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

Nota: Todos los estudios con animales se realizan bajo protocolos institucionales aprobados y las directrices de cuidado de animales. 1. En Vivo CLI BAT de imagen con 18 F-FDG Imaging 1.1 Antecedentes: <ol><li> Antes de 18 F-FDG inyección, coloque cuatro ratones desnudos en una cámara de inducción que se ha conectado con isoflurano equilibrada con oxígeno durante 5 min para inducir la anestesia. A continuación, coloque los cuatro ratones anestesiados en el aparato de formación de imágenes. </li><li> Adquirir la imagen de fondo con los siguientes parámetros: filtro abierto, f = 1, bin = 8, FOV = D, y el tiempo de exposición = 120 seg, temperatura etapa = 37 ° C. </li></ol> 1.2 Imaging BAT con 18 F-FGD: <ol><li> Inyectar los ratones anestesiados con 280 Ci de 18 F-FDG en PBS por vía intravenosa en la vena de la cola. Después de la inyección, los ratones volver a una jaula equipada con comida y agua. Nota: es necesario para inyectar por vía intravenosa 18 F-FDG para lograr un contraste decente por la zona de BAT. Sólo un contraste muy débil puede ser visto con la misma cantidad de 18 F-FDG si se utiliza una inyección intraperitoneal. </li><li> Adquirir imágenes de la CLI a los 30, 60, y 120 minutos después de la 18 F-FDG inyección con los mismos parámetros que la imagen de fondo (paso 1.1.2). Para cada sesión de imágenes, permita 5 minutos para la reinducción anestesia. </li><li> Para cuantificar la relación señal a ruido (S / N), utilice la interfaz de software de imagen para dibujar dos regiones de interés iguales de tamaño de la elipse más de la BAT interescapular y un área adyacente a la (zona de referencia) BAT (Figura 1b). </li></ol> 1.3 Validación de la Fuente de la CLI: <ol><li> Anestesiar cuatro ratones e inyectar a los ratones con 280 Ci de 18 F-FDG por vía intravenosa. </li><li> Sacrificar los ratones 60 min después de la inyección de 18 F-FDG por inyección de pentobarbital sódico (200 mg / kg, IP). Retire con cuidado el esquín de la zona interescapular. Imagen de todos los ratones con los mismos parámetros que el anterior (1.1.2), al mismo tiempo (Figura 2a). </li><li> Retire con cuidado el tejido adiposo blanco interescapular (WAT) y BAT, y luego la imagen de los ratones disecados con los mismos parámetros (Figura 2b). </li><li> De las imágenes de la CLI, el cálculo de la contribución de MTD mediante el uso de dos regiones de interés con la siguiente ecuación: R (BAT) = (CLI a b -cli) (BAT) / (CLI a b -cli) (BAT-eliminado), donde ROI una es para la zona interescapular y ROI b es para la zona de referencia (Figura 2b). </li></ol> 2. BAT Imaging Application 2.1 Vigilancia de la activación con NE <ol><li> Divida ratones desnudos en dos grupos (n = 4 cada uno). </li><li> Inyectar un grupo con norepinefrina (NE) (50 l, 10 mM) por vía intraperitoneal. Utilice el segundo grupo en su contro no activadol. Después de 30 min, anestesiar ambos grupos con isoflurano durante 5 min, y luego inyectar por vía intravenosa cada ratón con 18 F-FDG (220 Ci). Nota: La inyección intraperitoneal de NE debe ser 30 minutos antes de los 18 F-FDG inyección para evitar agitar drásticamente los ratones. </li><li> Imagen de los ratones 60 min después de 18 F-FDG inyección utilizando los mismos parámetros que los protocolos anteriores. </li></ol> Activación 2.2 Monitoreo Bajo la exposición al frío <ol><li> Medir la temperatura corporal de los ratones en el cuarto frío con un termómetro rectal. La temperatura debe ser de 30 ° C. </li><li> Image los ratones 60 minutos después de la 18 F-FDG por inyección usando los mismos parámetros de imagen como los protocolos anteriores. Utilice los ratones que se mantienen a temperatura ambiente (25 ° C) como los controles, y la imagen con el mismo. </li><li> Para un estudio de la exposición al frío, colocar a los ratones en una cámara fría (4 ° C) durante 4 horas antes de los 18 F-FDG inyección y devolver el mhielo a la habitación fría después de cada sesión de imágenes y después de recuperarse de la anestesia. </li><li> parámetros que el anterior. </li></ol> 2.3 Monitoreo de Desactivación de BAT So Long Anestesia <ol><li> Para la anestesia de largo (60 - 70 min), se inyecta por vía intraperitoneal ratones con ketamina / xilazina y mantenerlos bajo anestesia para 60 - 70 min a temperatura ambiente. </li><li> Una vez que los ratones se anestesiaron, se inyectan 18 F-FDG (220 Ci) por vía intravenosa a través de la vena de la cola. </li><li> Image los ratones 60 minutos después de la 18 F-FDG inyección mediante el uso de los mismos parámetros que los protocolos anteriores. </li></ol> 3. espectral desmezcla y multiespectrales Cerenkov luminiscencia estudios de tomografía <ol><li> Anestesiar a un ratón durante 5 minutos, y luego inyectar 300 Ci 18 F-FDG por vía intravenosa. Adquirir imágenes multiespectrales de 60 min después de 18 F-FDG inyección de un lado dorsal del animal con los siguientes parámetros: f = 1, bin = 16, la adquisicióntiempo = 300 segundos por filtro, filtros de emisión = 580, 600, 620, 640, 660 y 680 nm. </li><li> Realizar desmezcla espectral con Vivir software Imaging 4.3.1 y seleccione dos componentes (señales inespecíficas MTD y) y desmezcla automática (Figura 4). </li><li> Llevar a cabo la reconstrucción en 3D de acuerdo con el método descrito por Kuo et al. 28,43. Incorporar el espectro de emisión de Cerenkov en el modelo de propagación de la luz difusa, aplicar Tikhonov regularización en el NNLS (mínimos cuadrados no negativos) optimización de los residuos, y generar la tomografía de superficie (que se utiliza para la imagen 3D coregistration) de formación de imágenes de la estructura de la luz (Figura 5 ). Nota: Para multiespectral desmezcla espectral CLI y la tomografía, se necesitan al menos 5 imágenes con diferentes filtros. </li></ol>

