Les auteurs tiennent à remercier le Centre de génomique et de l&#39;imagerie moléculaire à l&#39;UC Davis et le Département d&#39;imagerie biomédicale de Genentech. Ce travail a été soutenu par un certain nombre d&#39;instituts nationaux de subvention de partenariat de recherche Bioengineering Santé R01 EB00993.

Toutes les manipulations et les procédures animaux décrits ici, et selon la recherche sur les animaux: Relevant expériences in vivo (arriver) des lignes directrices, ont été effectuées conformément aux protocoles approuvés par l&#39;Association pour l&#39;évaluation de l&#39;accréditation du laboratoire Animal Care (AAALAC) International accrédité institutionnel de protection des animaux et l&#39;utilisation Comité à l&#39;Université de Californie, Davis. La chirurgie appropriée ne devrait pas entraîner des signes de douleur ou de l&#39;inconfort chez l&#39;animal, mais des mesures appropriées doivent être prises si ces signes sont observés, y compris l&#39;administration d&#39;analgésiques ou, dans certains cas, l&#39;euthanasie. Le côté droit des animaux a été choisie arbitrairement pour la procédure unilatérale décrit. 1. unilatérale de l&#39;artère carotide commune (CCA) ligature <ol><li> Préparer champ stérile avec des outils chirurgicaux et les matériaux stérilisés positionnés convenablement. Assurer coussin chauffant est chauffé à 37 ° C avec sonde de température placée solidement sur le pavé. &amp; #160; Veillez à utiliser un champ stérile pour couvrir le site chirurgical. </li><li> Anesthésier animale (isoflurane, 1-3% dans l&#39;air à 0,5-1 L / min), et de placer l&#39;animal dans une position couchée avec la queue opposée. Vérifiez anesthésie en pinçant l&#39;orteil - ce qui devrait susciter aucune réaction si l&#39;animal est correctement anesthésié. Appliquer une pommade ophtalmique pour les yeux. </li><li> Appliquer la crème d&#39;épilation au bas du cou à la zone supérieure de la poitrine en utilisant 1-2 des cotons-tiges. Attendez 1-3 min, puis enlever les poils et crème à l&#39;aide de gaze ou d&#39;alcool tampons humides. Swab zone d&#39;incision avec de la bétadine de manière circulaire de l&#39;intérieur vers l&#39;extérieur, puis se transformer en gants chirurgicaux stériles. </li><li> Avec des ciseaux chirurgicaux, faire une incision d&#39;environ 1 cm le long de la ligne médiane de la partie inférieure du cou. Soigneusement séparer la peau externe de entourant fascia l&#39;aide de ciseaux chirurgicaux. </li><li> L&#39;utilisation de deux McPherson pince iris micro de suture, séparer le droit artère carotide commune de fascia, en prenant soin d&#39;éviter les veines et les troubles de dommageablesbing le nerf vague. </li><li> Utilisation de la pince sur la droite, extérioriser le droit CCA dans une position stable. Appliquer plusieurs gouttes de solution saline pour éviter le dessèchement. Passer une longueur appropriée (2-3 cm) de soie 6-0 suture sous le droit CCA, et ligaturer en utilisant un noeud double carré. Eventuellement, ligaturer à nouveau en utilisant une seconde longueur de fil de suture en soie 6-0. </li><li> Repositionner droit CCA et nettoyer l&#39;excès de liquide de l&#39;ouverture à l&#39;aide d&#39;une éponge stérile basculé écouvillon. Fermer l&#39;incision avec une suture de soie 6-0. Appliquer la lidocaïne topique à 7 mg / kg. </li><li> Permettre à l&#39;animal de se remettre de l&#39;anesthésie ambulatoire jusqu&#39;à (environ 30 min) et d&#39;effectuer le suivi post-opératoire jusqu&#39;à ce que l&#39;animal est prêt pour l&#39;imagerie. </li></ol> 2. Préparation pour l&#39;imagerie: système et le matériel Vérifie <ol><li> Mettre en place le matériel et les logiciels pour les systèmes d&#39;IRM et PET et de vérifier leur fonctionnalité comme suit. Assurer que toutes les connexions physiques sont sécurisés et les paramètres du logiciel sont choisis de manière appropriée. <ol><li&gt; Assurer que le système PET est à la température de fonctionnement prescrite de 5 ° C en utilisant le système de refroidissement d&#39;air. </li><li> Système de montage PET intérieur de l&#39;alésage IRM, en alignant le domaine