This study was supported by a grant from Bruker Molecular Imaging (to WML) and from the NIH (Grant HL019982 to FJC).

<ol>
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WML is a consultant for Bruker Molecular Imaging

Ici, nous présentons une stratégie détaillée pour la course induction, imagerie TEP, et standardisé sous-région de mesure des lésions tissulaires chez des rats Sprague-Dawley cerveau. Imagerie des petits modèles animaux, en particulier dans le domaine de la course est bénéfique, car le traitement de l&#39;AVC pour être efficace dépend d&#39;un temps extrêmement court thérapeutique. Ici, nous présentons un modèle blessures-reperfusion, dans laquelle la course a été induite par une occlusion de l&#39;artère cérébrale moyenne, et l&#39;imagerie effectué en utilisant FDG PET, aux côtés d&#39;un CT à rayons X pour référence anatomique. Enrégimentés mesures de FDG dans les sous-régions du cerveau a été rendue possible par une cartographie précise de l&#39;atlas de modèle VOI sur le cerveau de rat dans le logiciel d&#39;analyse d&#39;image PMOD. Valeurs Ratiométrique FDG ont été recueillies en divisant sous-régions du cerveau correspondant dans hémisphères opposés, ce qui permet une mesure directe de dommages tout en normalisant les variations de signal global FDG entre les différents animaux et le temps points. Ces mesures sont conformes à l&#39;effet attendu de la course sur le cerveau de rat, démontrant de manière cohérente, une perte importante de tissu cérébral absorption du glucose dans certaines régions de l&#39;hémisphère ipsilatéral. Cette méthodologie a le potentiel d&#39;augmenter notre capacité à comparer des ensembles de données FDG PET d&#39;animaux subissant de nombreux types de traumatisme cérébral, y compris accident vasculaire cérébral ischémique. En standardisant les volumes à être quantifiée dans hémisphères du cerveau et sur plusieurs animaux, cette méthode génère des mesures cohérentes de la diminution de l&#39;absorption de glucose dans le tissu. Notez que d&#39;autres traceurs TEP au cerveau absorption, comme C-11 pour les récepteurs D2 raclopride, peut être utilisé avec ce protocole ainsi 21. Enfin, nous décrivons une méthode pour visualiser un AVC ischémique dans un cerveau de rat dans son squelette avec une grande précision anatomique en trois dimensions. Depuis déficience physiologique et fonctionnelle induite AVC pourrait être transitoire ou permanent, cette méthode non-invasive de l&#39;imageriepermet aux chercheurs d&#39;évaluer les lésions cérébrales chez le même animal sur une période de temps. Il fournit un moyen de marquer neurologique les rats, ainsi évaluer déficits neurologiques à court et à long terme dans le même animal. La fonction de modèle du logiciel PMOD permet aux chercheurs dotés d&#39;une certaine quantité de précision pour cartographier la zone des blessures et peut-être en corrélation avec des séquelles neurologiques et du comportement. Pour la quantification précise des dégâts de la course par le cerveau sous-région, l&#39;étape clé est l&#39;alignement des données de PET avec l&#39;atlas du cerveau de rat dans PMOD. Les incohérences dans l&#39;alignement peuvent conduire à une quantification inexacte des sous-régions cérébrales affectées par l&#39;ischémie. Comme décrit dans l&#39;étape de protocole 4.1.7, il est possible d&#39;utiliser les glandes de Harder comme points de repère pour aligner l&#39;atlas du cerveau avec les données expérimentales de PET. Effets de volume partiel (PVE) sont une préoccupation lors de ce type d&#39;analyse, et limitera la résolution globale de la structure du cerveau quepeut être imagé. Signal débordement peut se produire entre des volumes adjacents, ou le VOI lui-même peut être trop faible par rapport à la résolution de l&#39;instrument, ce qui réduit la précision de la méthode quantitative 22. Le système Albira PET utilisé dans ces études est équipé de trois anneaux de détecteur et fournit une résolution de 1,1 mm, ce qui a évolué à partir d&#39;un système anneau qui atteint 1,5 mm 23 correspondant. Buvat et ses collègues notent que PVE affectera mesures de tumeurs avec un diamètre inférieur à 2-3x la résolution du système à pleine demi-largeur max (LMH), ce qui correspondrait à un volume de 5,6 à 18,9 mm sphérique de 3 pour la 3- anneau Albira. Casteels et al. A récemment déclaré que les volumes de plus de 8 mm 3 auront des effets de volume partiel minimales pour les scanners PET pré-cliniques modernes avec une résolution de l&#39;ordre de 1.1 à 1.3 mm 24. L&#39;atlas Schiffer a été soigneusement construit avec ces paramètres à l&#39;esprit, et utilise 58 VOI, dont 13 chute en dessous du seuil de 8 mm 3. Ceux-ci comprennent le VOI pour hémisphères droit et gauche du cortex préfrontal médian (6,3 mm 3, R / L), le Par un cortex (7,6 mm 3, R / L), le colliculus supérieur (7,1 mm 3, R / L) , l&#39;aire tegmentale ventrale (5,5 mm 3, R / L), colliculus inférieur (5,7 mm 3, R / L), de l&#39;hypophyse (5,9 mm 3), et le flux sanguin du disjoncteur (5,1 mm 3). En outre, les mesures du cortex frontal (1,4 mm 3 R / L) seront les plus sensibles à la PVE en raison de sa petite taille. Des études chez des animaux plus grands tels que les rats, qui ont une augmentation correspondante de la taille de l&#39;anatomie, auront un plus grand nombre de sous-régions du cerveau qui peuvent être quantifiées de façon fiable par rapport à des souris. Néanmoins, ces méthodes sont applicables à l&#39;imagerie du cerveau chez les souris, qui ont leur propre atlas disponible dans PMOD de cerveau qui est composé de 18 sous-régions qui sontdimensionné de façon à minimiser PVE. En outre, en utilisant PET pour identifier les régions du cerveau encore plus petites que celles qui sont décrites dans cette étude peut nécessiter l&#39;utilisation d&#39;une méthodologie alternative. Le procédé décrit ici permet de quantifier disciplinés et efficace des lésions des tissus du cerveau au cours du temps, segmentés par sous-région du cerveau, chez les rats vivants. Les blessures dues à l&#39;ischémie est démontré ici comme exemple, mais la méthodologie présentée pour la quantification des modifications de l&#39;activité du cerveau peut être appliqué à toute autre condition affectant le cerveau de rat. En conclusion, les données FDG-PET-CT de petits animaux peuvent être acquises de manière non-invasive et économique, et peuvent être facilement utilisés pour l&#39;imagerie du petit animal dans un mode quantitatif. En utilisant l&#39;outil de gabarit Schiffer PMOD du programme, les zones ischémiques du cerveau peuvent être délimitées et les données mesurées en PET. Ce est un outil puissant pour la future étude de la réorganisation du cerveau, la réparation et la neurogenèse après une ischémie cérébrale qui favorisera development de neuro-thérapies de patients victimes d&#39;AVC handicapés. Cette visualisation sera également particulièrement utiles pour évaluer les autres cas de traumatisme cérébral, où le dommage tissulaire peut être aligné de modalités d&#39;imagerie distincts.