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La publicación de este video-artículo es apoyado por Perkin Elmer Company.

La investigación relacionada con BAT se ha llevado a cabo desde hace varias décadas. Anteriormente, se había considerado no tener relevancia fisiológica significativa en la edad adulta humana 1. BAT Sin embargo, recientes imágenes PET clínico a gran escala con 18 F-FDG y otras investigaciones han confirmado todavía está presente en la parte superior del pecho, el cuello y otras ubicaciones en adultos 2,3. Estudios recientes han sugerido fuertemente que BAT juega un papel importante en la obesidad y la diabetes 2,6. Otra investigación también indica que BAT juega un papel importante durante el proceso de envejecimiento de 12 y que su actividad se podría mejorar a través del ejercicio 10,44. Tanto en los estudios clínicos humanos y la investigación preclínica, la PET con 18 F-FDG es el método más utilizado para estudiar BAT. Sin embargo, para los estudios preclínicos en animales, el PET es en general mucho más caros que la imagen óptica. En este protocolo, se demuestra que CLYo con 18 F-FDG se puede aplicar para ópticamente BAT imágenes en pequeños animales. Al igual que otras técnicas de imagen óptica, la limitación de penetración del tejido y baja sensibilidad para los objetivos de profundidad son las limitaciones intrínsecas de la CLI 25,32. Sin embargo, recientemente Spinelli et al. Demostraron que la señal de CLI decente podría ser observado con 10 mm de profundidad de tejido con 32 P 28,43, y Thorek et al. mostró que 16 mm de penetración se podría lograr en los ganglios linfáticos de pacientes después de 18 F-FDG de inyección 39, 40. En comparación con las imágenes de PET, CLI se puede realizar con un sistema de formación de imágenes relativamente bajo costo. Recientemente, Thorek et al. Demostró que bajas cantidades de 18 F-FDG acumulados (sobre 2Ci) en los nodos de los pacientes 39, que significativamente alta sensibilidad podría lograrse con CLI 40. Prueba in vitro indica que la señal de CLI de 0,01 Ci 90Y fue detectable en solución 25,32,33 </sarriba&gt;. Además, CLI también tiene el potencial para alta resolución espacial y la capacidad de cribado de alto rendimiento. Además, CLI es fácil de aprender y usar. En el curso de los experimentos, encontramos que contraste CLI de BAT con 18 F-FDG está altamente relacionada con los métodos de inyección. La inyección intravenosa de 18 F-FDG puede proporcionar un excelente contraste para BAT interescapular, mientras que la inyección intraperitoneal con la misma cantidad de 18 F-FDG sólo mostró un contraste débil en el área de BAT. Desmezcla espectral, una técnica muy práctico para separar dos conjuntos de señales, ha sido ampliamente utilizado en imágenes de fluorescencia. Es bien conocido que la absorción de 18 F-FDG no es muy objetivo específico, y diferentes objetivos / tejidos tienen diferentes propiedades de atenuación de luz. Nos pareció que el pico del espectro de CLI de BAT es de alrededor de 640 nm, y estos datos refleja los contextos reales de BAT. La reconstrucción en 3D de este protocol es muy operable, porque se puede realizar con un sistema de imagen óptico disponible comercialmente basado en las propiedades de difusión de luz de diferentes longitudes de onda. Con este enfoque, podemos evitar el uso de un sistema de imagen especializada que requiere ver imágenes de varios ángulos para la reconstrucción 3D. Por tanto desmezcla espectral y la reconstrucción 3D, se requiere un mayor mínimo de 600 recuentos de fotones de cada imagen de BAT. Con este fin, gran binning (bin = 16), pequeña parada f (f = 1) y un largo tiempo de adquisición (5 min) se necesitan para cada imagen. En resumen, el aprovechamiento de la excelente ubicación y la forma de las MTD y la significativamente alta captación de 18 F-FDG en BAT, demostramos cómo BAT en los animales pequeños se pueden obtener imágenes ópticamente con 18 F-FDG a través de la técnica de CLI. Este método puede utilizarse de manera fiable para BAT formación de imágenes y para el seguimiento de la activación BAT. Además, también demuestran que desmezcla espectral y reco 3Dnstruction son practicables y volumen 3D cuantificación es posible que los estudios futuros.

