukosestoffwechsel während und nach der Verletzungsgefahr. Die sich entwickelnde und reproduzierbaren Schäden in diesem Modell erfordert simultane Erfassung, wenn sinnvolle multimodaler Bildgebungsdaten erworben werden sollen. 

Serie: Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Mouse Model of Middle Cerebral Artery Occlusion

Stroke is the most common fatal neurological disease in the United States 1. The majority of strokes (88%) result from blockage of blood vessels in the brain (ischemic stroke) 2. Since most ischemic strokes (~80%) occur in the territory of middle cerebral artery (MCA) 3, many animal stroke models that have been developed have focused on this artery. The intraluminal monofilament model of middle cerebral artery occlusion (MCAO) involves the insertion of a surgical filament into the external carotid artery and threading it forward into the internal carotid artery (ICA) until the tip occludes the origin of the MCA, resulting in a cessation of blood flow and subsequent brain infarction in the MCA territory 4. The technique can be used to model permanent or transient occlusion 5. If the suture is removed after a certain interval (30 min, 1 h, or 2 h), reperfusion is achieved (transient MCAO); if the filament is left in place (24 h) the procedure is suitable as a model of permanent MCAO. This technique does not require craniectomy, a neurosurgical procedure to remove a portion of skull, which may affect intracranial pressure and temperature 6. It has become the most frequently used method to mimic permanent and transient focal cerebral ischemia in rats and mice 7,8. To evaluate the extent of cerebral infarction, we stain brain slices with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) to identify ischemic brain tissue 9. In this video, we demonstrate the MCAO method and the determination of infarct size by TTC staining.

We demonstrate in the video a method for producing a middle cerebral artery occlusion in adult mice using an intraluminal monofilament. We also show how to evaluate the extent of cerebral infarction by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining.

Mouse Model of Middle Zerebralarterie

Stroke is the most common fatal neurological disease in the United States 1. The majority of strokes (88%) result from blockage of blood vessels in the ...

Forschung

Medizin

The Application Of Permanent Middle Cerebral Artery Ligation in the Mouse

Focal cerebral ischemia is among the most common type of stroke seen in patients. Due to the clinical significance there has been a prolonged effort to develop suitable animal models to study the events that unfold during ischemic insult. These techniques include transient or permanent, focal or global ischemia models using many different animal models, with the most common being rodents.
The permanent MCA ligation method which is also referred as pMCAo in the literature is used extensively as a focal ischemia model in rodents 1-6. This method was originally described for rats by Tamura et al. in 1981 7. In this protocol a craniotomy was used to access the MCA and the proximal regions were occluded by electrocoagulation. The infarcts involve mostly cortical and sometimes striatal regions depending on the location of the occlusion. This technique is now well established and used in many laboratories 8-13. Early use of this technique led to the definition and description of &#x201C;infarct core&#x201D; and &#x201C;penumbra&#x201D; 14-16, and it is often used to evaluate potential neuroprotective compounds 10, 12, 13, 17. Although the initial studies were performed in rats, permanent MCA ligation has been used successfully in mice with slight modifications 18-20 .
This model yields reproducible infarcts and increased post-survival rates. Approximately 80% of the ischemic strokes in humans happen in the MCA area 21 and thus this is a very relevant model for stroke studies. Currently, there is a paucity of effective treatments available to stroke patients, and thus there is a need for good models to test potential pharmacological compounds and evaluate physiological outcomes. This method can also be used for studying intracellular hypoxia response mechanisms in vivo. 
Here, we present the MCA ligation surgery in a C57/BL6 mouse. We describe the pre-surgical preparation, MCA ligation surgery and 2,3,5 Triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining for quantification of infarct volumes.

Middle cerebral artery (MCA) ligation is a technique to study focal cerebral ischemia in animal models. In this method, the middle cerebral artery is exposed by craniotomy and ligated by cauterization. This method gives highly reproducible infarct volumes and increased post-operative survival rates compared to other methods available.

Die Anwendung des dauerhaften mittleren Hirnarterie Ligation in der Maus

Focal cerebral ischemia is among the most common type of stroke seen in patients. Due to the clinical significance there has been a prolonged effort to ...

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 ...

Utilizing a Cranial Window to Visualize the Middle Cerebral Artery During Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be performed in many locations overlying the rat cerebrum, but is most easily carried out by creating a craniectomy over the readily accessible frontal or parietal bones. Most frequently, we have used this technique in combination with the endothelin-1 middle cerebral artery occlusion model of ischemic stroke to quantify the changes in middle cerebral artery vessel diameter that occur with injection of endothelin-1 into the brain parenchyma adjacent to the proximal MCA4, 5. In order to visualize the proximal portion of the MCA during endothelin -1 induced MCAO, we use a technique to create a cranial window through the temporal bone on the lateral aspect of the rat skull (Figure 1). Cerebral arteries can be visualized either with the dura intact or with the dura incised and retracted. Most commonly, we leave the dura intact during visualization since endothelin-1 induced MCAO involves delivery of the vasoconstricting peptide into the brain parenchyma. This bypasses the need to incise the dura directly over the visualized vessels for drug delivery. This protocol will describe how to create a cranial window to visualize cerebral arteries in a step-wise fashion, as well as how to avoid many of the potential pitfalls pertaining to this method.

