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

Remarque: Toutes les études sur les animaux devront être effectués dans les protocoles de l&#39;établissement approuvés et les lignes directrices de soins aux animaux. 1 In Vivo CLI imagerie BAT 18 F-FDG 1.1 Contexte Imaging: <ol><li> Avant injection de 18 F-FDG, placer quatre souris nude dans une chambre d&#39;induction qui a été équilibrée avec de l&#39;isoflurane relié à l&#39;oxygène pendant 5 minutes pour induire une anesthésie. Ensuite, placer les quatre souris anesthésiées dans l&#39;appareil de formation d&#39;image. </li><li> Acquérir l&#39;image d&#39;arrière-plan avec les paramètres suivants: Open filtre, f = 1, bin = 8, FOV = D, et le temps d&#39;exposition = 120 s, température de l&#39;étage = 37 ° C. </li></ol> 1.2 BAT imagerie avec 18 F-FGD: <ol><li> Injecter la souris anesthésiée avec 280 pCi de 18 F-FDG dans du PBS par voie intraveineuse dans la veine de la queue. Après l&#39;injection, les souris revenir à une cage équipée avec de la nourriture et de l&#39;eau. Remarque: Il est nécessaire à injecter par voie intraveineuse 18 F-FDG pour atteindre un contraste décent autour de la zone de BAT. Seulement un très faible contraste peut être vu avec la même quantité de 18 F-FDG si une injection intrapéritonéale est utilisé. </li><li> Acquérir des images CLI à 30, 60 et 120 min après l&#39;injection de 18 F-FDG avec les mêmes paramètres que l&#39;imagerie d&#39;arrière-plan (étape 1.1.2). Pour chaque session d&#39;imagerie, permet 5 min pour la réintroduction de l&#39;anesthésie. </li><li> Pour quantifier le rapport signal sur bruit (S / N), utiliser l&#39;interface du logiciel d&#39;imagerie de tirer deux ROI de taille égale de l&#39;ellipse sur la BAT interscapulaire et une zone adjacente à la MTD (zone de référence) (figure 1b). </li></ol> 1.3 Validation de la Source CLI: <ol><li> Anesthetize quatre souris et injecter la souris avec 280 pCi de 18 F-FDG par voie intraveineuse. </li><li> Sacrifice des souris 60 min après l&#39;injection de 18 F-FDG par injection de pentobarbital sodique (200 mg / kg, IP). Retirez délicatement le skin de la région interscapulaire. Image toutes les souris avec les mêmes paramètres que ci-dessus (1.1.2), dans le même temps (figure 2a). </li><li> Retirez délicatement le tissu adipeux blanc interscapulaire (WAT) et BAT, puis l&#39;image des souris disséquées avec les mêmes paramètres (Figure 2b). </li><li> A partir des images CLI, calculer la contribution de BAT en utilisant deux ROI à l&#39;équation suivante: R (BAT) = (CLI un b -cli) (BAT) / (CLI un b -cli) (BAT-retiré), où le retour sur investissement est une région interscapulaire de la ROI et de b est de la zone de référence (Figure 2b). </li></ol> 2. BAT Imaging Application 2.1 Surveillance activation avec NE <ol><li> Divisez la souris nude en deux groupes (n = 4 chacun). </li><li> Injecter un groupe avec la noradrénaline (NA) (50 pi, 10 mM) par voie intrapéritonéale. Utilisez le second groupe comme un contro non activél. Après 30 min, anesthésier les deux groupes avec