Name: cerenkov luminescence imaging of interscapular brown adipose tissue
Uploaded: 2014-10-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 28 s
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The authors thank Perkin Elmer Company for supporting this publication. We also thank Alana Ross, B.S. for proofreading this manuscript.

注：すべての動物実験は、承認された制度上のプロトコルおよび動物保護ガイドラインの下で行われるべきである。 18 F-FDGによるインビボのCLIイメージングBAT 1. 1.1背景イメージング： <ol><li> 18 F-FDG注射の前に、麻酔を誘導するために5分間の酸素とのバランスのとれたイソフルランで接続された誘導チャンバ内で4ヌードマウスを置きます。そして、撮像装置に4麻酔したマウスを置きます。 </li><li>オープンフィルタはf = 1、ビン= 8、FOV = D、及び露光時間= 120秒、ステージ温度= 37°C以​​下のパラメータを使用して背景画像を取得する。 </li></ol> 1.2 18 F-FGDとBATイメージング： <ol><li>尾静脈にPBS中の18 F-FDGの280μCiので麻酔したマウスを注入。注射後、食料や水を装備したケージにマウスを返す。 注：necesです静脈内にBAT領域の周囲にまともなコントラストを達成するために18 F-FDGを注入するSARY。腹腔内注射が使用される場合にのみ非常に弱いコントラストは、18 F-FDG同量のことが分かる。 </li><li> 30、60で、CLIの画像を取得し、背景画像（ステップ1.1.2）と同じパラメータを持つ18 F-FDG注射後120分。各撮像セッションの場合、麻酔再寛解導入のための5分を可能にします。 </li><li>ノイズ比（S / N）の信号を定量化するために、肩甲骨間BATおよびBAT（基準領域）に隣接する領域（ 図1b）にわたって2つの等しい大きさの楕円のROIを描画するイメージングソフトウェアインターフェイスを使用。 </li></ol> CLI出典1.3検証： <ol><li> 4匹のマウスを麻酔し、静脈内に18 F-FDGの280μCiのをマウスに注射する。 </li><li>ペントバルビタールナトリウムの注射（200 mgの/ kg、腹腔内）で18 F-FDGの注射後のマウス、60分を生け贄に捧げる。慎重にスキーを削除肩甲骨間の領域からnまで。イメージ同じパラメータを用いたマウスのすべて（1.1.2）上記と同時に（ 図2a）。 </li><li>慎重に肩甲骨間の白色脂肪組織（WAT）とBATし、イメージ同じパラメータ（ 図2b）で解剖したマウスを削除します。 </li><li> R（BAT）=（CLI -cli b）は（BAT）/（CLI -cli b）は（BAT-除去）し 、ROI：CLI画像から、以下の式で2つのROIを使用して、BATからの寄与を計算する肩甲骨間の領域のためであり、ROI bは基準領域（ 図2b）である。 </li></ol> 2 BAT用アプリケーション 2.1 NEとアクティベーションのモニタリング<ol><li> 2群（n = 4ずつ）に、ヌードマウスに分割します。 </li><li>腹腔内にノルエピネフリン（NE）（50μL、10mMの）との一つのグループを注入。活性化されていないコンとして第2のグループを使用してくださいlである。 30分後、5分間イソフルランで両群を麻酔し、その後静脈18 F-FDG（220μCiの）を各マウスに注射する。 注：18 F-FDG注射が劇的にマウスを撹拌避けるために前にNEの腹腔内注射を30分にする必要があります。 </li><li>上記のプロトコルと同じパラメータを使用して、18 F-FDG注射後の画像マウス60分。 </li></ol>寒冷暴露下でライセンス認証を監視する2.2 <ol><li>直腸温度計と低温室でマウスの体温を測定します。温度は約30℃であるべきである。 </li><li>イメージ上記のプロトコルと同じ撮像パラメータを用いて、18 F-FDG注射後のマウス60分。コントロールとして、室温（25℃）に保たれているマウス、および同じの画像に使用してください。 </li><li>寒冷暴露試験では、18 F-FDG注射の前に4時間低温室（4℃）にマウスを置き、そしてmを返す各撮像セッションの後に麻酔から回復した後、低温室に氷。 </li><li>上記のようにパラメータを設定します。 </li></ol> BATの下でロング麻酔の2.3モニタリング無効化<ol><li>長い麻酔のために（60から70分）、ケタミン/キシラジンで腹腔内にマウスを注入し、60のために麻酔下でそれらを保つ - 室温で70分。 </li><li>マウスを麻酔したら、尾静脈を経由して18 F-FDG（220μCiの）を注入する。 </li><li>上記のプロトコルと同じパラメータを使用して、18 F-FDG注射後の画像マウス60分。 </li></ol> 3スペクトルアンミキシングやマルチスペクトルチェレンコフ発光トモグラフィー研究<ol><li> 5分間のマウスを麻酔した後、静脈内に300μCiの18 F-FDGを注入。 F = 1、ビン= 16、取得：次のパラメータで、動物の背側からの18 F-FDG注射後のマルチスペクトル画像の60分を取得フィルタ、発光フィルター= 580、600、620、640、660および680nmのあたりの時間= 300秒。 </li><li>リビングイメージング4.3.1ソフトウェアを使用して、スペクトルアンミキシングを行い、二つの成分（BATおよび非特異的シグナル）と自動アンミキシング（ 図4）を選択します。 </li><li>クオら 28,43によって報告された方法に従って、3D再構成を実施する。構造光画像から（3D画像coregistrationに使用される）、拡散光伝播モデルにチェレンコフ放射スペクトルを組み込むNNLSで残差の最適化（非負最小二乗）チホノフ正則化を適用し、表面トモグラフィーを生成する（ 図5 ）。 注：マルチスペクトルCLIスペクトルアンミキシングや断層撮影のために、異なるフィルタを有する少なくとも5画像が必要とされている。 </li></ol>