L&#39;AVC est une des principales causes de décès dans les pays développés, et est directement responsable de la mort de 1 sur 19 Américains 1. Il a été estimé qu&#39;environ 795 000 Américains l&#39;expérience d&#39;AVC chaque année, dont 87% d&#39;entre eux sont de nature ischémique 5. Lors d&#39;un événement ischémique, apport continu d&#39;oxygène et de glucose dans les neurones corticaux est sévèrement altérée induire un environnement hypoxique, ce qui conduit à une diminution de la fonction cellulaire dans les régions affectées du cerveau. En fonction de la gravité de l&#39;accident vasculaire cérébral, le débit sanguin cérébral et l&#39;absorption du glucose varie spatialement et temporellement. Les dommages dus à l&#39;AVC peut être identifié grâce à des méthodes non invasives, comme 18 F-fluorodésoxyglucose (FDG) tomographie par émission de positrons 6. FDG est un analogue de glucose où le groupe hydroxyle en position 2 &#39;a été remplacée par la tomographie par émission de 18 F isotope. 18 F est advantageous en raison de sa longue demi-vie de 110 minutes, lui permettant d&#39;être utilisé pour détecter la consommation de glucose dans le cerveau. FDG PET produit une carte à haute résolution quantitative de la consommation de désoxyglucose dans le cerveau que 7 18 F tend à se accumuler dans les régions de forte consommation de glucose, ce qui indique que ces tissus sont très métaboliquement active 8. Le noyau 18 F subit désintégration bêta, libérant un positron, qui annihile rapidement avec un électron à proximité, la production de rayons gamma, qui sont détectées par l&#39;instrument. Scans FDG PET peuvent être répétées dans le même individu avec au moins 10 F 18 demi-vies, soit environ 18 heures, entre des recherches, fournissant ainsi un moyen d&#39;étudier les changements dans l&#39;activité cérébrale au fil du temps chez le même individu. Modèles animaux précliniques, tels que les rats, sont souvent utilisés pour évaluer les effets des accidents vasculaires cérébraux et l&#39;efficacité des traitements de l&#39;AVC. Depuis FDG est non invasif, il peut être utilisé pour mesurerles séquelles d&#39;un AVC au cours du temps sans perturber la physiologie de l&#39;animal. Selon le lieu de l&#39;événement de course, les différentes régions du cerveau peuvent être affectées. Cependant, avec de petits animaux tels que le rat, la définition et la quantification de l&#39;activité manuellement dans des régions spécifiques du cerveau de rat peut être difficile. Afin de comparer l&#39;activité métabolique du glucose dans des régions spécifiques du cerveau de rat au fil du temps, les volumes d&#39;intérêt (VOI) à quantifier doivent être constamment délimitées. Un atlas précises du cerveau de rat a été élaboré pour atténuer ce problème neuf, et a été converti en format numérique pour une utilisation dans la quantification des données FDG-PET précliniques. Nous présentons ici une méthode de classification des dommages aux tissus de course dans une façon méthodique cohérente. Procédé détails de la procédure chirurgicale pour déclencher l&#39;ischémie cérébrale chez un modèle animal, la quantification de sous-régions spécifiques du cerveau affectées par accident vasculaire cérébral, et de produire une visualisation en trois dimensions de l&#39;étendue et l&#39;emplacement de la coursedes lésions tissulaires en utilisant des techniques et des outils appropriés. En utilisant la méthodologie décrite dans cette étude, les chercheurs peuvent toujours déclencher une ischémie cérébrale chez les rats, effectuer l&#39;imagerie TEP, et quantifier les changements dans FDG utilisant régions cérébrales définies dans les modèles précliniques de l&#39;AVC au fil du temps.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<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:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Albira PET SPECT CT</td>
			<td style="width:71px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3D molecular imaging equipment</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Sprague Dawley Rats</td>
			<td style="width:71px;">Charles River Laboratories</td>
			<td align="right" style="width:119px;">400</td>
			<td>Animal Subjects</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">18-F-D-Glucose</td>
			<td style="width:71px;">Spectron</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PET compound</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">micro clamp</td>
			<td style="width:71px;">FST</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>artery clamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">occluder #4037</td>
			<td style="width:71px;">Doccol Corp.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>surgical stroke induction</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive imaging and analysis of cerebral ischemia in living rats using positron emission tomography with 18f-fdg