de l&#39;isoflurane pendant 5 minutes, et ensuite injecter par voie intraveineuse à chaque souris 18 F-FDG (220 uCi). Remarque: L&#39;injection intrapéritonéale de NE devrait être de 30 min avant le 18 F-FDG injection pour éviter l&#39;agitation de façon spectaculaire les souris. </li><li> L&#39;image de la souris 60 min après l&#39;injection de 18 F-FDG à l&#39;aide des mêmes paramètres que les protocoles ci-dessus. </li></ol> Activation 2.2 de suivi de l&#39;exposition au froid <ol><li> Mesurer la température du corps des souris dans la chambre froide avec un thermomètre rectal. Les températures devraient être d&#39;environ 30 ° C. </li><li> L&#39;image de la souris 60 min après l&#39;injection de 18 F-FDG en utilisant les mêmes paramètres d&#39;imagerie que les protocoles ci-dessus. Utilisation des souris qui sont conservées à température ambiante (25 ° C) que les contrôles et les images avec la même. </li><li> Pour une étude d&#39;exposition au froid, placer les souris dans une chambre froide (4 ° C) pendant 4 heures avant l&#39;injection de 18 F-FDG et retourner le mla glace de la chambre froide après chaque session de formation d&#39;image et après récupération de l&#39;anesthésie. </li><li> les paramètres que ci-dessus. </li></ol> 2.3 Surveillance désactivation des MTD Dans longue anesthésie <ol><li> Pendant longtemps, l&#39;anesthésie (60 - 70 min), injecter par voie intrapéritonéale avec la kétamine / xylazine et de les garder sous anesthésie pour 60 - 70 min à température ambiante. </li><li> Une fois que les souris sont anesthésiées, injecter 18 F-FDG (220 pCi) par voie intraveineuse via la veine caudale. </li><li> L&#39;image de la souris 60 min après l&#39;injection de 18 F-FDG en utilisant les mêmes paramètres que les protocoles ci-dessus. </li></ol> 3. Déconvolution spectrale et multispectrales Cerenkov luminescence études de tomographie <ol><li> Anesthésier une souris pendant 5 minutes, et ensuite injecter 300 pCi 18 F-FDG par voie intraveineuse. L&#39;acquisition d&#39;images multispectrales de 60 min après le 18 F-FDG injection à partir de la face dorsale de l&#39;animal avec les paramètres suivants: f = 1, 16 = bin, acquisitiontemps = 300 secondes par filtre, filtres d&#39;émission = 580, 600, 620, 640, 660 et 680 nm. </li><li> Effectuer déconvolution spectrale avec Vivre logiciels d&#39;imagerie 4.3.1 et sélectionnez deux composants (MTD et les signaux non spécifiques) et unmixing automatique (Figure 4). </li><li> Effectuer la reconstruction 3D selon le procédé rapporté par Kuo et al. 28,43. Intégrer le spectre d&#39;émission Cerenkov dans le modèle de propagation de la lumière diffuse, appliquer la régularisation de Tikhonov dans le NNLS (non négatifs des moindres carrés) l&#39;optimisation des résidus, et générer la tomographie de la surface (qui est utilisé pour l&#39;image 3D recalage) à partir de la formation d&#39;image structure légère (Figure 5 ). Remarque: Pour multispectrale unmixing CLI spectrale et la tomographie, au moins 5 images avec différents filtres sont nécessaires. </li></ol>