This article describes a method for visualizing rat cerebral arteries through a cranial window using temporal craniectomy in order to view proximal portions of the middle cerebral artery (Figure 1). This versatile method can be combined with various techniques of drug delivery to measure cerebral artery reactivity in vivo.

Mit Hilfe eines Cranial Fenster, um den Nahen Cerebral Artery Während Endothelin-1 induzierte Middle Cerebral Artery Occlusion Visualisieren

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be ...

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with distinct functions and gene expression profiles. The roles of microglial activation in health, injury and disease remain incompletely understood due to their dynamic and complex regulation in response to changes in their microenvironment. Thus, it is critical to non-invasively monitor and analyze changes in microglial activation over time in the intact organism. In vivo studies of microglial activation have been delayed by technical limitations to tracking microglial behavior without altering the CNS environment. This has been particularly challenging during chronic neurodegeneration, where long-term changes must be tracked. The retina, a CNS organ amenable to non-invasive live imaging, offers a powerful system to visualize and characterize the dynamics of microglia activation during chronic disorders.
This protocol outlines methods for long-term, in vivo imaging of retinal microglia, using confocal ophthalmoscopy (cSLO) and CX3CR1GFP/+ reporter mice, to visualize microglia with cellular resolution. Also, we describe methods to quantify monthly changes in cell activation and density in large cell subsets (200-300 cells per retina). We confirm the use of somal area as a useful metric for live tracking of microglial activation in the retina by applying automated threshold-based morphometric analysis of in vivo images. We use these live image acquisition and analyses strategies to monitor the dynamic changes in microglial activation and microgliosis during early stages of retinal neurodegeneration in a mouse model of chronic glaucoma. This approach should be useful to investigate the contributions of microglia to neuronal and axonal decline in chronic CNS disorders that affect the retina and optic nerve.

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

Microglia activation and microgliosis are key responses to chronic neurodegeneration. Here, we present methods for in vivo, long-term visualization of retinal CX3CR1-GFP+ microglial cells by confocal ophthalmoscopy, and for threshold and morphometric analyses to identify and quantify their activation. We monitor microglial changes during early stages of age-related glaucoma.

In Vivo Dynamics of Retinal Mikrogliaaktivierung Während Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoskopische Imaging and Cell Morphometrie in Maus Glaucoma

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with ...

A Thrombotic Stroke Model Based On Transient Cerebral Hypoxia-ischemia

Stroke research has endured many setbacks in translating neuroprotective therapies into clinical practice. In contrast, the real-world therapy (tPA thrombolysis) rarely produces benefits in mechanical occlusion-based experimental models, which dominate preclinical stroke research. This split between the bench and bedside suggests the need to employ tPA-responsive models in preclinical stroke research. To this end, a simple and tPA-reactive thrombotic stroke model is invented and described here. This model consists of transient occlusion of the unilateral common carotid artery and delivery of 7.5% oxygen through a face mask in adult mice for 30 min, while maintaining the animal rectal temperature at 37.5 &#177; 0.5 &#176;C. Although reversible ligation of the unilateral carotid artery or hypoxia each suppressed cerebral blood flow only transiently, the combination of both insults caused lasting reperfusion deficits, fibrin and platelet deposition, and large infarct in the middle cerebral artery-supplied territory. Importantly, tail-vein injection of recombinant tPA at 0.5, 1, or 4 hr post-tHI (10 mg/kg) provided time-dependent reduction of the mortality rate and infarct size. This new stroke model is simple and can be standardized across laboratories to compare experimental results. Further, it induces thrombosis without craniectomy or introducing pre-formed emboli. Given these unique merits, the tHI model is a useful addition to the repertoire of preclinical stroke research.

Thromboembolic stroke models are vital tools for optimizing the recanalization therapy. Here we report a murine thrombotic stroke model based on transient cerebral hypoxic-ischemic (tHI) insult, which triggers thrombosis and infarction, and responds favorably to tissue plasminogen activator (tPA)-mediated fibrinolysis in a therapeutic window similar to those in stroke patients.

A thrombotischer Schlaganfall Modell basierend auf Transient zerebrale Hypoxie-Ischämie

Stroke research has endured many setbacks in translating neuroprotective therapies into clinical practice. In contrast, the real-world therapy (tPA ...

