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Method Article
La adquisición de datos de tomografía dinámica por emisión de positrones (PET) y su reconstrucción en marcos de tiempo permite el análisis de la conectividad metabólica del cerebro a nivel de un solo sujeto. Describimos un método para adquirir datos PET dinámicos de [18F]FDG del cerebro de rata y obtener una matriz de conectividad a través de la extracción de curvas de tiempo-actividad de volúmenes de interés.
Hasta el día de hoy, la conectividad metabólica del cerebro se estudia principalmente a nivel grupal a través de la adquisición de datos de tomografía por emisión de positrones estática (PET) de múltiples sujetos. Actualmente, nuestros grupos de investigación están estudiando los cambios en la conectividad metabólica a través de múltiples puntos temporales después de una hemorragia intracerebral a nivel intrasujeto en ratas. Para investigar la conectividad metabólica del cerebro dentro del sujeto, se requiere información temporal de la absorción del marcador en diferentes regiones del cerebro, lo que se puede lograr a través de la PET dinámica. En esta publicación, damos una descripción detallada de nuestro protocolo de adquisición y análisis de datos.
Los datos PET dinámicos del cerebro de rata se adquieren en un sistema PET preclínico dedicado que utiliza 2-desoxi-2-[18F]fluoro-D-glucosa ([18F]FDG) como trazador. El marcador se inyecta por vía intravenosa en forma de bolo al inicio de la TEP. Durante los 60 minutos de adquisición, los animales son sedados con medetomidina.
Después de la adquisición, los datos PET se reconstruyen en treinta marcos de tiempo de 2 minutos utilizando un algoritmo de reconstrucción iterativo (Maximum-Likelihood Expectation-Maximization). Se utiliza un atlas parcelado que consta de múltiples volúmenes de interés (VOI) para extraer curvas de tiempo-actividad de cada VOI, que luego se utilizan para calcular el coeficiente de correlación de Pearson entre cada par de VOI.
Este protocolo PET dinámico permite la evaluación de las diferencias de conectividad metabólica entre dos exploraciones individuales, en lugar de entre grupos de exploraciones. Este enfoque permite el estudio de los cambios en la conectividad metabólica dentro de un solo sujeto a través de diferentes puntos de tiempo, o para la comparación de la conectividad metabólica de un individuo con una base de datos normal. Tales comparaciones podrían ser útiles para rastrear la progresión de la enfermedad o ayudar en el diagnóstico de trastornos neurológicos caracterizados por la interrupción de la comunicación entre las regiones del cerebro, como la epilepsia o la demencia.
La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica de imagen molecular comúnmente utilizada en la investigación y en entornos clínicos. Debido al desarrollo de varios trazadores PET, el PET se puede utilizar para estudiar la fisiopatología de la enfermedad y monitorear la progresión de la enfermedad y la respuesta a los tratamientos1. Uno de los radiotrazadores más utilizados es el 2-desoxi-2-[18F]fluoro-D-glucosa ([18F]FDG), que permite obtener imágenes del metabolismo de la glucosa, indicativo de la activación celular. Se utiliza en oncología para el diagnóstico, la estadificación y el pronóstico; en neurología, comúnmente en el contexto de enfermedades neurodegenerativas como la demencia; y en cardiología, para diagnosticar enfermedades como la sarcoidosis, por citar solo algunos ejemplos 1,2,3.
La evaluación de la conectividad metabólica cerebral, obtenida a partir de los datos de [18F]FDG PET, se refiere a las relaciones funcionales entre la absorción de trazadores en diferentes regiones del cerebro. Este enfoque permite el cálculo de una "matriz de conectividad" mediante la selección de un conjunto de regiones cerebrales, que pueden proporcionar información sobre cómo interactúan y funcionan juntas las diferentes partes del cerebro. Este tipo de análisis es particularmente útil para estudiar la función cerebral en la salud y la enfermedad, incluidas afecciones como la demencia, la epilepsia y otros trastornos neurológicos 4,5.
El primer estudio que evaluó la conectividad metabólica cerebral ya se remonta a la década de 19806, pero los investigadores exploraron principalmente la conectividad estructural del cerebro, también conocida como "conectoma"7, mediante imágenes de resonancia magnética ponderada por difusión (DW-MRI). Además, la conectividad funcional mediante técnicas como la resonancia magnética funcional (fMRI), la electroencefalografía (EEG) y la magnetoencefalografía (MEG) ha sido ampliamente investigada durante varias décadas 8,9.
Recientemente, se ha recuperado el interés por estudiar la conectividad metabólica del cerebro utilizando [18F]FDG PET, no solo por sí solo, sino también en combinación con otras formas de conectividad cerebral10. Sin embargo, debido a la naturaleza "estática" inherente de las imágenes PET (en contraste con, por ejemplo, la resonancia magnética funcional), la gran mayoría de los resultados basados en PET de redes cerebrales se basan en análisis a nivel de grupo, donde las correlaciones entre las regiones cerebrales se calculan a nivel intersujeto. Esta limitación hace imposible un análisis intrasujeto de las imágenes PET, que es esencial para los estudios longitudinales que pueden rastrear los cambios a lo largo del tiempo dentro del mismo individuo4. Por lo tanto, el desarrollo de métodos que permitan el análisis de un solo sujeto, como la conectividad molecular dinámica basada en PET, es una dirección de investigación importante en la investigación del cerebro que investiga los trastornos de la red, ya que abre la puerta al uso del análisis de redes moleculares en la práctica clínica. Por lo tanto, se utilizaron datos dinámicos de PET en nuestro estudio preclínico.