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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+reconstruction+of+in+vivo+bioluminescent+sources+based+on+multispectral+imaging.">Three-dimensional reconstruction of in vivo bioluminescent sources based on multispectral imaging.</a> J. Biomed. Optics. 12, 024007 (2007).</li><li>Xu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise+ameliorates+high-fat+diet-induced+metabolic+and+vascular+dysfunction,+and+increases+adipocyte+progenitor+cell+population+in+brown+adipose+tissue.">Exercise ameliorates high-fat diet-induced metabolic and vascular dysfunction, and increases adipocyte progenitor cell population in brown adipose tissue.</a> Amer. J. Physiol. Regulatory, integrative and comparative physiology. 300, 1115-1125 (2011).</li></ol>

Publication de cette vidéo-article est pris en charge par la société Perkin Elmer.

Recherche liée aux MTD a été menée pendant plusieurs décennies. Auparavant, il avait été jugé ne pas avoir de pertinence physiologique significative au cours de l&#39;âge adulte humaine 1. BAT Cependant, la récente imagerie TEP clinique à grande échelle avec 18 F-FDG et d&#39;autres enquêtes ont confirmé est toujours présent dans le haut de la poitrine, le cou et d&#39;autres endroits dans les adultes 2,3. Des études récentes ont fortement suggéré que BAT joue un rôle important dans l&#39;obésité et le diabète 2,6. D&#39;autres recherches indiquent également que BAT joue un rôle important au cours du processus de vieillissement 12 et que son activité pourrait être améliorée par l&#39;exercice 10,44. Dans des études cliniques chez l&#39;humain et la recherche préclinique, l&#39;imagerie TEP avec 18F-FDG est la méthode la plus utilisée pour étudier BAT. Toutefois, pour les études sur les animaux précliniques, le PET est généralement beaucoup plus cher que l&#39;imagerie optique. Dans ce protocole, nous démontrons que CLI avec 18 F-FDG peut être appliquée pour optiquement BAT d&#39;imagerie du petit animal. Comme d&#39;autres techniques d&#39;imagerie optique, la limitation de la pénétration de tissu et une faible sensibilité pour cibles profondes sont les limites intrinsèques de CLI 25,32. Néanmoins, récemment, Spinelli et al. Ont démontré que signal CLI décent pourrait être observé avec la profondeur de tissu de 10 mm avec 32 P 28,43, et Thorek et al. a montré que la pénétration de 16 mm peut être obtenu dans les ganglions lymphatiques de patients atteints après injection de 18 F-FDG 39, 40. Par rapport à l&#39;imagerie par TEP, CLI peut être réalisée avec un système d&#39;imagerie à un coût relativement bas. Récemment, Thorek et al. Ont démontré que beaucoup de haute sensibilité pourrait être réalisé avec CLI comme de faibles quantités de 18 F-FDG accumulés (environ 2Ci) dans les ganglions de patients 39, 40 tests in vitro. Indiqué que le signal CLI de 0,01 Ci 90Y était détectable en solution 25,32,33 </sjusqu&#39;à&gt;. En outre, l&#39;ICA a également le potentiel de haute résolution spatiale et la capacité de criblage à haut débit. En outre, CLI est facile à apprendre et à utiliser. Au cours d&#39;expériences, nous avons trouvé que le contraste de CLI avec BAT 18 F-FDG est fortement liée aux méthodes d&#39;injection. L&#39;injection intraveineuse de 18 F-FDG peut fournir un excellent contraste pour BAT interscapulaire, tandis que l&#39;injection intrapéritonéale avec la même quantité de 18 F-FDG seulement montré un faible contraste dans la zone de BAT. Déconvolution spectrale, une technique très pratique pour séparer les deux ensembles de signaux, a été largement utilisé dans l&#39;imagerie de fluorescence. Il est bien connu que l&#39;absorption de 18 F-FDG n&#39;est pas très spécifique de la cible, et différentes cibles / tissus ont des propriétés lumière d&#39;atténuation. Nous avons trouvé le pic du spectre de BAT CLI est d&#39;environ 640 nm, et ces données reflétaient les contextes réels de BAT. La reconstruction 3D de ce protocole est mis en oeuvre, car elle peut être réalisée avec un système d&#39;imagerie optique disponible dans le commerce basé sur les propriétés de diffusion de lumière de différentes longueurs d&#39;onde. Avec cette approche, nous pouvons éviter l&#39;utilisation d&#39;un système d&#39;imagerie spécialisé qui nécessite afficher plusieurs angles images pour la reconstruction 3D. Pour les deux déconvolution spectrale et la reconstruction 3D, un plus grand minimum de 600 comptages de photons de chaque image dans la MTD est nécessaire. À cette fin, grande binning (bin = 16), petit arrêt f (f = 1) et un temps d&#39;acquisition à long (5 min) sont nécessaires pour chaque image. En résumé, l&#39;exploitation du lieu unique et la forme de BAT et la très élevé absorption de 18 F-FDG dans BAT, nous montrons comment BAT chez les petits animaux peut être optiquement imagée avec 18 F-FDG par la technique CLI. Cette méthode peut être utilisé de manière fiable pour l&#39;imagerie BAT et de suivi de l&#39;activation du BAT. En outre, nous démontrons également que déconvolution spectrale et reco 3Dnstruction sont possible et le volume 3D quantification est possible pour de futures études.