Tejido adiposo marrón (BAT) es un tejido especial para la termogénesis en los mamíferos, y una de sus funciones principales es la de mantener el balance de energía de todo el cuerpo a través de disipar grandes cantidades de productos químicos / energía de los alimentos en forma de calor 1. Características más singulares de BAT incluyen la expresión abundante proteína desacoplante-1 (UCP-1), la abundancia de pequeñas gotitas de aceite, un gran número de mitocondrias en una sola célula, y la vascularización significativa en el tejido 2-5. Estas características únicas se asocian fuertemente con el importante papel de los tejidos en el gasto metabolismo y la energía. BAT se consideraban hasta entonces ya no está presente y no poseer funciones fisiológicas importantes en humanos adultos 1, sin embargo recientes investigaciones de imagen PET / TC han demostrado claramente que BAT sigue presentando en los adultos humanos 2,3,6-9. Una correlación inversa entre la masa BAT y el índice de masa corporal (IMC) se estableció a partir de varios estudios, y reestudios recientes indican que el ejercicio físico podría aumentar la masa de BAT. Estos resultados sugieren fuertemente que la disfunción de BAT está estrechamente asociada con la patología de la obesidad y la diabetes 2,6,10,11. Además, la creciente evidencia indica que la función de BAT está fuertemente relacionado con varias otras patologías tales como enfermedades neurodegenerativas y el cáncer 3,7,12,13. Activación de BAT, un proceso para aumentar la termogénesis, se puede lograr en diversas condiciones, tales como la exposición al frío, el ejercicio, y el tratamiento de drogas y la manipulación genética 1,14,15. La exposición al frío y el tratamiento norepinefrina son los métodos más utilizados para activar BAT. Fría, que puede ser detectado por varios mecanismos como termoreceptores en la piel, estimula los nervios simpáticos y conduce a la liberación de norepinefrina (NE) de BAT. El NE lanzado desencadena UCP-1 para inicializar la termogénesis para mantener la temperatura normal del cuerpo. Bajo este conditien, la captación de glucosa también aumenta para proporcionar más fuentes de carbono para el aumento del metabolismo en la MTD 1,16,17. Imágenes PET con 18F-FDG ha confirmado que la absorción de la glucosa marcada aumenta en condiciones de frío en los estudios en humanos 6. En términos de imagen óptica, BAT es un objetivo ideal. El interescapular BAT tiene una ubicación única en ratones, situado lejos de los órganos más grandes, tales como el hígado, el corazón y el estómago. Por lo tanto, la interferencia de señal a partir de estos órganos grandes es insignificante (Figura 1a). Mientras tanto, la localización superficial de BAT interescapular permite más señales para ser capturados por la cámara de detección. Por otra parte, BAT es un órgano masa concentrada, lo que limita la señal de luz en ciertas áreas. Además, la forma física triangular única de BAT hace que sea fácil de distinguir de otros tejidos (Figura 1a). Imágenes luminiscencia Cerenkov (CLI), un mol recién emergidasla tecnología de imágenes ecular 18-26, aprovecha la luminiscencia generada a partir de la + y - desintegración de los radionucleidos tales como 18 F y 131 I en el medio. La partícula cargada (tal como + y -), mientras que polariza las moléculas que se desplaza en el medio de 18-20, y la luminiscencia / luz se emite cuando las moléculas polarizadas se relajan de nuevo a equilibrio. La luminiscencia emitida se llama Cerenkov Luminiscencia (CL). Las propiedades espectrales únicas de CL incluyen su amplio espectro en todo el ultravioleta (UV) y el espectro visible 18-20, y su correlación inversa entre la intensidad y el cuadrado de la longitud de onda (λ 2). Ambas gamas UV y visible de la luz emitida pueden ser utilizados para diferentes aplicaciones. La porción UV de Cerenkov luminiscencia se ha aplicado para la fotoactivación in vivo de luciferina enjaulado 21, mientras que la luz emitida en la longitud de onda más larga puede serutilizado para in vivo de imágenes ópticas 18,27-31. Para los estudios en animales pequeños, imágenes CLI con un sistema de imagen óptica es más rápido y más rentable que el PET. Por otra parte, la CLI se puede aplicar para cribado de alto rendimiento con un sistema de imágenes equipado con alta capacidad de rendimiento. Las ventajas y desventajas de esta tecnología se han discutido en varias revisiones 25,32,33. Tomografía 3D de CLI se ha estudiado intensivamente en varios grupos 28,34-37, y las aplicaciones de la CLI para imágenes endoscópicas y las imágenes intraoperatorias han demostrado con éxito en ratones, así 30,38. Además, Spinelli y Thorek et al. Han demostrado que la formación de imágenes CLI se podría aplicar a sujetos humanos, por lo que la tecnología también tiene potencial para aplicaciones clínicas 39, 40. En el curso de redescubrimiento de BAT en los seres humanos, las imágenes de PET indican claramente que unacantidad significativa de 18 F-FDG se acumula en BAT bajo ciertas condiciones 2,3,6. Además, la PET con ratones también, sin duda, demostró que BAT podría destacó con 18 F-FDG 41 42. En este informe, demuestran cómo Cerenkov luminiscencia emitida de 18 F-FDG puede ser utilizado para BAT imágenes en pequeños animales utilizando un sistema de imagen óptica. Nuestro enfoque proporciona un método rápido, barato y cómodo de imágenes BAT para animales pequeños. Esta técnica se puede utilizar como un método alternativo para la formación de imágenes PET con 18 F-FDG, especialmente para laboratorios sin instalaciones de PET.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="885">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:479px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="231">
			<td height="231" style="height:231px;width:216px;">Optical Imaging system</td>
			<td style="width:71px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:479px;">IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated 
			CCD Size: 2.7cm x 2.7cm 
			Pixels: 2048 x 2048 
			Quantum Efficiency: 85% 
			Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm &#60; sup &#62; 2 &#60; /sup &#62; 
			Dark Current: &#60; 100 electrons/s/cm &#60; sup &#62; 2 &#60; /sup &#62; 
			Lens: f 0.95 50mm 
			CCD Cooling: Cooled to-90 degree.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">18F-FDG</td>
			<td style="width:71px;">IBA Molecular</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">norepinephrine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>N5785-250MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ketamine/Xylazine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>K113-10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cerenkov luminescence imaging of interscapular brown adipose tissue