L&#39;AVC est la troisième cause de décès chez les Américains de 65 ans ou plus 1. La qualité de vie des patients qui souffrent d&#39;un AVC ne parvient pas à revenir à la normale dans une grande majorité des patients 2, ce qui est principalement dû au manque actuel de traitement clinique d&#39;un AVC aigu. Cela nécessite de comprendre les effets physiologiques de l&#39;ischémie cérébrale sur les tissus du cerveau au fil du temps et ce est un domaine de recherche important actif. À cette fin, des progrès ont été réalisés expérimentale utilisant des rats comme un modèle préclinique d&#39;accident vasculaire cérébral, en particulier, en utilisant des méthodes non-invasives telles que 18 F-fluorodésoxyglucose (FDG) couplée à la tomographie par émission de positons (TEP) imagerie 3,10,17. Ici, nous présentons une stratégie pour induire une ischémie cérébrale chez des rats par occlusion de l&#39;artère cérébrale moyenne (MCAO) que l&#39;ischémie cérébrale imite focale chez l&#39;homme, et de l&#39;imagerie ses effets sur 24 heures en utilisant le FDG-PET couplée avec X-ray tomodensitométrie (TDM) avec un Albira PInstrument ET-CT. A VOI atlas modèle a été ensuite fusionnés aux données de rat cérébraux pour permettre une analyse impartiale du cerveau et de ses sous-régions 4. En outre, un procédé de visualisation en 3D de l&#39;évolution dans le temps FDG-PET-CT est présentée. En résumé, nous présentons un protocole détaillé pour initier, quantifier et visualiser un épisode d&#39;AVC ischémique induite dans une vie rat Sprague-Dawley en trois dimensions à l&#39;aide de la TEP-FDG.