Tissu adipeux brun (BAT) est un tissu spécial pour la thermogenèse chez les mammifères, et l&#39;une de ses principales fonctions est de maintenir l&#39;équilibre énergétique de l&#39;ensemble du corps grâce dissiper de grandes quantités de produits chimiques / énergie alimentaire sous forme de chaleur 1. Caractéristiques les plus uniques de MTD comprennent découplage protein-1 (UCP-1) expression abondante, abondantes petites gouttelettes d&#39;huile, un grand nombre de mitochondries dans une seule cellule, et la vascularisation importante dans le tissu 2-5. Ces caractéristiques uniques associent fortement avec le rôle important du tissu dans le métabolisme et la dépense énergétique. BAT a déjà été considéré comme n&#39;étant plus présent et possédant pas de fonctions physiologiques importantes chez les humains adultes 1, mais des recherches récentes d&#39;imagerie PET / CT ont clairement démontré que les MTD présente encore chez l&#39;homme adulte 2,3,6-9. Une corrélation inverse entre la masse de BAT et de l&#39;indice de masse corporelle (IMC) a été établie à partir de plusieurs études, et reétudes de cent ont indiqué que les exercices physiques peuvent augmenter la masse des MTD. Ces résultats suggèrent fortement que le dysfonctionnement des MTD est étroitement associée aux pathologies de l&#39;obésité et le diabète 2,6,10,11. En outre, la preuve de montage indique que la fonction de BAT est fortement liée à d&#39;autres pathologies telles que les maladies neurodégénératives et le cancer 3,7,12,13. activation de BAT, un processus visant à augmenter la thermogenèse, peut être réalisé dans des conditions diverses telles que l&#39;exposition au froid, l&#39;exercice, et traitement de la toxicomanie et la manipulation génétique 1,14,15. L&#39;exposition au froid et au traitement de la noradrénaline sont les méthodes les plus utilisées pour activer BAT. Froid, qui peut être détecté par divers mécanismes tels que thermorécepteurs de la peau, stimule les nerfs sympathiques et conduit à la libération de la noradrénaline (NA) à BAT. Le NE libéré déclenche UCP-1 pour initialiser la thermogenèse pour maintenir la température normale du corps. En vertu de cette conditisur, l&#39;absorption du glucose augmente également de fournir davantage de sources de carbone pour l&#39;augmentation du métabolisme dans BAT 1,16,17. L&#39;imagerie TEP avec 18F-FDG a confirmé que l&#39;absorption de glucose marqué augmenté à froid dans les études humaines 6. En termes de l&#39;imagerie optique, BAT est une cible idéale. Le interscapulaire BAT a un emplacement unique chez la souris, située à l&#39;écart des grandes organes tels que le foie, le cœur et l&#39;estomac. Par conséquent, les interférences de signaux de ces grands organes est négligeable (figure 1a). Pendant ce temps, l&#39;emplacement superficiel de BAT interscapulaire permet à plusieurs signaux captés par la caméra de détection. En outre, BAT est un organe masse concentrée, qui confine le signal lumineux dans certains domaines. En outre, la forme physique unique triangulaire des MTD, il est facile à distinguer des autres tissus (Figure 1a). Imagerie Cerenkov de luminescence (CLI), une mole nouvellement émergéLa technologie d&#39;imagerie ecular 18-26, exploite la luminescence générée par le + et - décroissance des radionucléides tels que 18 F et 131 I dans le milieu. La particule chargée (comme + et -) polarise les molécules alors qu&#39;il se déplace dans le milieu 18-20, et la luminescence / lumière est émise lorsque les molécules polarisées se détendre de retour à l&#39;équilibre. La luminescence émise est appelée Cerenkov Luminescence (CL). Les propriétés spectrales uniques de CL comprend tout au long de son large spectre de la lumière ultraviolette (UV) du spectre visible et de 18 à 20, et à une corrélation inverse entre l&#39;intensité et le carré de la longueur d&#39;onde (λ 2). Les deux UV et visibles plages de la lumière émise peuvent être utilisés pour différentes applications. La partie UV de Cerenkov luminescence a été appliquée pour la photoactivation in vivo de la luciférine en cage 21, tandis que la lumière émise dans la longueur d&#39;onde peut êtreutilisé pour l&#39;imagerie in vivo optique 18,27-31. Pour les petites études sur les animaux, l&#39;imagerie CLI avec un système d&#39;imagerie optique est plus rapide et plus rentable que le PET. En outre, CLI peut être appliquée pour le criblage à haut débit d&#39;un système de formation d&#39;image équipé d&#39;une capacité de débit élevée. Les avantages et les inconvénients de cette technologie ont été l&#39;objet de plusieurs avis 25,32,33. Tomographie 3D de CLI a été intensément étudié dans plusieurs groupes 28,34-37, et les applications de la CLI pour l&#39;imagerie endoscopique et l&#39;imagerie peropératoire a été démontrée avec succès chez la souris et 30,38. En outre, Spinelli et Thorek et al. Ont démontré que l&#39;imagerie CLI pourrait être appliquée à des sujets humains, donc la technologie a également un potentiel pour des applications cliniques 39, 40. Au cours de redécouverte des MTD dans l&#39;homme, images TEP ont clairement indiqué qu&#39;unequantité importante de 18 F-FDG s&#39;accumule dans MTD dans certaines conditions 2,3,6. En outre, l&#39;imagerie TEP avec des souris sans doute aussi montré que les MTD pourrait être mis en évidence avec 18 F-FDG 41 42. Dans ce rapport, nous montrons comment Cerenkov luminescence émise à partir du 18 F-FDG peut être utilisé pour l&#39;imagerie BAT chez les petits animaux à l&#39;aide d&#39;un système d&#39;imagerie optique. Notre approche fournit une méthode rapide, pas cher et pratique de l&#39;imagerie de BAT pour les petits animaux. Cette technique peut être utilisée comme une méthode alternative pour l&#39;imagerie PET avec 18 F-FDG, en particulier pour les laboratoires sans installations 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.