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BATに関連した研究が数十年にわたって行われてきた。これまでは、ヒト成人1の間に有意な生理的関連性がないと考えられていた。しかし、18 F-FDGを用いた最近の大規模臨床PETイメージングおよび他の調査は確認しているBATはまだ上胸部、首、成人2,3の他の場所に存在する。最近の研究は、強くBATは、肥満症および糖尿病2,6に重要な役割を果たしていることを示唆している。他の研究はまた、BAT 12時効処理中に、その活性は、運動10,44によって増強できることが重要な役割を果たしていることを示している。 どちらの臨床ヒトの研究および前臨床研究に、18 F-FDGのPETイメージングは、BATを研究するための最も使用される方法です。しかしながら、前臨床動物試験のために、PETは一般にはるかに高価な光学イメージングよりも長い。このプロトコルでは、ことを示しているCL18 F-FDGとIは、小動物における光学的画像化BATに適用することができる。他の光学イメージング技術、組織貫通の制限と深部標的に対して低感度のようなCLI 25,32の固有の制限がある。それにもかかわらず、最近スピネッリらまともなCLI信号は32、P 28,43と10ミリメートル組織の深さで観察することができることが実証され、トレックら 。 16ミリメートルの浸透は、18 F-FDG注射39、40後の患者のリンパ節で達成できることを示した。 PETイメージングに比べて、CLIは、比較的低コストの撮像システムを用いて行うことができる。最近、トレックらは 40、著しく高い感度が患者39のノードに（2CI程度）蓄積された18 F-FDGのCLIのような低量で達成できることを実証した。 インビトロ試験を0.01のC 90YからCLI信号であることが示されたソリューション25,32,33で検出可能な</s&gt;アップ。また、CLIは、高空間分解能かつ高スループットスクリーニングのための能力の可能性を有している。さらに、CLIは学び、使いやすいです。 実験の過程では、18 F-FDGとBATのCLIのコントラストを強く注入法に関連して発見した。 18 F-FDG同量の腹腔内注射のみBAT領域内の弱いコントラストを示した18 F-FDGの静脈内注射は、肩甲骨間BATのための優れたコントラストを提供することができる。 スペクトルアンミキシング、信号の2つのセットを分離する非常に実用的な技術は、広く蛍光イメージングで使用されている。これは、ウェル18 F-FDGの取込みは非常に特異的ターゲティングされず、異なるターゲット/組織は、異なる光減衰特性を有することが知られている。私たちは、BATのCLIスペクトルのピークは約640 nmで発見され、このデータは、BATの実際のコンテキストを反映している。このPRの3D再構成それは、異なる波長の光拡散特性に基づいて、市販の光学イメージングシステムを用いて行うことができるのでotocolは、非常に動作可能である。このアプローチでは、3D再構成のためのマルチアングルビュー画像を必要とする特殊なイメージングシステムの使用を回避することができる。 スペクトルアンミキシングおよび3D再構成の両方について、BATの各画像から600光子カウントより最低でも必要になります。この目的のために、大きなビン（ビン= 16）、小fは停止状態（f = 1）と長い捕捉時間（5分間）は、各画像のために必要とされる。 要約すると、ユニークなロケーションや形状、BATのとBAT 18 F-FDGの非常に高い取り込みを活かし、私たちは小さな動物では、BATは、光学的にCLI技術により18 F-FDGを用いて画像化する方法を示しています。この方法では、確実に画像化BATおよびBAT活性化をモニタリングするために使用することができる。さらに、当社はまた、スペクトルアンミキシングおよび3D RECOを実証nstructionは実用的であると3D体積の定量化は、将来の研究のために可能である。