L&#39;ischémie cérébrale a été initié chez des rats Sprague-Dawley en direct par l&#39;intermédiaire d&#39;occlusion de l&#39;artère cérébrale moyenne, à l&#39;imagerie nucléaire ultérieur effectué pour détecter les effets. Des rats vivants ont été imagées 24 heures avant la course induction, ainsi que 1,5 h et 24 h après l&#39;ischémie, chacun avec des injections indépendants d&#39;environ 500 uCi de 18 F-FDG qui se désintègre pleinement dans 18 heures. L&#39;anneau système Albira trois détecteur utilisé pour ces études a une sensibilité de 9%, faisant 500 uCi une dose raisonnable pour les rats. Données d&#39;imagerie PET et représentatifs pour X-ray tomodensitométrie sont présentés pour un rat à l&#39;avant 24 heures et les points de temps post-reperfusion 24 h à la figure 1, rangées supérieure et inférieure, respectivement. Le transversales (panneaux A et E), sagittale (panneaux B et F) et coronale (panneaux C et G) tranches pour chaque balayage sont présentés avec les données FDG-PET de couleur dans un &amp; #8220; échelle d&#39;intensité rainbow &quot;, et superposé au CT en niveaux de gris. Notez que CT a été utilisé pour anatomique co-enregistrement des données de PET dans le crâne d&#39;animal, et aucun changement de radiodensité dans le tissu cérébral ont été relevées lors de ces expériences. À 24 h il y avait une baisse spectaculaire de l&#39;absorption du glucose dans l&#39;hémisphère ipsilatéral, suggérant des dommages aux tissus répandue en raison de l&#39;accident vasculaire cérébral ischémique induite. Un rendu 3D de la superposition de données est présenté sur la figure 1D et H. Lorsqu&#39;elle tourne sur l&#39;écran, ces données fournissent une visualisation rendus accrue de la baisse induite course en FDG. Afin de quantifier les altérations de l&#39;absorption du glucose cérébral dû à l&#39;ACV d&#39;une manière spatio-temporelle, un cerveau atlas VOI a été appliqué à une pré-course de référence, 1,5 h, et 24 h (post-reperfusion) pour chaque balayage. Ceci a été accompli en utilisant le progiciel PMOD en liaison avec le W. Schiffer modèle de cerveau de rat et atlas. Premièrement, PMOD été utilisé pour transformer chacun des ensembles de données de PET de cerveau de rat à l&#39;espace approprié et la géométrie via la co-registration manuelle à l&#39;aide du mouvement et des outils tourner sous l&#39;onglet Reslicing. Notez que l&#39;outil d&#39;échelle est également disponible pour ajuster la taille globale du cerveau, si nécessaire. Bien que l&#39;utilisation de l&#39;atlas Schiffer est supérieure à dessin manuellement VOI dans l&#39;espace de cerveau, il peut y avoir erreur expérimentale induite par inexacts fusion du cerveau. Ainsi, dans certains cas, il peut être nécessaire une augmentation du nombre d&#39;animaux pour atteindre une signification statistique. Ensuite, l&#39;atlas du cerveau W. Schiffer VOI a été automatiquement appliquées pour mesurer l&#39;accumulation FDG, en unités d&#39;absorption standards, dans les sous-régions définies du cerveau de rat (Figure 2). L&#39;atlas cérébral VOI peuvent également être utilisés de façon itérative avec le modèle de cerveau norme d&#39;optimiser la fusion manuelle des données expérimentales. Comme l&#39;événement de Stoke a été isolé à l&#39;hémisphère droit du cerveau de chaque animal, les dommages to chaque région a été quantifiée par le calcul d&#39;un rapport de l&#39;activité de l&#39;absorption du glucose entre les régions contralatérales (figure 2). L&#39;utilisation de ces rapports fournit une normalisation pratique entre le droit et l&#39;hémisphère gauche, et supprime la variabilité qui peuvent être rencontrées lorsque l&#39;on compare les valeurs d&#39;intensité de signal PET dans différents scans. À 1,5 heures post-AVC, 18 F-FDG absorptions ont pas été affectés dans la zone ischémique. Par conséquent, aucune modification quantitative ont été observées dans l&#39;absorption du glucose entre les hémisphères controlatéral et ipsilatéral (figure 3, bleu et barres vertes). Cela pourrait être dû à l&#39;hyper-absorption du glucose par la région péri-ischémique ou augmentation du métabolisme du glucose à ce point de temps pour compenser la perte de cellulaire ATP 10,11. Cependant, diminution significative de la captation du glucose dans des régions spécifiques de l&#39;hémisphère ipsilatéral a été observée sur plusieurs animaux (n = 5) à 24 h post-reperfusion (figure 3, barres rouges). Other régions du cerveau affichent peu ou pas de dégâts dans l&#39;hémisphère ipsilatéral. Plus précisément, les régions de l&#39;hémisphère ipsilatéral qui a constamment fait preuve absorptions FDG étaient diminuées: amygdale, putamen caudé, l&#39;auditif, entorhinal, lobe insulaire, paracortex et régions somato-sensorielles du cortex. Lésions corticales causés en raison de l&#39;AVC sont associés à la perte des connexions neuronales et cartes fonctionnelles altérées. Anomalies