Dans la figure 1, BAT interscapulaire (figure 1a) a été mis en évidence à tous les points de temps (30, 60, 120 min), et le contraste entre BAT et la zone de référence peut être facilement observé (figure 1b). En particulier, le contour de l&#39;image réfléchie BAT étroitement son aspect physique, qui a un contour triangulaire. Les ratios de signaux entre BAT et la zone de référence étaient de 2,37, 2,49, et 2,53 fois au 30, 60 et 120 minutes après l&#39;injection (figure 1a). De l&#39;expérience de dissection étapes, 85% du signal sur le site interscapulaire était originaire de la BAT (Figure 2). Cependant, il y avait encore un peu de signal résiduel situé près du bord supérieur de la BAT, qui est probablement originaire du tissu résiduel BAT et d&#39;autres tissus adjacents qui incluent des vaisseaux sanguins et des muscles. Il a été rapporté que l&#39;activation du BAT peut être accompli parNoradrénaline (NA) de traitement et de l&#39;exposition au froid 3,6. Tout d&#39;abord, nous avons observé l&#39;activation de BAT NE dans le même groupe de souris avec et sans traitement NE en court (5 min) isoflurane. Les données ont montré significativement plus élevée signal CLI à condition NE-traitée (1,23 fois) que sans traitement NE (figure 3a). Dans les études humaines, l&#39;imagerie TEP a montré que les sujets sous exposition au froid ont beaucoup plus élevé 18 F-FDG dans le BAT que ceux à la température ambiante 6. Dans cette étude, des souris, une augmentation de 39% à 18 F-FDG a été observée dans le BAT des animaux traités avec une exposition au froid (Figure 3b). Chez la souris, l&#39;activité de BAT peut être influencée par différents schémas thérapeutiques anesthésie 3,41. Par exemple, 18 F-FDG dans la MTD peut être considérablement diminué après une heure de l&#39;anesthésie à la kétamine 41. En comparant la uptak 18 F-FDGe dans le même groupe de souris sous courte (5 min avec de l&#39;isoflurane) et longue anesthésie (70 min avec de la kétamine / xylazine) schémas, une diminution de 54% à 18 F-FDG BAT absorption a été observée dans le groupe anesthésiés avec de la kétamine / xylazine ( Figure 3c). Il est bien connu que les protéines (telles que l&#39;hémoglobine dans le sang et le cytochrome c des mitochondries) contenant un hème peut conduire à une absorption de lumière importante, et il est prévu que les vaisseaux sanguins abondants dans BAT 1 vont changer le spectre de CLI, et le spectral forme de la zone de BAT sera différent des autres domaines. En théorie, les techniques de déconvolution spectrale nous permettent de séparer les deux spectres de CLI. De la figure 4a, aucun secteur particulier a été mis en évidence à partir de l&#39;image sans mélange de la composante n ° 1 (UNMIX n ° 1), et le spectre correspondant (ligne bleue sur la figure 4d) ressemblait beaucoup le spectre d&#39;émission de 18 F dans les médias pures, dans lequel la CLI intensificationté est inversement corrélée avec le carré de la longueur d&#39;onde 18,20. Ces données suggèrent que UNMIX ° 1 représenté un signal CLI non spécifique, ce qui est probablement de très faibles profondeurs, par exemple 18 F-FDG accumulation dans la peau. Le pic de la mêlée # 2 spectre (ligne rouge) était d&#39;environ 640 nm, ce qui suggère le signal était de la BAT. Chose intéressante, contrairement à l&#39;atténuation significative de l&#39;intensité de la CLI plus courte que 640 nm, sans diminution importante de l&#39;intensité a été observée une fois qu&#39;il a atteint son maximum (en rouge sur la figure 4), ce qui indique une meilleure pénétration du tissu de la lumière émise à des longueurs d&#39;onde. Multispectral Cerenkov luminescence de positons (msCLT) a été utilisé pour la reconstruction 3D. msCLT a déjà été signalé par Kuo et al. 28,43, et est construit à partir d&#39;un ensemble d&#39;images en 2D planaires acquises avec un certain nombre de filtres passe-bande étroits (&gt; 5 filtres). Les images 3D reconstruites sont coregistEred avec tomographie de la surface qui est générée à partir de la lumière de la structure, et les images qui montrent une partie substantielle du signal d&#39;origine à partir de CLI BAT interscapulaire (figure 5). Remarquablement, l&#39;image coronale (figure 5a) expose clairement les deux lobes de BAT, qui ressemblent de près le contour de triangle de la BAT illustré à la figure 5e. <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1: (a) contour triangulaire de BAT interscapulaire (flèche bleue) dans une souris; (À gauche) BAT est recouvert de tissu adipeux blanc, et (à droite) BAT est exposé. images (b) de la CLI d&#39;une