褐色脂肪組織（BAT）は、哺乳動物における熱発生のための特別な組織であり、その主要な機能の一つは、熱を1として化学的/食品大量のエネルギーを放散を通して全身のエネルギーバランスを維持することである。 BATの最もユニークな特徴は、豊富な脱共役タンパク質-1（UCP-1）の発現、豊富な小さな油滴、単一細胞内のミトコンドリアの数が多いと組織2-5の重要な血管新生が含まれる。これらのユニークな特徴は、強く、代謝およびエネルギー消費の組織の重要な役割に関連付ける。 BATが以前にもはや存在しないと考えられ、成人1に有意な生理機能を有するなかった、しかし、最近のPET / CT撮像の調査は明らかにBATがまだ人間の成人の2,3,6-9を提示することを明らかにした。 BAT質量及び体格指数（BMI）との間の逆相関は、いくつかの研究は、再から確立されたセントの研究は、物理的なエクササイズは、BATの量を増加させることを示した。これらの結果は、BATの機能不全は、しっかりと、肥満や糖尿病2,6,10,11の病態と関連していることを示唆している。また、証拠を実装することはBATの機能は、神経変性疾患および癌3,7,12,13などのさまざまな他の病状に強く関連していることを示している。 BAT活性化、熱発生を増加させるためのプロセスは、寒冷暴露、運動、薬物治療および遺伝子操作1,14,15などのさまざまな条件下で達成することができる。寒冷暴露やノルエピネフリン治療は、BATを活性化するための最も使用される方法である。そのような皮膚の温度受容としてさまざまなメカニズムによって感知することができる、コールド、交感神経を刺激し、BATにノルエピネフリン（NE）の放出を導く。放出されたNEは、UCP-1は、正常な体温を維持するために、熱発生を初期化するトリガする。このconditiの下で上に、グルコースの取り込みはまた、BAT 1,16,17増加代謝のための炭素源を提供するために増加する。 18 F-FDGのPETイメージングは標識グルコースの取り込みはヒト試験6における低温条件下増加していることを確認しています。 光学イメージングの観点から、BATは、理想的な標的である。肩甲骨間BATは、肝臓、心臓、胃などの大きな臓器から離れて位置してマウスでのユニークな場所を持っています。したがって、これらの大きな器官からの信号干渉はわずか（ 図1a）である。一方、肩甲骨間BATの浅い場所が複数の信号を検出カメラによって捕捉されることを可能にする。また、BATは特定の地域に光信号を閉じ込める集中質量臓器です。また、BATの独特の三角形の物理的形状は、他の組織（ 図1a）と区別することが容易になります。 チェレンコフ発光イメージング（CLI）、新たに出現したモルそのような18 F及び培地中の131 Iのような放射性核種の崩壊- ecularイメージング技術18-26は、+から生じた発光を活用。荷電粒子は、（+などと- ）は、培地中18〜20で走行 ​​中の分子を分極し、偏光分子が戻って平衡にリラックスしたときの発光/発光する。放出された発光は、チェレンコフ発光（CL）と呼ばれている。 CLの固有のスペクトル特性は、その紫外線（UV）を通じて、広いスペクトルおよび可視スペクトル18〜20、および強度および波長（λ2）の二乗の間の逆相関があります。放出された光の両方のUV及び可視範囲は、異なる用途に利用することができる。より長い波長で発光した光があってもよいしながらチェレンコフ発光のUV部分が、ケージ化ルシフェリン21 のin vivoでの光活性化のために適用されているインビボ光学イメージング18,27-31に使用。 小動物の研究のために、撮像光学系とCLIイメージングは​​、より速く、PETよりも費用効果的である。また、CLIは、高スループット能力を備えた撮像システムの高スループットスクリーニングに適用することができる。この技術の利点と欠点は、いくつかのレビュー25,32,33で議論されてきた。 CLIの3D断層撮影集中いくつかのグループ28,34-37に研究されており、内視鏡的画像化および術中イメージングのためのCLIのアプリケーションが正常にも同様30,38マウスにおいて実証されている。また、スピネッリとトレックら CLIイメージングは、臨床アプリケーション39、40の可能性があり、したがって技術、ヒト対象に適用することができることを実証した。 ヒトにおけるBATの再発見の過程において、PET画像は、明らかにすることを示し18 F-FDGのかなりの量が一定の条件の下で2,3,6 BATに蓄積された。また、マウスを用いたPETイメージングはまた、間違いなくBATは、18 F-FDG 41 42で強調表示することができることを示した。本稿では、18 F-FDGから放出されるチェレンコフ発光は光学イメージングシステムを用いて小動物撮像BATに利用することができる方法を示しています。私たちのアプローチは、小動物用のBATイメージング、高速で安くて便利な方法を提供する。この技術は、特にPET施設なしラボのために、18 F-FDGのPETイメージングのための代替方法として使用することができる。