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

En la Figura 1, BAT interescapular (Figura 1a) se puso de relieve en todos los puntos de tiempo (30, 60, 120 min), y el contraste entre MTD y la zona de referencia puede ser fácilmente observado (Figura 1b). En particular, el contorno de la imagen BAT refleja estrechamente su apariencia física, que tiene un contorno triangular. Las relaciones de señal entre MTD y la zona de referencia fueron 2,37, 2,49, y 2,53 veces a las 30, 60 y 120 min después de la inyección (Figura 1a). A partir de la disección experimento gradual, el 85% de la señal en el lugar interescapular había originado a partir de la BAT (Figura 2). Sin embargo, todavía había una cierta señal residual situada cerca del borde superior de la BAT, que probablemente se originó a partir del tejido residual BAT y otros tejidos adyacentes que incluyen los vasos sanguíneos y los músculos. Se ha informado de que la activación BAT puede lograrse a travésLa norepinefrina tratamiento (NE) y la exposición al frío 3,6. En primer lugar, se observó la activación de BAT con NE en el mismo grupo de ratones con y sin tratamiento NE en corto (5 min) anestesia con isoflurano. Los datos mostraron significativamente mayor señal de CLI bajo la condición tratada-NE (1,23 veces) que sin tratamiento NE (Figura 3a). En estudios en humanos, la PET mostraron que los sujetos menores de la exposición al frío tenían mucho más altos 18 F-FDG captación en el BAT que aquellos a temperatura ambiente 6. En este estudio los ratones, se observó un aumento del 39% en 18 F-FDG captación en el BAT de los animales tratados con la exposición al frío (Figura 3b). En los ratones, la actividad BAT puede ser influenciada por diferentes regímenes de anestesia 3,41. Por ejemplo, 18 F-FDG captación en BAT se puede disminuir considerablemente después de una hora de la anestesia con ketamina 41. Comparando el uptak 18 F-FDGe en el mismo grupo de ratones bajo corto (5 min con isoflurano) y la anestesia de largo (70 min con ketamina / xilazina) regímenes, una reducción del 54% en 18 F-FDG captación BAT se observó en el grupo anestesiados con ketamina / xilazina ( Figura 3c). Es bien sabido que la hemo-que contiene proteínas (tales como la hemoglobina en la sangre y el citocromo c en las mitocondrias) puede conducir a la absorción de la luz significativa, y se espera que los abundantes vasos sanguíneos en BAT 1 va a cambiar el espectro de la CLI, y lo espectral la forma de la zona de BAT será diferente de otras áreas. Posiblemente, las técnicas de desmezcla espectral nos permiten separar los espectros de dos CLI. De la figura 4a, ningún área en particular se destacó de la imagen sin mezcla de componente # 1 (Deshacer mezcla # 1), y el espectro correspondiente (línea azul en la figura 4d) se parecía mucho al espectro de emisión de 18 F en medios puros, en los que el CLI intensificaciónTy se correlaciona inversamente con el cuadrado de la longitud de onda de 18,20. Estos datos sugieren que Deshacer mezcla # 1 representa una señal inespecífica CLI, que es probablemente de muy poca profundidad, tales como la acumulación de 18 F-FDG en la piel. El pico de la # 2 del espectro sin mezclar (línea roja) fue de alrededor de 640 nm, lo que sugiere que la señal era de la BAT. Curiosamente, a diferencia de la atenuación significativa de la intensidad de la CLI más corta que 640 nm, no se observó disminución dramática de la intensidad una vez que alcanzó su pico (línea roja en la Figura 4), ​​lo que indica una mejor penetración en el tejido de la luz emitida en longitudes de onda más largas. Multiespectral