Actualmente, nuestros grupos de investigación están llevando a cabo un estudio que examina los cambios en la conectividad metabólica después de una hemorragia intracerebral a nivel intrasujeto en múltiples puntos temporales utilizando el modelo de colagenasa de rata11. Para investigar la conectividad metabólica del cerebro intrasujeto, se requiere información temporal de la absorción del trazador en diferentes regiones del cerebro, que se puede obtener a través de la PET dinámica. En las siguientes secciones, damos una descripción detallada del protocolo de adquisición y análisis de datos.
Todos los procedimientos están de acuerdo con las directrices europeas (directiva 2010/63/UE), y el protocolo fue aprobado por el Comité de Ética Animal local de la Universidad de Gante (ECD 23/33). Doce ratas Sprague Dawley (seis hembras y seis machos) fueron incluidas en el estudio. Sus tomografías por emisión de positrones se obtuvieron utilizando el siguiente protocolo en múltiples puntos de tiempo, desde 2 semanas antes hasta 18 semanas después de una hemorragia intracerebral inducida. En el momento de la primera exploración, todos los animales tenían 18 semanas de edad y las hembras pesaban 244,8 ± 10,1 g (media ± DE), mientras que los machos pesaban 363,6 ± 13,3 g.
Asegúrese de que los materiales radiactivos solo sean trabajados y manipulados por personal capacitado. Mantenga la dosis administrada al personal y a los animales tan baja como sea razonablemente posible (ALARA).
1. Adquisición de datos
NOTA: Consulte la Tabla de materiales para obtener detalles sobre el generador de imágenes PET preclínico y el software utilizado para la adquisición de datos. El generador de imágenes es un escáner PET de 45 detectores (dispuestos en 5 anillos) que cubre un campo de visión axial (FOV) de 13 cm y un FOV transaxial de 7,6 cm, utilizando cristales LYSO y detectores SiPM. El sistema muestra una resolución espacial de 850 μm, una sensibilidad del 12% y una resolución de energía del 12,6%12. Los siguientes pasos se escribieron con esto en mente.
2. Reconstrucción de datos y control de calidad
NOTA: Utilizando el hardware y el software disponibles en nuestro estudio, todos los datos de PET se corrigieron para la desintegración de radionúclidos, y los sinogramas adquiridos se reconstruyeron con el algoritmo tridimensional de maximización de expectativas de subconjuntos ordenados (OSEM-3D) utilizando una ventana del 30% alrededor del fotopico de 511 keV. El software de reconstrucción OSEM utilizó su configuración predeterminada de 10 subconjuntos con 20 millones de eventos por subconjunto. Las imágenes se reconstruyeron en una matriz transversal de 192 x 192 x 384 con vóxeles de imagen cúbica de 0,4 mm. No se realizó ninguna corrección de atenuación.
3. Análisis de datos
NOTA: Los siguientes pasos 3.1 y 3.2 se realizan en un entorno de software biomédico dedicado a la cuantificación de datos de PET, utilizando la Herramienta de Registro y Fusión de Imágenes (PFUS) y la Herramienta de Modelado Cinético General (PKIN).
Una vez finalizado el escaneo, se puede investigar el TAC de la tasa detectada durante la adquisición para comprobar la correcta inyección y absorción del trazador. La Figura 1 muestra un TAC resultante de todo el campo de visión del escáner después de una inyección y adquisición exitosa del trazador (panel A), y un TAC resultante después de una inyección de trazador parcialmente paravenosa (panel B). En el caso exitoso, la tasa de...
El protocolo proporcionado aquí guía a los usuarios a través del proceso de adquisición de datos PET dinámicos de 1 h utilizando [18F]FDG como trazador en ratas. Al final, se obtiene una matriz de correlación de VOIs, que se puede utilizar para evaluar la conectividad metabólica a nivel de un solo sujeto. Los investigadores experimentados pueden ajustar el protocolo para que se adapte a sus necesidades específicas en varios puntos, por ejemplo, mediante el uso de un ra...
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Este trabajo fue apoyado por una beca de investigación de la Fundación Flamenca de Investigación [G0A7422N].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antisedan | Orion Pharma | Atipamezole hydrochloride 5 mg/mL | |
BD Micro-Fine+ insulin syringe 1 mL | BD | 324827 | 0.33 mm (29G) x 12.7 mm |
BD Microlance 3 Needles 30 G x 1/2" | BD | 304000 | 30 G x 1/2"; 0,3 x 13 mm |
BD Plastipak syringe 1 mL | BD | 303172 | for infusion pump |
BTPE-10 Polyethylene tubing | Instech | 0.11x.024in (.28x60mm) | |
Domitor | Orion Pharma | 1070499 | Medetomidine hydrochloride 1 mg/mL |
Fusion 100 infusion pump | Chemyx Inc. | 07100 | Newer model available: Fusion 100X |
Isoflutek 1000 mg/g | Alivira | Isoflurane | |
MOLECUBES β-CUBE with CUBEFLOW software | MOLECUBES NV | Preclinical PET scanner | |
PMOD Software version 4.4 | Bruker Corporation | http://www.pmod.com; quantification of PET data | |
Saline | B. Braun | 394496 | NaCl 0.9% |
Vidisic eye gel | Vidisic | Carbomerum 980 2 mg/g |
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