<table><tbody><tr><td>Optical Imaging system</td><td>Perkin Elmer</td><td></td><td>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&lt;br/&gt; CCD Size: 2.7 cm x 2.7 cm&lt;br/&gt; Pixels: 2048 x 2048&lt;br/&gt; Quantum Efficiency: 85%&lt;br/&gt; Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm&lt;sup&gt; 2 &lt;/sup&gt;&lt;br/&gt; Dark Current: &amp;lt;100 electrons/s/cm&lt;sup&gt; 2 &lt;/sup &gt;&lt;br/&gt; Lens: f 0.95 50 mm&lt;br/&gt; CCD Cooling: Cooled to 90 degree.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&lt;sup&gt;18&lt;/sup&gt;F-FDG</td><td>IBA Molecular</td><td></td><td></td></tr><tr><td>norepinephrine</td><td>Sigma</td><td>N5785-250MG</td><td></td></tr><tr><td>Ketamine/Xylazine</td><td>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.

図1において、肩甲骨間BAT（ 図1a）は、全ての時点（30分、60分、120分）で強調された、およびBATと参照領域との間のコントラストが容易に（ 図1b）を観察することができる。注目すべきことに、BAT画像の輪郭は、密接に三角形の輪郭を有する、その物理的な外観を反映していた。 BATと参照領域との間の信号比は2.37、2.49、および30で2.53倍、60、および注射（ 図1a）の後120分であった。 段階的な解剖実験から、肩甲骨間の部位でのシグナルの85％はBAT（ 図2）に由来した。しかし、おそらくまだBATの残存組織や血管や筋肉を含む他の隣接組織に由来BATの上縁の近くに位置し、いくつかの残留信号がありました。 これはBAT活性化を介して達成されることが報告されているノルエピネフリン（NE）の治療および寒冷暴露3,6。まず、短い（5分）、イソフルラン麻酔下で、およびNE処置なしのマウスの同じグループ内のNEでBAT活性化を観察した。データは、NE処理（ 図3a）がない場合よりも、NE処理された条件（1.23倍）の下で有意に高いのCLIシグナルを示した。 ヒトの研究では、PETイメージングは寒冷暴露下での被験者は、室温において6よりもBATはるかに高い18 F-FDG取り込みを有することを示した。このマウスの研究では、18 F-FDG取り込みの39％の増加は寒冷暴露（ 図3b）で処置した動物のBATにおいて観察された。 マウスでは、BAT活性は、異なる麻酔によって影響され得る3,41のレジメン。たとえば、BAT内の18 F-FDGの取り込みは大幅にケタミン41麻酔の1時間後に減少させることができる。 18 F-FDG uptakの比較短い（イソフルランで5分）と長い麻酔レジメン（ケタミン/キシラジンで70分）、18 F-FDG BATの取り込みの54％の減少下でのマウスの同じグループ内のeは（ケタミン/キシラジンで麻酔群で観察された図3c）。 これはよく（例えば、ミトコンドリアにおける血液およびシトクロムcのヘモグロビンなど）ヘム含有タンパク質が有意な光吸収をもたらすことができることが知られており、それはBAT 1における豊富な血管がCLIのスペクトル、及びスペクトルを変化することが予想されるBATエリアから形状が他の領域とは異なります。考えられるところでは、スペクトルアンミキシング技術は、私たちは2 CLIスペクトルを分離することができます。 図4aから、特段の領域が密接に純粋な媒体中での18 Fの発光スペクトルでCLIに似ていたコンポーネント＃1（非混合＃1）と、対応するスペクトル（ 図4dにおける青線）の混合されていない画像から、ハイライト表示されなかったintensiティは、逆波長18,20の二乗と相関している。このデータは、非混合＃1が非常に浅い深さから、おそらく非特異CLI信号を、皮膚のような18 F-FDGの集積を表すことを示唆している。混合されていない＃2のスペクトル（赤線）のピークは、信号が、BATからだった示唆し、周りに640であった。それは、より長い波長で放出される光のより良好な組織浸透を示す、そのピーク（ 図4の赤線）に達したら興味深いことに、640 nmより短いCLIの強度の大幅な減衰に反して、強度の劇的な減少が観察されなかった。 マルチスペクトルチェレンコフ発光断層撮影（msCLT）は、3次元再構成のために使用した。 msCLTは、以前クオら 28,43により報告されており、狭帯域バンドパスフィルタ（&gt; 5フィルタ）の数で取得した2D平面画像のセットから構築される。