structurelles dans l&#39;amygdale attribuables à l&#39;AVC plomb à la psychopathologie et cognitif dysfonction 12. Il ne est pas surprenant que la région caudé-putamen a été affectée pour FDG que le débit sanguin cérébral dans la partie latérale de cette région est fournie par l&#39;artère cérébrale moyenne occlus 13. La pathologie dans cette région du cerveau de rongeurs conduit à l&#39;apprentissage avec facultés discrimination, traitement cognitif, et les fonctions non-moteur 14. Incapacité à prendre FDG a également été observée dans le cortex entorhinal un ded cortex auditif dans le lobe temporal médial de l&#39;hémisphère ischémique. En 2001, Davis et al. A rapporté que des dommages au cortex entorhinal rats conduit à l&#39;intégration sensorielle avec facultés affaiblies et l&#39;apprentissage spatial persistante deificits 15. Dysfonction auditive est connu pour se produire dans l&#39;AVC chez l&#39;homme, bien que rarement 16. Cependant, l&#39;absorption du FDG par le colliculus inférieur qui est l&#39;une des principales voies auditives n&#39;a pas été affectée par un AVC dans notre modèle. Il a été démontré que les rats de course MCAO-induits augmentent adrénaline, la noradrénaline, et l&#39;activité du nerf sympathique à cause de l&#39;infarctus dans le cortex insulaire, l&#39;une des régions dans notre modèle qui a montré une mauvaise FDG 17. Cela pourrait entraîner des changements dans la fonction autonome affectant le système cardiaque. Mauvaise utilisation FDG a également été observée dans la zone du cortex somatosensoriel frontopariétal. L&#39;infarctus ischémique dans ce domaine a été rapporté de provoquer des anomalies structurelles et la perte de connexions thalamiques18. Limitée FDG a également été observée dans le cortex visuel, qui pourrait conduire à une altération oculaire domination plasticité, comme indiqué dans les nouveau-nés de rats soumis à une ischémie hypoxique 19. Cependant, une diminution de l&#39;absorption de FDG n&#39;a pas été observée dans le colliculus supérieur une zone qui est impliqué dans 20 visuel de guidage de moteur. FDG dans la région de l&#39;hippocampe était également perturbée, une zone qui est important dans la mémoire spatiale et la navigation. On a constamment observé que les sous-régions du cerveau moyen, tels que le colliculus supérieur et inférieur, l&#39;aire tegmentale ventrale (VTA), ainsi que le bulbe olfactif du cerveau antérieur, et le thalamus profonde ont pas été affectées par l&#39;occlusion de l&#39;artère carotide du milieu (figure 3). Pris ensemble, ces résultats démontrent que la TEP au FDG avec CT fournit une stratégie viable de formation d&#39;image, reproductible et non invasive permettant de surveiller l&#39;ischémie cérébrale chez le rat dans un mode longitudinal. <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;always&quot;&gt; <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig1.jpg" /> Figure 1:. PET-CT données des rats avant et après ischémie cérébrale Chaque ligne affiche la transversale respective (A, E), sagittale (B, F), coronale (C, G), et rendu 3D (D, H) PET -CT données d&#39;un rat 24 heures avant (rangée du haut) et 24 heures après la reperfusion (ou 26 h après l&#39;induction de l&#39;ischémie cérébrale; bas). Les flèches blanches indiquent l&#39;emplacement d&#39;une diminution de l&#39;absorption FDG en raison de dommages de course. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig1large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig2.jpg" /> Figure 2: les données PET alignés avec l&#39;atlas du cerveau W. Schiffer rat en utilisant PMOD Les données FDG-PET.un rat 24 heures après la reperfusion (ou post-ischémie cérébrale 26 h; rangée du haut) est fusionné avec les VOI atlas modèle du cerveau pour l&#39;analyse (rangée du bas). Couleurs indiquent la VOI séparée de l&#39;atlas de modèle de cerveau. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig2large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig3.jpg" /> . Figure 3: Représentant de l&#39;analyse quantitative de l&#39;absorption du glucose dans le cerveau de rat par l&#39;article Ratios de droit à l&#39;hémisphère gauche signaux FDG dans les parts Absorption standard de chaque région de la W. Schiffer Rat Brain Atlas rapporté pour les scans prises avant l&#39;événement de l&#39;AVC ischémique (pré; bleu), 1,5 h (vert) et 24 h (rouge) post-reperfusion (ou 26 h post-reperfusion). Les barres d&#39;erreur représentent l&#39;erreur standard pour les événements d&#39;accident vasculaire cérébral n = 5 de rat, à chaque point de temps. ** P ≤ 0,01, * p≤ 0,05 (test t apparié). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig3large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig4.jpg" /> Figure 4:. Illustration de chirurgie MCAO La ligne rouge est l&#39;obturateur qui est inséré dans l&#39;artère carotide externe. L&#39;ovale bleu représente la zone du cerveau.