Cerenkov tomografía de luminiscencia (msCLT) se utilizó para la reconstrucción 3D. msCLT ha informado previamente por Kuo et al. 28,43, y está construido a partir de un conjunto de imágenes planas 2D adquiridos con un número de filtros de paso de banda estrecho (&gt; 5 filtros). Las imágenes en 3D reconstruidas son coregistEred con la tomografía superficie que se genera a partir de la estructura de luz, y las imágenes revelan que una parte sustancial de la señal de CLI originó a partir de BAT interescapular (Figura 5). Sorprendentemente, la imagen coronal (Figura 5a) define claramente los dos lóbulos de BAT, que se parecen mucho al contorno del triángulo de la BAT se muestra en la Figura 5e. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1: (a) de contorno triangular de BAT interescapular (flecha azul) en un ratón; (Izquierda) BAT se cubre con el tejido adiposo blanco, y (derecha) BAT está expuesto. imágenes (b) de la CLI de un ratón a los 30 y 60 minutos después de la 18 F-FDG (280 Ci) inyección intravenosa. Las imágenes describen claramente el contorno de las MTD. (C) El análisis cuantitativo de la señal de CLI de inteárea BAT rscapular y un área de referencia. Reimpresión de la referencia 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2: (a) Imágenes representativas de los ratones antes (izquierda) y después (derecha) de eliminación BAT. (B) La cuantificación indica que&gt; 85% de la CLI se originó de BAT. Reimpresión de la referencia 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3:(A) imágenes Representante de la CLI de BAT de ratones con (izquierda) y sin (derecha) estimulación NE bajo anestesia isoflurano corto. (B) Análisis cuantitativo de las señales de la CLI de los dos grupos en (a) (n = 4 para cada grupo). (C) imágenes Representante de la CLI de BAT de ratones con (izquierda) y sin (derecha) de estimulación con frío bajo anestesia isoflurano corto. (D) El análisis cuantitativo de las señales de la CLI de los dos grupos se muestran en (e) (n = 3 - 4 para cada grupo). (e) las imágenes Representante de la CLI de BAT a 60 min después de 18 F-FDG inyección bajo anestesia isoflurano corto (5 min) (izquierda) y la ketamina / xilazina anestesia (70 min) (derecha). (F) El análisis cuantitativo de las señales de la CLI de los dos grupos se muestran en (g) (n = 4 para cada grupo). Reimpresión de la referencia 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" target="_blank">Plea</a>sí, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4:. Desmezcla espectral para CLI inespecíficos y BAT CLI (a) Deshacer mezcla # 1 muestra que la señal de CLI inespecífica de 18 F-FDG se distribuye por todo el cuerpo (el espectro sin mezclar para esta imagen se muestra en (d) (línea azul )). (B) Deshacer mezcla # 2 indica que la mayoría de CLI en el sitio interescapular es de BAT (el espectro sin mezclar se muestra en (d) (línea roja)). El pico CLI es alrededor de 640 nm. (C) imagen fusionada de Deshacer mezcla # 1 y # 2. (D) Los espectros de CLI de Deshacer mezcla # 1 y # 2. Reimpresión de la referencia 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> &lt;/ P&gt; <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5: multiespectral Cerenkov tomografía luminiscencia (a - d) la reconstrucción 3D de las imágenes.. BAT interescapular se puede ver en coronal (a), sagital (b) y transversal (c) puntos de vista, así como en la imagen en 3D (d); (E) la forma BAT Física se muestra (flecha azul) que se correlaciona con imágenes reconstruidas. Reimpresión y adaptarse de referencia 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