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 ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of stroke than relying on indirect measurements, and will be a potent and robust vascular research tool. We use an optical imaging approach that labels thrombi with a molecular imaging thrombus marker&#160;&#8212; a Cy5.5 near-infrared fluorescent (NIRF) probe that is covalently linked to the fibrin strands of the thrombus by the fibrin-crosslinking enzymatic action of activated coagulation factor XIIIa during the process of clot maturation. A micro-computed tomography (microCT)-based approach uses thrombus-seeking gold nanoparticles (AuNPs) functionalized to target the major component of the clot: fibrin. This paper describes a detailed protocol for the combined in vivo microCT and ex vivo NIRF imaging of thromboemboli in a mouse model of embolic stroke. We show that in vivo microCT and fibrin-targeted glycol-chitosan AuNPs (fib-GC-AuNPs) can be used for visualizing both in situ thrombi and cerebral embolic thrombi. We also describe the use of in vivo microCT-based direct thrombus imaging to serially monitor the therapeutic effects of tissue plasminogen activator-mediated thrombolysis. After the last imaging session, we demonstrate by ex vivo NIRF imaging the extent and the distribution of residual thromboemboli in the brain. Finally, we describe quantitative image analyses of microCT and NIRF imaging data. The combined technique of direct thrombus imaging allows two independent methods of thrombus visualization to be compared: the area of thrombus-related fluorescent signal on ex vivo NIRF imaging vs. the volume of hyperdense microCT thrombi in vivo.

This protocol describes the application of combined near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and micro-computed tomography (microCT) for visualizing cerebral thromboemboli. This technique allows the quantification of thrombus burden and evolution. The NIRF imaging technique visualizes fluorescently labeled thrombus in excised brain, while the microCT technique visualizes thrombus inside living animals using gold-nanoparticles.

Kombinierte Near-Infrarot-Fluoreszenz-Bildgebung und Mikrocomputertomographie für Direkt Visualizing Cerebral Thromboembolie

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

Induction and Micro-CT Imaging of Cerebral Cavernous Malformations in Mouse Model

Mutations in the CCM1 (aka KRIT1), CCM2, or CCM3 (aka PDCD10) gene cause cerebral cavernous malformation (CCM) in humans. Mouse models of CCM disease have been established by tamoxifen induced deletion of Ccm genes in postnatal animals. These mouse models provide invaluable tools to investigate molecular mechanism and therapeutic approaches for CCM disease. An accurate and quantitative method to assess lesion burden and progression is essential to harness the full value of these animal models. Here, we demonstrate the induction of CCM disease in a mouse model and the use of the contrast enhanced X-ray micro computed tomography (micro-CT) method to measure CCM lesion burden in mouse brains. At postnatal day 1 (P1), we used 4-hydroxytamoxifen (4HT) to activate Cre recombinase activity from the Cdh5-CreErt2 transgene to cleave the floxed allele of Ccm2. CCM lesions in mouse brains were analyzed at P8. For micro-CT, iodine based Lugol&#39;s solution was used to enhance contrast in brain tissue. We have optimized the scan parameters and utilized a voxel dimension of 9.5 &#181;m, which lead to a minimum feature size of approximately 25 &#181;m. This resolution is sufficient to measure CCM lesion volume and number globally and accurately, and provide high-quality 3-D mapping of CCM lesions in mouse brains. This method enhances the value of the established mouse models to study the molecular basis and potential therapies for CCM and other cerebrovascular diseases.

This protocol demonstrates the induction of cerebral cavernous malformation disease in a mouse model and uses contrast enhanced micro computed tomography to measure lesion burden. This method enhances the value of established mouse models to study the molecular basis and potential therapies for cerebral cavernous malformation and other cerebrovascular diseases.

Induktion und Mikro-CT-Bildgebung des zerebralen höhlenartigen Fehlbildungen im Mausmodell

Mutations in the CCM1 (aka KRIT1), CCM2, or CCM3 (aka PDCD10) gene cause cerebral cavernous malformation (CCM) in humans. Mouse models of CCM disease have ...

Middle Cerebral Artery Occlusion Allowing Reperfusion via Common Carotid Artery Repair in Mice

The ischemic stroke is a major cause of adult long-term disability and death worldwide. The current treatments available are limited, with only tissue plasminogen activator (tPA) as an approved drug treatment to target ischemic strokes. Current research in the field of ischemic stroke focuses on better understanding the pathophysiology of stroke, to develop and investigate novel pharmaceutical targets. Reliable experimental stroke models are crucial for the progression of potential treatments. The middle cerebral artery occlusion (MCAO) model is clinically relevant and the most frequently used surgical model of ischemic stroke in rodents. However, the outcomes of this model, such as lesion volume, are associated with high levels of variability, particularly in mice. The alternative MCAO model described here allows the reperfusion of the common carotid artery (CCA) and the increased perfusion of the middle cerebral artery (MCA) territory, using a tissue pad with fibrinogen-based sealant to repair the vessel, and the improved welfare of the mice by avoiding external carotid artery (ECA) ligation. This reduces the reliance on the Circle of Willis, which is known to be highly anatomically variable in mice. Representative data show that using this alternative surgical approach decreases the variability in lesion volumes between the traditional MCAO approach and the alternative approach described here.

Intraluminal filament occlusion of the middle cerebral artery is the most frequently used in vivo model of experimental stroke in rodents. An alternative surgical approach to allow common carotid artery repair is performed here, which allows the reperfusion of the common carotid artery and a full reperfusion to the middle cerebral artery territory.

Mittlere zerebrale Arterie Okklusion so dass Reperfusion über gemeinsame Halsschlagader Reparatur bei Mäusen

The ischemic stroke is a major cause of adult long-term disability and death worldwide. The current treatments available are limited, with only tissue ...