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Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

Imagerie non invasive et analyse des ischémie cérébrale chez les rats de vie en utilisant la tomographie par émission de positons avec<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

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Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

13.7K vues.  University of Notre Dame. Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

Vidéo: Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Basic Surgical Techniques in the G&ouml;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects the close resemblance of these animals to human anatomy and physiology 1-6.The size of the G&ouml;ttingen minipig permits the use of surgical equipment and advanced imaging modalities similar to those used in humans 6-8. The aim of this instructional video is to increase the awareness on the value of minipigs in biomedical research, by demonstrating how to perform tracheal intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion. 
Endotracheal Intubation should be performed whenever a minipig undergoes general anesthesia, because it maintains a patent airway, permits assisted ventilation and protects the airways from aspirates. Transurethral bladder catheterization can provide useful information about about hydration state as well as renal and cardiovascular function during long surgical procedures. Furthermore, urinary catheterization can prevent contamination of delicate medico-technical equipment and painful bladder extension which may harm the animal and unnecessarily influence the experiment due to increased vagal tone and altered physiological parameters. Arterial and venous catheterization is useful for obtaining repeated blood samples and monitoring various physiological parameters. Catheterization of femoral vessels is preferable to catheterization of the neck vessels for ease of access, when performing experiments involving frame-based stereotaxic neurosurgery and brain imaging. When performing vessel catheterization in survival studies, strict aseptic technique must be employed to avoid infections6. Transcardial perfusion is the most effective fixation method, and yields preeminent results when preparing minipig organs for histology and histochemistry2,9. For more information about anesthesia, surgery and experimental techniques in swine in general we refer to Swindle 2007. Supplementary information about premedication and induction of anesthesia, assisted ventilation, analgesia, pre- and postoperative care of G&ouml;ttingen minipigs are available via the internet at <a href="http://www.minipigs.com">http://www.minipigs.com</a>10. For extensive information about porcine anatomy we refer to Nickel et al. Vol. 1-511.