TEP et l&#39;IRM de vision (FOV) centres utilisant des décalages axiaux connus. Montez la bobine IRM intérieur de l&#39;alésage du système PET et centrer la bobine avec le système PET et centres d&#39;aimants IRM. </li><li> Tournez sur l&#39;électronique de puissance et de PET tension de polarisation (Remarque: étapes varient selon l&#39;appareil). Effectuez un rapide (5 min) numérisation à l&#39;aide d&#39;un cylindre de 68 Ge et vérifier le sinogramme résultant d&#39;assurer tous les détecteurs sont opérationnels. </li><li> Acquérir éventuellement les données à utiliser pour une matrice de transformation PET / IRM à des fins de co-inscription: Remplir un fantôme en trois dimensions (par exemple, trois sphères remplies) avec 200 uCi de 18 solution aqueuse F et acquérir pour 15 min avec le PET. Acquérir des données IRM anatomique: dans la fenêtre de contrôle de numérisation, sélectionnez le multi-coupes séquence multi-écho (MPME) (voir le tableau 1 </strong&gt;). Répétez l&#39;opération pour les trois grandes orientations: axiale, sagittale et coronale. </li></ol></li><li> Vérifiez les paramètres de pompe à perfusion et le fonctionnement. Régler la pompe à 4,44 pi par minute, ce qui en 45 min de perfusion constante délivre un volume total de 200 pi, la limite recommandée typique pour injection iv en 20 g animal. </li><li> Vérifiez le fonctionnement de chauffage et de confirmer que la sortie de la température est suffisante pour maintenir l&#39;animal au chaud (37 ° C). Vérifiez que la température et la surveillance respiratoire est opérationnel en préparation pour le placement des animaux sur le lit de l&#39;animal. </li><li> Vérifier le fonctionnement des O 2 et N 2 débitmètres (0,5 L / min: O 2 à 57,2 mg / min et N 2 à 0,575 g / min) en alimentant à la fois avec la source d&#39;air comprimé hors et O 2 et N 2 sources de suite. Pour éviter le risque d&#39;endommager les débitmètres, ne les mettez pas sans pression d&#39;entrée suffisante. </li><li> Veiller à ce que l&#39;isoflurane vaporizer est suffisamment rempli. Avant imagerie, commencer flux d&#39;isoflurane à 1-2% et de 0,5 à 1 L / min. </li><li> Préparer lit animal en veillant à ce que l&#39;anesthésie, pad respiratoires, et les systèmes de chauffage sont positionnés en toute sécurité et fonctionnel. Pour une précision de co-enregistrement supplémentaire PET / IRM, marqueurs de référence (par exemple, des tubes capillaires remplis de radiotraceurs à une concentration similaire à celle injectée pour l&#39;imagerie) peuvent être fixés sur le lit de l&#39;animal dans le champ de vision. </li></ol> 3. Imaging flux de travail Après toutes les vérifications de l&#39;équipement nécessaires sont terminés, passez à l&#39;imagerie comme suit: <ol><li> Anesthésier l&#39;animal avec de l&#39;isoflurane et insérer un cathéter dans la veine caudale (28 aiguille G, PE-10 tubes moins de 5 cm) rempli de solution saline héparinée (0,5 ml d&#39;héparine, 1000 USP / ml, dans 10 ml de solution saline). Le réchauffement de l&#39;animal et / ou de la queue peut améliorer la précision cathéter d&#39;insertion. Eventuellement placer une goutte de colle à base de cyanoacrylate sur le site d&#39;insertionpour sécuriser la ligne IV. </li><li> Transfert de l&#39;animal à la chambre d&#39;aliments préparés. Assurez-vous que la tête de l&#39;animal est sécurisé, avec les incisives supérieures fixées par la barre et de l&#39;oreille barres de dents en place si utilisé. </li><li> Appliquer une pommade ophtalmique pour les yeux pour éviter le dessèchement. Insérez thermomètre à sonde rectale. Veiller à ce que la température et les lectures de respiration sont fonctionnels. </li><li> Tracer la dose de traceur radioactif (environ 600 uCi dans 200 ul) à injecter dans héparinisé tubulure PE-10 de longueur appropriée - environ 3 m de tube PE-10 et un volume de 200 ul. Branchez une extrémité de ce tube à la seringue de la pompe à perfusion, et l&#39;autre à la ligne de cathéter veine de la queue, en prenant soin de ne pas créer des perforations dans le tube. </li><li> Faire glisser le lit des animaux vers l&#39;avant dans l&#39;alésage de