souris à 30 et 60 min après le 18 F-FDG (280 pCi) d&#39;injection intraveineuse. Les images décrivent clairement le contour des MTD. (C) Analyse quantitative de signal CLI de intezone de BAT rscapular et une zone de référence. Réimpression de référence 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" width="500" /> Figure 2: (a) des images représentatives de souris avant (à gauche) et après (à droite) le retrait de BAT. (B) Quantification indique que&gt; 85% CLI originaire de BAT. Réimpression de référence 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" width="500" /> Figure 3:(A) des images représentant CLI de BAT de souris avec (à gauche) et sans (à droite) la stimulation de NE sous anesthésie de courte durée isoflurane. (B) l&#39;analyse quantitative des signaux CLI à partir des deux groupes de (a) (n = 4 pour chaque groupe). (C) des images représentant CLI de BAT de souris avec (à gauche) et sans (à droite) la stimulation froide sous courte anesthésie à l&#39;isoflurane. (D) d&#39;analyse quantitative des signaux CLI à partir des deux groupes mentionnés dans (e) (n = 3-4 par groupe). (e) les images représentant CLI de BAT à 60 min après injection de 18 F-FDG sous anesthésie de courte durée isoflurane (5 min) (à gauche) et la kétamine / xylazine (70 min) (à droite). (F) l&#39;analyse quantitative des signaux CLI à partir des deux groupes mentionnés en (g) (n = 4 pour chaque groupe). Réimpression de référence 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" target="_blank">Plaidoyer</a>SE Cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. <img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" width="500" /> Figure 4:. Déconvolution spectrale pour CLI non spécifique et BAT CLI (a) UNMIX n ° 1 montre que le signal non spécifique CLI du 18 F-FDG est répartie sur l&#39;ensemble du corps (le spectre sans mélange pour cette image est affichée en (d) (ligne bleue )). (B) UNMIX n ° 2 indique que la majorité des CLI sur le site interscapulaire est de BAT (le spectre sans mélange est montré dans (d) (ligne rouge)). Le pic CLI est d&#39;environ 640 nm. (C) de l&#39;image fusionnée de UNMIX # 1 et # 2. (D) Les spectres CLI de UNMIX # 1 et # 2. Réimpression de référence 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> &lt;/ P&gt; <img alt="Figure 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" width="500" /> Figure 5: multispectrale Cerenkov luminescence tomographie (a - d) reconstruction 3D des images.. Interscapular BAT peut être vu dans coronale (a), sagittal (b) et transversal (c) des vues, ainsi que dans l&#39;image 3D (D); (E) la forme de BAT physique est affichée (flèche bleue) qui est en corrélation avec des images reconstruites. Réimpression et adaptation de la référence 42. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</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 Luminescence imagerie de Interscapular le tissu adipeux brun

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 vues.  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.

Vidéo: 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.

Luminescence Cerenkov Imaging (CLI) pour la surveillance de la thérapie du cancer

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

Recherche

Médecine

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 ...

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.

Murin isolé Modèle de Cœur de sidération myocardique liée à l&#39;arrêt cardioplégique

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.

Encapsulation thermogénique préadipocytes pour la transplantation dans dépôts de tissu adipeux

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.

Évaluation de la fonction microvasculaire tissu adipeux humain en utilisant la vidéomicroscopie

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.

Caractérisation des cellules immunitaires dans les tissus adipeux humains à l’aide de cytométrie en flux

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.

Protocole clinique de produire des dérivés du tissu adipeux stroma vasculaire Fraction pour la régénération du Cartilage potentiels

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.

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 ...

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.

Modèle de transplantation inguinal Subcutaneous De tissu adipeux blanc (ISWAT) des îlots de Murine

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.

Transplantation d’îlots pancréatiques couverts de graisse à l’aide de tissu adipeux blanc épididymaire

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