Basic Surgical Techniques in the G&amp;#246;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The use of domestic and miniature pigs in science has increased significantly in recent years. By demonstrating how to perform intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion, we aim to further increase the value of G&ouml;ttingen minipigs in biomedical research.

Techniques de base chirurgical chez le cobaye Göttingen: intubation, cathétérisme vésical, cathétérisme des vaisseaux fémoraux, et perfusion Transcardial

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects ...

Recherche

Médecine

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 provide information about the burden of disease. However, despite multiple validation studies of CAC3-5, and C-IMT2,6, these modalities do not accurately assess plaque characteristics7,8, and the composition and inflammatory state of the plaque determine its stability and, therefore, the risk of clinical events9-13.
[18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) imaging using positron-emission tomography (PET)/computed tomography (CT) has been extensively studied in oncologic metabolism14,15. Studies using animal models and immunohistochemistry in humans show that FDG-PET/CT is exquisitely sensitive for detecting macrophage activity16, an important source of cellular inflammation in vessel walls. More recently, we17,18 and others have shown that FDG-PET/CT enables highly precise, novel measurements of inflammatory activity of activity of atherosclerotic plaques in large and medium-sized arteries9,16,19,20. FDG-PET/CT studies have many advantages over other imaging modalities: 1) high contrast resolution; 2) quantification of plaque volume and metabolic activity allowing for multi-modal atherosclerotic plaque quantification; 3) dynamic, real-time, in vivo imaging; 4) minimal operator dependence. Finally, vascular inflammation detected by FDG-PET/CT has been shown to predict cardiovascular (CV) events independent of traditional risk factors21,22 and is also highly associated with overall burden of atherosclerosis23. Plaque activity by FDG-PET/CT is modulated by known beneficial CV interventions such as short term (12 week) statin therapy24 as well as longer term therapeutic lifestyle changes (16 months)25.
The current methodology for quantification of FDG uptake in atherosclerotic plaque involves measurement of the standardized uptake value (SUV) of an artery of interest and of the venous blood pool in order to calculate a target to background ratio (TBR), which is calculated by dividing the arterial SUV by the venous blood pool SUV. This method has shown to represent a stable, reproducible phenotype over time, has a high sensitivity for detection of vascular inflammation, and also has high inter-and intra-reader reliability26. Here we present our methodology for patient preparation, image acquisition, and quantification of atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation using SUV, TBR, and a global parameter called the metabolic volumetric product (MVP). These approaches may be applied to assess vascular inflammation in various study samples of interest in a consistent fashion as we have shown in several prior publications.9,20,27,28

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography FDG-PET/CT

There is great need to identify atherosclerosis non-invasively, and here we demonstrate how FDG-PET/CT can be used to detect and quantify atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation.

Quantification de l&#39;activité plaque d&#39;athérome et inflammation vasculaire à l&#39;aide [18 F] fluorodésoxyglucose par émission de positons / tomodensitométrie (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 ...