l&#39;aimant, en veillant à ne pas perturber le positionnement de la bobine d&#39;IRM et des lignes ou des câbles, en particulier le tube d&#39;anesthésie. Assurez-vous que le centre du cerveau est aligné avec les centres des MBobine RI, système de PET, et l&#39;aimant IRM. </li><li> Effectuez l&#39;accord et l&#39;appariement de la bobine IRM en tournant les boutons d&#39;ajustement sur ​​la bobine, minimisant impédance (vérifier les spécifications de la bobine) et la fréquence (300 MHz pendant 1 h à 7 Tesla) inadéquations en observant l&#39;affichage de la puissance préamplificateur haute. </li><li> (IRM) Après avoir accordé et l&#39;appariement, acquérir une image de boy-scout: sélectionner une séquence de TriPilot RARE et exécuter la séquence de la fenêtre de contrôle de numérisation. Vérifiez le positionnement de l&#39;animal, en répétant les étapes 3.5 et 3.6 que nécessaire. Réinitialiser cales à la valeur zéro. </li><li> (IRM) Acquérir, une analyse localisée du point résolue spectroscopique (PRESS) dans un volume dans le cerveau: Exécuter une séquence de presse (voir tableau 1) dans un volume rectangulaire avec des dimensions de 3,9 mm × 6 mm x 9 mm. Vérifiez la largeur de la ligne d&#39;eau en utilisant la macro commande CalcLineWidth. Si la largeur à mi-hauteur (LMH) valeur est acceptable (par exemple, 0,2 ppm), passez à l&#39;étape 3.10. Sinon, passez à l&#39;étape 3.9. </li><li> (IRM) Acquérir une carte de terrain: Exécuter une séquence de FieldMap (voir le tableau 1). Utilisez les données résultant d&#39;un multi-angle de projection cale (MAPSHIM) en exécutant la macro commande MAPSHIM et en sélectionnant linéaire et second ordre (z 2) des ajustements locaux. Répétez l&#39;étape 3.8. </li><li> (IRM) Placez le plan de tranche pour l&#39;analyse de CFA (voir le tableau 1): en utilisant l&#39;éditeur de géométrie, veiller à ce que l&#39;acquisition FOV est positionné pour acquérir le volume souhaité d&#39;intérêt dans le cerveau. Si le plan de tranche obtenue est aligné comme vous le souhaitez, copier ce plan de tranche dans la fenêtre de contrôle de numérisation pour toutes les analyses en matière de CFA. Commencez acquisition. </li><li> (PET) Avec l&#39;acquisition PET préparé et prêt à commencer, démarrer la pompe de perfusion. Après le délai pré-déterminé dans lequel la solution saline du cathéter a été injecté, commencer l&#39;acquisition PET (voir le tableau 1) afin de capturer l&#39;entrée de radiotraceurs. Surveiller le taux de comptage et de chercher augmentation progressiveen chiffres indicatifs d&#39;une injection réussie. </li><li> Après 10-15 minutes, amorcer la concurrente de provocation hypoxique à l&#39;étape 3.12. Pour lancer provocation hypoxique, éteignez flux d&#39;air médical et immédiatement l&#39;alimentation sur O 2 et N 2 débitmètres avec les paramètres prédéterminés pour fournir 8% d&#39;oxygène et 92% d&#39;azote, et de réduire l&#39;isoflurane à 0,8%. Ne mettez pas débitmètres sans pression d&#39;entrée. </li><li> (IRM) Dans le même temps que l&#39;étape 3.12, commencer acquisition DWI préparé à l&#39;étape 3.10 (scan &quot;H1&quot;). </li><li> (IRM) Begin acquisition DWI (scan &quot;H2&quot;), préparé dans l&#39;étape 3.10, immédiatement après la numérisation H1 est terminée. Fin provocation hypoxique par la mise hors tension débitmètres, rétablir le flux d&#39;air médical, et le retour concentration isoflurane à une valeur appropriée en fonction de surveillance physiologique. </li><li> (IRM) acquérir un DWI post-scan hypoxie préparé à l&#39;étape 3.10. Éteignez la pompe à perfusion après cette analyse terminée. </li><li> (IRM) acquérir anatomical images dans le plan sagittal et axial. Dans la fenêtre de contrôle de numérisation - sélectionnez la séquence des MPME (voir le tableau 1). Utilisation de l&#39;éditeur Geometry, veiller à ce que l&#39;acquisition FOV recouvre le cerveau. </li><li> Retirer animal, revenir à la cage quand ambulatoires et surveiller les signes de la morbidité, l&#39;euthanasie, si nécessaire avec l&#39;administration de CO 2 suivie par dislocation cervicale comme méthode secondaire. </li></ol>