再構築された3D画像はcoregistです構造光から生成された表面断層撮影法でエレド、画像はCLI信号の実質的な部分は肩甲骨間BAT（ 図5）に由来することを明らかにした。注目すべきことに、コロナル画像（ 図5a）は 、明らかに密接に図5eに示されているBATの三角形の輪郭に似ている、BATの2つのローブを概説する。 <img alt="図1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" width="500" /> 図1：マウスにおける肩甲骨間BAT（青矢印）の（a）の三角の輪郭; （左）BATは、白色脂肪組織で覆われている、および（右）BATが露出している。 （b）は、CLI 30におけるマウスの画像および18 F-FDG（280μCiの）静脈内注射後60分。画像は、明らかに、BATの輪郭を概説しています。 （c）は INTEからのCLI信号の定量分析rscapular BAT領域と参照領域。参照42から転載。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" width="500" /> 図2：（a）から（左）および後（右）のBAT除去前のマウスの代表的な画像。 （b）の定量化は、&gt; 85％のCLIはBATから発生したことを示している。参照42から転載。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" width="500" /> 図3：（A）と（左）と、短いイソフルラン麻酔下（右）NE刺激なしマウスのBATの代表的なCLIの画像。 （b）は （各群についてn = 4）は（a）の両群からのCLI信号の定量分析。 （C）と（左）と、短いイソフルラン麻酔下（右）寒冷刺激のないマウスのBATの代表的なCLIの画像。 （d）は（e）に示した二つのグループからのCLIシグナルの定量的分析（n = 3である-各群4）。 （e）の代表のCLI（左）短いイソフルラン麻酔（5分）の下で18 F-FDG注射後60分で、BATの画像およびケタミン/キシラジン麻酔（70分）（右）。 （f）と（g）に示した二つのグループからのCLI信号の定量分析を（各群についてn = 4）。参照42から転載。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" target="_blank">嘆願</a>SEはこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" width="500" /> 図4：不特定のCLIとBAT CLIのスペクトルアンミキシング（a）の非混合＃1（このイメージの混合されていないスペクトルの（dに示されている）18 F-FDGから非特異CLI信号は全身に分布していることを示している（青線。 ））。 （b）は、非混合＃2は、肩甲骨間のサイトでのCLIの大半が、BAT（非混合スペクトル（d）は（赤線）に示されている）からのものであることを示しています。 CLIのピークは640nmの程度である。 （c）の非混合＃1と＃2の合成画像。 （d）の非混合＃1と＃2のCLIスペクトル。参照42から転載。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> &lt;/ pの&gt; <img alt="図5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" width="500" /> 図5：マルチスペクトルチェレンコフ発光断層撮影 （ - d）は、画像の3D再構成。肩甲骨間BATは、冠状（a）は 、矢状の（b）、及び横（c）のビューで、ならびに3D画像（d）に見ることができる。 （e）の物理BAT形状が再構成された画像と相関する（青矢印）を示している。転載、参照42から適応する。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</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.

間褐色脂肪組織のチェレンコフ発光イメージング

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

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Research

JoVE Journal

Medicine

12.5K ビュー.  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.

ビデオ: 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.

がん治療のモニタリングのためのチェレンコフ発光イメージング（CLI）

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

医学

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.