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases. Episodes of acute cellular allograft rejection (AR) are a negative prognostic factor for long-term allograft survival, and its timely diagnosis is crucial for allograft function 1. At present, AR can only be definitely diagnosed by core-needle biopsy, which, as an invasive method, bares significant risk of graft injury or even loss. Moreover, biopsies are not feasible in patients taking anticoagulant drugs and the limited sampling site of this technique may result in false negative results if the AR is focal or patchy. As a consequence, this gave rise to an ongoing search for new AR detection methods, which often has to be done in animals including the use of various transplantation models.
Since the early 60s rat renal transplantation is a well-established experimental method for the examination and analysis of AR 2. We herein present in addition small animal positron emission tomography (PET) using 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) to assess AR in an allogeneic uninephrectomized rat renal transplantation model and propose graft FDG-PET imaging as a new option for a non-invasive, specific and early diagnosis of AR also for the human situation 3. Further, this method can be applied for follow-up to improve monitoring of transplant rejection 4.

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

We herein present a rat renal transplantation model to non-invasively assess acute allograft rejection using positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose.

L&#39;imagerie non-invasive de rejet aigu après transplantation rénale Rat aide<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal  disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases.  Episodes of acute cellular ...

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 de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

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.

Dépôts de tissus humains adipeux brun segmentés automatiquement par tomographie par émission de positons / informatisée et la résonance magnétique images enregistrées

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

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

Imagerie simultanée PET / IRM cérébrale Pendant souris hypoxie ischémie

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Performing Permanent Distal Middle Cerebral with Common Carotid Artery Occlusion in Aged Rats to Study Cortical Ischemia with Sustained Disability

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, obesity and diabetes. Accordingly, when evaluating therapies for stroke in animals, it is important to select a model with excellent face validity. Ischemic stroke accounts for 80% of all strokes, and the majority of these occur in the territory of the middle cerebral artery (MCA), often inducing infarcts that affect the sensorimotor cortex, causing persistent plegia or paresis on the contralateral side of the body. We demonstrate in this video a method for producing ischemic stroke in elderly rats, which causes sustained sensorimotor disability and substantial cortical infarcts. Specifically, we induce permanent distal middle cerebral artery occlusion (MCAO) in elderly female rats by using diathermy forceps to occlude a short segment of this artery. The carotid artery on the ipsilateral side to the lesion was then permanently occluded and the contralateral carotid artery was transiently occluded for 60 min. We measure the infarct size using structural T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) at 24 hr and 8 weeks after stroke. In this study, the mean infarct volume was 4.5% &#177; 2.0% (standard deviation) of the ipsilateral hemisphere at 24 hr (corrected for brain swelling using Gerriet&#8217;s equation, n = 5). This model is feasible and clinically relevant as it permits the induction of sustained sensorimotor deficits, which is important for the elucidation of pathophysiological mechanisms and novel treatments.

Here we present a protocol to produce permanent distal middle cerebral artery occlusion in elderly female rats with simultaneous occlusion of the carotid arteries to generate large cortical infarcts and sustained deficits. We show confirmation of the lesion size using structural MRI at 24 hr and 8 weeks after stroke.

Exécution distale permanente Moyen cérébrale avec l&#39;artère carotide commune occlusion chez les rats âgés pour étudier corticale ischémie avec une incapacité prolongée

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, ...

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.

Modélisation encéphalopathie de prématurité Utilisation prénatale hypoxie ischémie avec un lipopolysaccharide intra-amniotique chez le rat

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best ...

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). Impaired uptake and metabolism of glucose in multiple organ systems due to insulin resistance is a hallmark of type 2 diabetes. The ability of this technique to extract an image-derived input function from the vena cava using an iterative deconvolution method eliminates the requirement of the collection of arterial blood samples. Fitting of tissue and vena cava time activity curves to a two-tissue, three compartment model permits the estimation of kinetic micro-parameters related to the 18F-FDG uptake from the plasma to the intracellular space, the rate of transport from intracellular space to plasma and the rate of 18F-FDG phosphorylation. This methodology allows for multiple measures of glucose uptake and metabolism kinetics in the context of longitudinal studies and also provides insights into the efficacy of therapeutic interventions.

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

This study describes a protocol that uses 18F-FDG and positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging, together with kinetic modelling, to quantify the in vivo, real-time uptake of 18F-FDG into tissues.

La détermination de métabolisme du glucose Kinetics L&#39;utilisation<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG-PET Micro / CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). ...

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.

Tout le corps et Quantification régionale d’homme actif brun tissu adipeux à l’aide de 18F-FDG TEP/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 ...