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JM et SW sont des employés de Genentech.

IRM anatomique simultanée, et dynamique DWI-IRM et [18 F] FDG PET données ont été acquises avec succès sur des animaux expérimentaux lors de provocation hypoxique suivante carotide commune ligature de l&#39;artère. Cela représente un paradigme expérimental puissant pour l&#39;imagerie multimodale de la physiopathologie de l&#39;évolution rapide associée à ischémiques dans le cerveau et pourrait facilement être étendu à étudier d&#39;autres radiotraceurs en PET (par exemple des marqueurs de la...

Dans le monde entier, l&#39;AVC est la deuxième principale cause de décès et une cause majeure d&#39;invalidité 1. La cascade d&#39;événements biochimiques et physiologiques qui se produisent pendant et aiguë après un événement AVC survient rapidement et avec des implications pour la viabilité des tissus et, finalement, résultat 2. Cerebral hypoxie ischémie (HI), ce qui conduit à encéphalopathie hypoxique-ischémique (HIE), est estimé à affecter jusqu&#39;à 0,3% et 4% de la pleine terme et prématurés naissances, respectivement 3,4. Le taux de mortalité chez les nourrissons atteints HIE est d&#39;environ 15% à 20%. Dans 25% des victimes de HIE, les complications permanentes surviennent à la suite de la blessure, y compris un retard mental, des déficits moteurs, la paralysie cérébrale, l&#39;épilepsie et 3,4. Interventions thérapeutiques antérieures ont pas prouvé digne d&#39;adoption en tant que norme de soins, et le consensus doit encore être atteint que les méthodes les plus avancées, basées sur l&#39;hypothermie, réduisent efficacement la morbidité 3,5. Autres questions of affirmation inclure la méthode d&#39;administration de l&#39;hypothermie et le patient sélection 6. Ainsi, les stratégies pour la neuroprotection et neurorestoration sont encore une zone fertile pour la recherche 7. Des modèles de rats de HI cérébrale sont disponibles depuis les années 1960, et par la suite ont été adaptés à des souris 8,9. En raison de la nature du modèle et l&#39;emplacement de la ligature, il existe une variabilité inhérente à la solution due à la différence dans la circulation collatérale entre les animaux 10. En conséquence, ces modèles ont tendance à être plus variables par rapport aux modèles similaires tels que l&#39;occlusion de l&#39;artère cérébrale moyenne (MCAo). Mesure en temps réel des changements physiologiques a été démontrée avec Doppler débitmétrie laser ainsi que la diffusion IRM pondérée 11. La variabilité intra-artérielle observée dans les animaux d&#39;écoulement cérébral pendant et immédiatement après une hypoxie, ainsi que des résultats aiguës telles que l&#39;infarctus et le volume neurologiquedéficit, suggèrent que l&#39;acquisition simultanée et la corrélation des données multimodales seraient bénéfiques. Les progrès récents en simultanée la tomographie par émission de positons (TEP) et l&#39;imagerie par résonance magnétique (IRM) ont permis à de nouvelles possibilités en matière d&#39;imagerie préclinique 12-14. Les avantages potentiels de ces hybrides, des systèmes combinés pour des applications précliniques ont été décrits dans la littérature 15,16. Alors que de nombreuses questions précliniques peuvent être traitées par l&#39;imagerie d&#39;un séquentiellement animal individuel ou par imagerie groupes d&#39;animaux séparés, certaines situations - par exemple, lorsque chaque instance d&#39;un événement tel que la course se manifeste de manière unique, avec physiopathologie évolue rapidement - rendre souhaitable et même nécessaire à utiliser la mesure simultanée. La neuro-imagerie fonctionnelle fournit un tel exemple, où simultané 2-désoxy-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucose ([18 F] FDG) PET et blood-niveau de l&#39;oxygène dépend (BOLD) IRM a été récemment démontré dans la stimulation des moustaches du rat 14 études. Ici, nous démontrons simultanée imagerie PET / IRM lors de l&#39;apparition d&#39;un accident vasculaire cérébral hypoxique-ischémique dans lequel la physiologie du cerveau ne sont pas à l&#39;état stable, mais est en train de changer rapidement et irréversiblement lors de provocation hypoxique. Les changements dans la diffusion de l&#39;eau,, mesurée par IRM et quantifiée par le coefficient apparent de diffusion (ADC) dérivée de l&#39;imagerie pondérée en diffusion (DWI), a été bien caractérisé d&#39;accident vasculaire cérébral dans les données cliniques et précliniques 17,18. Dans les modèles animaux tels que MCAo, diffusion de l&#39;eau dans les tissus du cerveau touchée diminue rapidement en raison de la cascade conduisant à bioénergétique œdème cytotoxique 18. Ces changements aigus de l&#39;ADC sont également observées dans des modèles rongeurs d&#39;hypoxie ischémie cérébrale 11,19. [18 F] FDG imagerie a été utilisé chez les patients victimes d&#39;AVC à évaluer les changements dans gl localeucose 20 métabolisme, et un petit nombre d&#39;études in vivo sur des animaux ont également utilisé [18 F] FDG 21, y compris dans le modèle d&#39;ischémie cérébrale, l&#39;hypoxie 22. En général, ces études montrent une diminution utilisation du glucose dans les régions ischémiques, bien qu&#39;une étude utilisant un modèle de reperfusion n&#39;a pas trouvé de corrélation de ces changements métaboliques du myocarde avec le développement de 23 plus tard. Ceci est en contraste avec les changements de diffusion qui ont été associés avec le noyau endommagé de manière irréversible 21. Ainsi, il est important d&#39;être en mesure d&#39;obtenir de l&#39;information complémentaire dérivé de [18 F] FDG PET et DWI de manière simultanée lors de l&#39;évolution de la course, car cela est susceptible de donner des informations pertinentes sur l&#39;évolution de la blessure et l&#39;impact de la interventions thérapeutiques. La méthode que nous décrivons ici est prête facilement à utiliser avec une variété de traceurs TEP et IRM séquences. Par exemple, [15 O] H 2 O PETimagerie avec CFA et images de perfusion pondérée (PWI) à partir de l&#39;IRM peut être utilisée pour explorer davantage le développement de la pénombre ischémique et valider les techniques actuelles dans le domaine de l&#39;imagerie de l&#39;AVC.