人間の褐色脂肪組織デポは自動的に陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影法で区分されると磁気共鳴画像登録

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

Functional Imaging of Brown Fat in Mice with 18F-FDG micro-PET/CT

Brown adipose tissue (BAT) differs from white adipose tissue (WAT) by its discrete location and a brown-red color due to rich vascularization and high density of mitochondria. BAT plays a major role in energy expenditure and non-shivering thermogenesis in newborn mammals as well as the adults 1. BAT-mediated thermogenesis is highly regulated by the sympathetic nervous system, predominantly via &beta; adrenergic receptor 2, 3. Recent studies have shown that BAT activities in human adults are negatively correlated with body mass index (BMI) and other diabetic parameters 4-6. BAT has thus been proposed as a potential target for anti-obesity/anti-diabetes therapy focusing on modulation of energy balance 6-8. While several cold challenge-based positron emission tomography (PET) methods are established for detecting human BAT 9-13, there is essentially no standardized protocol for imaging and quantification of BAT in small animal models such as mice. Here we describe a robust PET/CT imaging method for functional assessment of BAT in mice. Briefly, adult C57BL/6J mice were cold treated under fasting conditions for a duration of 4 hours before they received one dose of 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG). The mice were remained in the cold for one additional hour post FDG injection, and then scanned with a small animal-dedicated micro-PET/CT system. The acquired PET images were co-registered with the CT images for anatomical references and analyzed for FDG uptake in the interscapular BAT area to present BAT activity. This standardized cold-treatment and imaging protocol has been validated through testing BAT activities during pharmacological interventions, for example, the suppressed BAT activation by the treatment of &beta;-adrenoceptor antagonist propranolol 14, 15, or the enhanced BAT activation by &beta;3 agonist BRL37344 16. The method described here can be applied to screen for drugs/compounds that modulate BAT activity, or to identify genes/pathways that are involved in BAT development and regulation in various preclinical and basic studies.

Functional Imaging of Brown Fat in Mice with 18F-FDG micro-PET/CT

A method of functional imaging of mouse brown adipose tissue (BAT) is described in which cold-stimulated uptake of 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) in BAT is non-invasively assessed with a standardized micro-PET/CT protocol. This method is robust and sensitive to detect differences in BAT activities in mouse models.

FDG micro-PET/CTマウスにおける褐色脂肪の機能イメージング

Brown adipose tissue (BAT) differs from white adipose  tissue (WAT) by its discrete location and a brown-red color due to rich  vascularization and high ...

生物学

An Intra-Tissue Radiometry Microprobe for Measuring Radiance In Situ in Living Tissue

Organisms appear opaque largely because their outer tissue layers are strongly scattering to incident light; strongly absorbing pigments, such as blood, typically have narrow absorbances, such that the mean free path of light outside the absorbance peaks can be quite long. As people cannot see through tissue, they generally imagine that tissues like the brain, fat, and bone contain little or no light. However, photoresponsive opsin proteins are expressed within many of these tissues, and their functions are poorly understood. Radiance internal to tissue is also important for understanding photosynthesis. For example, giant clams are strongly absorbing yet maintain a dense population of algae deep in the tissue. Light propagation through systems like sediments and biofilms can be complex, and these communities can be major contributors to ecosystem productivity. Therefore, a method for constructing optical micro-probes for measuring scalar irradiance (photon flux intersecting a point) and downwelling irradiance (photon flux crossing a plane perpendicularly) to better understand these phenomena inside living tissue has been developed. This technique is also tractable in field laboratories. These micro-probes are made from heat-pulled optical fibers that are then secured in pulled glass pipettes. To change the angular acceptance of the probe, a 10-100 &#181;m sized sphere of UV-curable epoxy mixed with titanium dioxide is then secured to the end of a pulled, trimmed fiber. The probe is inserted into living tissue, and its position is controlled using a micromanipulator. These probes are capable of measuring in situ tissue radiance at spatial resolutions of 10-100 &#181;m or on the scale of single cells. These probes were used to characterize the light reaching the adipose and brain cells 4 mm below the skin of a living mouse and to characterize the light reaching similar depths within living algae-rich giant clam tissue.

An Intra-Tissue Radiometry Microprobe for Measuring Radiance In Situ in Living Tissue

In this paper, a method for measuring radiance in situ in living tissue is described. This work includes details of the construction of micro-scale probes for different measurements of radiance and irradiance, provides guidance for mounting tissue for the characterization of radiance, and outlines computational methods for analyzing the resulting data.

生体組織の その場で 放射輝度を測定するための組織内放射測定マイクロプローブ

Organisms appear opaque largely because their outer tissue layers are strongly scattering to incident light; strongly absorbing pigments, such as blood, ...

生物工学

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.

人間の活動の地域の定量化と全身褐色脂肪組織18F-FDG PET/CT を使用

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 ...