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

Cerenkov Luminiscencia Imaging de interescapular tejido adiposo marrón

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

cerenkov-luminescence-imaging-of-interscapular-brown-adipose-tissue

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Video: Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Monitoring

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

Cerenkov Luminescence Imaging CLI for Cancer Therapy Monitoring

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

Cerenkov Luminiscencia Imaging (CLI) para la Vigilancia del Cáncer Terapia

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

Investigación

Medicina

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

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

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

Depósitos de tejido adiposo humano Marrón segmentada automáticamente por Tomografía por Emisión de Positrones / Tomografía Computada y Resonancia Registrado Imágenes Magnéticas

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

Murine Isolated Heart Model of Myocardial Stunning Associated with Cardioplegic Arrest

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

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

Murino Aislado Modelo Corazón de aturdimiento miocárdico asociado a paro cardioplégico

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

Encapsulation Thermogenic Preadipocytes for Transplantation into Adipose Tissue Depots

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

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

La encapsulación termogénico preadipocitos para el trasplante en los depósitos de tejido adiposo

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.

Evaluación de la función Microvascular del tejido adiposo humano mediante videomicroscopía

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.

Caracterización de células inmunes en el tejido adiposo humano mediante el uso de citometría de flujo

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

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

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

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

Protocolo clínico de producir fracción Vascular estromal derivadas de tejido adiposo para potencial regeneración del cartílago

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

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

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

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

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

Cuerpo entero y cuantificación Regional de activo humano marrón tejido adiposo utilizando 18F-FDG PET/CT

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

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

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

Inguinal Subcutaneous White Adipose Tissue ISWAT Transplantation Model of Murine Islets

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

Modelo de trasplante de tejido adiposo blanco subcutáneo inguinal (ISWAT) de islotes murinos

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

Fat-Covered Islet Transplantation Using Epididymal White Adipose Tissue

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

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

Trasplante de islotes cubiertos de grasa utilizando tejido adiposo blanco epididimario

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