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

simultaneous pet/mri imaging during mouse cerebral hypoxia-ischemia

Changements dynamiques de diffusion de l&#39;eau des tissus et le métabolisme du glucose se produisent pendant et après l&#39;hypoxie cérébrale en hypoxie ischémie représentatif d&#39;une perturbation de la bioénergétique dans les cellules affectées. Pondérée imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRM) identifie les régions qui sont endommagés, potentiellement irréversible, par l&#39;hypoxie-ischémie. Les modifications de l&#39;utilisation du glucose dans le tissu affecté peut être détectables par tomographie par émission de positons (TEP) de 2-désoxy-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucose ([18 F] FDG) absorption. En raison de la nature rapide et variable de blessure dans ce modèle animal, l&#39;acquisition de ces deux modes de données doit être réalisée simultanément afin de corréler les données de façon significative TEP et l&#39;IRM. En outre, la variabilité inter-animal dans la blessure hypoxique-ischémique en raison de différences vasculaires limite la capacité d&#39;analyser les données multi-modales et observer les changements à une approche de groupe-sage, si les données ne sont pas acquis simultanément dans les différentes matières. Le procédé pappréciaient ici permet d&#39;acquérir à la fois pondérée en diffusion et IRM [18 F] données sur l&#39;absorption de FDG dans le même animal avant, pendant, et après la provocation hypoxique pour interroger changements physiologiques immédiats.

La figure 1 montre le résultat d&#39;une ligature correcte de la artère carotide commune, avant la fermeture de la plaie avec 6-0 suture de soie. Dans cette méthode, les données obtenues à partir de l&#39;imagerie est fortement tributaire de la disposition temporelle de l&#39;expérience, qui à son tour dicte et est également dictée par les limites expérimentales y compris les systèmes d&#39;acquisition d&#39;images et de configuration de l&#39;équipement. Ceux-ci...