Isolating Brown Adipocytes from Murine Interscapular Brown Adipose Tissue for Gene and Protein Expression Analysis

Brown adipose tissue (BAT) is responsible for non-shivering thermogenesis in mammals, and brown adipocytes (BAs) are the functional units of BAT. BAs contain both multilocular lipid droplets and abundant mitochondria, and they express uncoupling protein 1 (UCP1). BAs are categorized into two sub-types based on their origin: embryo derived classical BAs (cBAs) and white adipocytes derived BAs. Due to their relatively low density, BAs cannot be isolated from BAT with traditional centrifugation method. In this study, a new method was developed to isolate BAs from mice for gene and protein expression analysis. In this protocol, interscapular BAT from adult mice was digested with Collagenase and Dispase solution, and the dissociated BAs were enriched with 6% iodixanol solution. Isolated BAs were then lysed with Trizol&#160;reagent for simultaneous isolation of RNA, DNA, and protein. After RNA isolation, the organic phase of the lysate was used for protein extraction. Our data showed that 6% iodixanol solution efficiently enriched BAs without interfering with follow-up gene and protein expression studies. Platelet-derived growth factor (PDGF) is a growth factor that regulates the growth and proliferation of mesenchymal cells. Compared to the brown adipose tissue, isolated BAs had significantly higher expression of Pdgfa. In summary, this new method provides a platform for studying the biology of brown adipocytes at a single cell-type level.

This study describes a new method of isolating murine brown adipocytes for gene and protein expression analysis.

遺伝子およびタンパク質発現解析のためのマウス肩甲間褐色脂肪組織からの褐色脂肪細胞の単離(英語)

Brown adipose tissue (BAT) is responsible for non-shivering thermogenesis in mammals, and brown adipocytes (BAs) are the functional units of BAT. BAs ...

免疫・感染学

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) after a meal or in obese or diabetic patients fails as the method of choice. The main reason is that 18F-FDG competes with the postprandial high glucose plasma concentration for the same glucose transporter on the membrane of BAT cells. In addition, BAT uses fatty acids as a source of energy as well, which is not visible with PET-CT and could be changed along with glucose concentration in obese and diabetic patients. Therefore, to estimate the physiological importance of BAT in animals and humans, a new infrared thermography method used in recent publications is applied.
After overnight fasting, BAT activity was measured by infrared thermography before and after a meal in human volunteers and&#160;female wild-type mice. The camera software calculates the object&#39;s temperature using distance from the object, skin emissivity, reflected room temperature, air temperature, and relative humidity. In mice, the shaved area above the BAT was a region of interest for which average and maximal temperatures were measured. The phase of the estrous cycle in female mice was determined after an experiment by vaginal smears stained with cresyl violet (0.1%) stain solution. In healthy volunteers, two skin areas of the neck were selected: the supraclavicular area (above the collarbone, where BAT cells are present) and the interclavicular area (between the collarbones, where there is no BAT tissue detected). BAT activity is determined by the subtraction of those two values. Also, the average and maximal temperatures of skin areas could be determined in animals and human participants.
Changes in BAT activity after a meal measured by infrared thermography, a non-invasive and more sensitive method, were shown to be sex, age, and phase of the estrous cycle dependent in laboratory animals. As part of diet-induced thermogenesis, BAT activation in humans was also proven to be sex, age, and body mass index dependent. Further determining the pathophysiological changes in BAT activity after a meal will be of great importance for participants with high glucose plasma concentrations (obesity and diabetes mellitus type 2), as well as in different laboratory animals (knock-out mice). This method is also a variable tool for determining possible activating drugs that could rejuvenate BAT activity.

Here, we present a protocol for measuring brown adipose tissue activity after a meal in humans and laboratory animals.

褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied greatly in small animals, it is difficult to measure the activity of BAT in humans. Therefore, little is known about the heat-generating capacity and physiological significance of BAT in humans, including the degree to which components of the diet can activate BAT. This is due to the limitations in the currently most used method to assess the activation of BAT-radiolabeled glucose (fluorodeoxyglucose or 18FDG) measured by positron emission tomography-computerized tomography (PET-CT).
This method is usually performed in fasted subjects, as feeding induces glucose uptake by the muscles, which can mask the glucose uptake into the BAT. This paper describes a detailed protocol for quantifying total-body human energy expenditure and substrate utilization from BAT thermogenesis by combining indirect calorimetry, infrared thermography, and blood glucose monitoring in carbohydrate-loaded adult males. To characterize the physiological significance of BAT, measures of the impact of BAT activity on human health are critical. We demonstrate a protocol to achieve this by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach will help to understand the physiology and pharmacology of BAT thermogenesis in humans.