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Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

La méthode présentée ici utilise simultanément la tomographie par émission de positrons et l&#39;imagerie par résonance magnétique. Dans le modèle hypoxie-ischémie cérébrale, des changements dynamiques dans le métabolisme du glucose et de diffusion se produisent pendant et après une blessure. Les dommages évolutive et reproductible dans ce modèle nécessite l&#39;acquisition simultanée si les données d&#39;imagerie multi-modaux significatifs doivent être acquis.

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 ...

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

Research

JoVE Journal

Medicine

12.2K vues.  University of California, Davis.  La méthode présentée ici utilise simultanément la tomographie par émission de positrons et l'imagerie par résonance magnétique. Dans le modèle hypoxie-ischémie cérébrale, des changements dynamiques dans le métabolisme du glucose et de diffusion se produisent pendant et après une blessure. Les dommages évolutive et reproductible dans ce modèle nécessite l'acquisition simultanée si les données d'imagerie multi-modaux significatifs doivent êtr...

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

Mouse Model of Middle Cerebral Artery Occlusion

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

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

Modèle murin d&#39;occlusion artère cérébrale moyenne

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

Recherche

Médecine

The Application Of Permanent Middle Cerebral Artery Ligation in the Mouse

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

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

L&#39;application de la ligature permanente artère cérébrale moyenne chez la souris

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

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Non-invasive 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 ...

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

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

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

L&#39;utilisation d&#39;une fenêtre crânien à la Visualisez l&#39;artère cérébrale moyenne pendant l&#39;endothéline-1 induite par l&#39;occlusion Artère cérébrale moyenne

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

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

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

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

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

En Vivo Dynamique de la rétine microglial activation cours neurodégénérescence: confocale ophtalmoscopique Imaging and Cell Morphometry dans Souris glaucome

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

A Thrombotic Stroke Model Based On Transient Cerebral Hypoxia-ischemia

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

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

Un modèle de course thrombotique Basé sur cérébrale transitoire hypoxie-ischémie

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

Modeling Encephalopathy of Prematurity Using Prenatal Hypoxia-ischemia with Intra-amniotic Lipopolysaccharide in Rats

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best advance translational objectives and uncover new therapeutic strategies for brain injury associated with preterm birth, preclinical models of EoP must include similar mechanisms of prenatal global injury observed in humans and involve multiple components of the maternal-placental-fetal system. Ideally, models should produce a similar spectrum of functional deficits in the mature animal and recapitulate multiple aspects of the pathophysiology. To mimic human systemic placental perfusion defects, placental underperfusion and/or chorioamnionitis associated with pathogen-induced inflammation in early preterm birth, we developed a model of prenatal transient systemic hypoxia-ischemia (TSHI) combined with intra-amniotic lipopolysaccharide (LPS). In pregnant Sprague Dawley rats, TSHI via uterine artery occlusion on embryonic day 18 (E18) induces a graded placental underperfusion defect associated with increasing CNS damage in the fetus. When combined with intra-amniotic LPS injections, placental inflammation is increased and CNS damage is compounded with associated white matter, gait and imaging abnormalities. Prenatal TSHI and TSHI+LPS prenatal insults meet several of the criteria of an EoP model including recapitulating the intrauterine insult, causing loss of neurons, oligodendrocytes and axons, loss of subplate, and functional deficits in adult animals that mimic those observed in children born extremely preterm. Moreover, this model allows for the dissection of inflammation induced by divergent injury types.

Encephalopathy of prematurity encompasses the central nervous system abnormalities associated with injury from preterm birth. This report describes a clinically relevant rat model of in utero transient systemic hypoxia-ischemia and intra-amniotic lipopolysaccharide administration (LPS) that mimics chorioamnionitis, and the related impact of infectious stimuli and placental underperfusion on CNS development.

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 ...

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

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

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

Combiné proche infrarouge imagerie fluorescente et la tomographie par Micro-calculé pour Directement Visualizing cérébrale thromboembolies

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

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

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

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

Induction et Micro-CT Imaging of Cerebral Cavernous Malformations dans le modèle murin

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

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

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

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

Occlusion de l’artère cérébrale moyenne permettant une Reperfusion par l’intermédiaire de réparation de l’artère carotide commune chez les souris

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