Here, we present a protocol to quantify the physiological significance of the impact of brown adipose tissue (BAT) activity on human metabolism. This is achieved by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach can help develop a pharmacological target for BAT thermogenesis in humans.

間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied ...

<meta charset="utf8"></head><body>ヒトSATMVECs:単離と脂肪細胞クロストーク研究

Studying Adipose Endothelial Cell/Adipocyte Cross-Talk in Human Subcutaneous Adipose Tissue

Microvascular endothelial cells (MVECs) have many critical roles, including control of vascular tone, regulation of thrombosis, and angiogenesis. Significant heterogeneity in endothelial cell (EC) genotype and phenotype depends on their vascular bed and host disease state. The ability to isolate MVECs from tissue-specific vascular beds and individual patient groups offers the opportunity to directly compare MVEC function in different disease states. Here, using subcutaneous adipose tissue (SAT) taken at the time of insertion of cardiac implantable electronic devices (CIED), we describe a method for the isolation of a pure population of functional human subcutaneous adipose tissue MVEC (hSATMVEC) and an experimental model of hSATMVEC-adipocyte cross-talk.
hSATMVEC were isolated following enzymatic digestion of SAT by incubation with anti-CD31 antibody-coated magnetic beads and passage through magnetic columns. hSATMVEC were grown and passaged on gelatin-coated plates. Experiments used cells at passages 2-4. Cells maintained classic features of EC morphology until at least passage 5. Flow cytometric assessment showed 99.5% purity of isolated hSATMVEC, defined as CD31+/CD144+/CD45-. Isolated hSATMVEC from controls had a population doubling time of approximately 57 h, and active proliferation was confirmed using a cell proliferation imaging kit. Isolated hSATMVEC function was assessed using their response to insulin stimulation and angiogenic tube-forming potential. We then established an hSATMVEC-subcutaneous adipocyte co-culture model to study cellular cross-talk and demonstrated a downstream effect of hSATMVEC on adipocyte function.
hSATMVEC can be isolated from SAT taken at the time of CIED insertion and are of sufficient purity to both experimentally phenotype and study hSATMVEC-adipocyte cross-talk.

<meta charset="utf8"></head><body>著者スポットライト:皮下脂肪組織微小血管系研究による心血管代謝疾患への洞察

Here, we describe a protocol for isolating, culturing, and phenotyping microvascular endothelial cells from human subcutaneous adipose tissue (hSATMVECs). Additionally, we describe an experimental model of hSATMVEC-adipocyte cross-talk.

間褐色脂肪組織のチェレンコフ発光イメージング

要約

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この動画の章

がん治療のモニタリングのためのチェレンコフ発光イメージング（CLI）

人間の褐色脂肪組織デポは自動的に陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影法で区分されると磁気共鳴画像登録

FDG micro-PET/CTマウスにおける褐色脂肪の機能イメージング

生体組織のその場で放射輝度を測定するための組織内放射測定マイクロプローブ

人間の活動の地域の定量化と全身褐色脂肪組織¹⁸F-FDG PET/CT を使用

遺伝子およびタンパク質発現解析のためのマウス肩甲間褐色脂肪組織からの褐色脂肪細胞の単離(英語)

褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

ヒト皮下脂肪組織における脂肪内皮細胞/脂肪細胞クロストークの研究

ヒト皮下脂肪組織における脂肪内皮細胞/脂肪細胞クロストークの研究

間褐色脂肪組織のチェレンコフ発光イメージング

要約

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がん治療のモニタリングのためのチェレンコフ発光イメージング（CLI）

人間の褐色脂肪組織デポは自動的に陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影法で区分されると磁気共鳴画像登録

FDG micro-PET/CTマウスにおける褐色脂肪の機能イメージング

生体組織の その場で 放射輝度を測定するための組織内放射測定マイクロプローブ

人間の活動の地域の定量化と全身褐色脂肪組織18F-FDG PET/CT を使用

遺伝子およびタンパク質発現解析のためのマウス肩甲間褐色脂肪組織からの褐色脂肪細胞の単離(英語)

褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

ヒト皮下脂肪組織における脂肪内皮細胞/脂肪細胞クロストークの研究

ヒト皮下脂肪組織における脂肪内皮細胞/脂肪細胞クロストークの研究

生体組織のその場で放射輝度を測定するための組織内放射測定マイクロプローブ

人間の活動の地域の定量化と全身褐色脂肪組織¹⁸F-FDG PET/CT を使用