사용 포도당 대사 속도론 결정<sup&gt; (18)</sup&gt; F-FDG 마이크로 PET / CT

요약

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

초록

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

서문

본 연구의 목적은 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영 (PET / CT) 마우스의 특정 조직에 혈류에서 포도당의 생체 실시간 흡수를 정량화 기반 방법을 개발 하였다. 이는 세포 내 공간 플라즈마 세포 내 공간으로부터 전송 속도와의 속도로 플라즈마로부터 ¹⁸ F-FDG 흡수율을 추정하기 위해 당 흡수 및 동역학 모델을 측정하기 위해 ¹⁸ F 표지 fluorodeoxyglucose (FDG)를 사용하여 이루어졌다 ¹⁸ F-FDG 인산화.

설치류에서 ¹⁸ F-FDG 수많은 암 치료 ^1, 종양 ^진행이 종양 대사 ^3의 연구뿐만 아니라 갈색 지방 창고 ^4, neuroinflamation ⁵ 및 뇌 대사 ^(6)의 영상의 전임상 평가에 사용되어왔다 SUP.

일반적으로 각 조직 ⁷ 안락사, 조직 수집하고 방사 활성을 측정 하였다 ³ H 또는 ¹⁴ C 중 2- 데 옥시 글루코오스의 방사성 표지 된 치료를 포함하는 마우스 (쥐)에서 글루코스의 조직 특이 적 흡수를 검사하는 데 사용되는 전통적인 방법. PET / CT의 사용은 살아있는 동물에서 동시에 다수의 기관 및 지역 당 흡수 및 대사의 비 침습성 측정을 허용한다. 안락사가 필요한 것은 아닙니다으로 또한,이 기술은 종 연구에 사용하기에 적합하다.

제 2 형 당뇨병 (T2DM)이 파괴 포도당 대사 및 인슐린에 대한 감소 된 반응성 조직 이차적 고혈당증 (인슐린 저항성) 및 인슐린 ^(8)의 충분한 양을 생성하는 췌장 β- 세포의 무능력을 특징으로한다. 포도당의 흡수와 대사의 운동 분석에 중요한 통찰력을 제공 할 수 있습니다조치 및 치료 개입의 효과의 메커니즘뿐만 아니라 질병의 진행의 고급 모니터링 할 수 있습니다.

프로토콜

이 연구에서 설명하는 모든 절차는 시드니 지역 보건 지구와 시드니 동물 윤리위원회의 대학 승인 및 관리 및 실험 동물의 사용, 여덟 번째 에디션 (2011)에 대한 NIH 가이드를 따라했다.

1. 동물 준비

참고 :이 프로토콜 남성 DB에 / db 마우스 (BKS.Cg- Dock7의 ^m + / + Lepr ^dB / J)는 6 주령까지 그룹 차우하는 광고 임의로 액세스 할 수있는 주택과 물에 유지되었다. 촬상시에 쥐는 ~ 30g을 칭량. 이 프로토콜에서 사용 된 모든 마우스는 10, 14 밀리몰 / L 사이, 공복 혈당했다.

1. 필요한 경우, 마우스를 빠르게. 본 실시 예에서, 실험 절차 전에 5 시간 동안 마우스를 빠르게.
2. 촬상 개시 전에 원하는 제 (예 : 약물, 단백질, 펩티드)로 쥐를 치료. 이 예에서, (3) 인슐린 피하 주사 (관리U / kg 인간 인슐린) 상당 체적 PBS 30 분의 촬상 개시에 앞서.

2. 설정 워크 플로우

참고 :이 프로토콜은 PET / CT 스캐너에 구현되었다. CT 데이터를 수집 한 다음 제 PET 데이터를 획득.

1. PET 설정 :
   1. ¹⁸ F 등을 선택 동위 원소, 3,600 s로 주사 기간을 설정하고, 350 keV의 상하도 에너지 레벨 판별 - 650 keV의 (기본) NS 3.432 (디폴트)의 일치 타이밍 창. 탐침 주사 후 60 분 - 기간 0 16 프레임 (6 × 10 초, 4 × 60 초, 1 × 300 (S), 5 × 600 (S))에 히스토그램 목록 모드 데이터. 줌 1.5 2D-FBP를 사용하여 sinograms 방출을 재구성.
      주 : 재구성 된 이미지 128 × 128 × 159 복셀로 동적 16 개 프레임들 각각의 구성 및 0.52 × 0.52 × 0.796 mm ^(3)의 복셀 사이즈.
2. CT 설정 :
   1. 에 대한전체 몸의 CT 스캔은 50 kV로, 노출 시간을 500 밀리 초 및 360 회 이상의 돌기 200에서 500에서의 전압을 전류로 설정. (PET FOV 전체 범위를 커버하는) 3, 30,722,048 베드에 위치 수 뷰 (FOV)의 검출 영역을 설정 베드 위치 = 30.234713 % 및 제 4 검출기 비닝 간의 오버랩.
      주 : CT 재구성은 보정 후, 바이 리니어 보간 Shepp-로건 필터 콘빔 단층 화상 재구성 소프트웨어를 사용하여 수행 하였다.
3. ¹⁸ F-FDG :
   1. 충분한 ¹⁸ F-FDG 주문 (예를 들면, 0.5 ㎖의 450 MBq의) 로컬 공급자는 제 ~ 주사 전 30 분에 도착한다. 동물이받을 수 있도록 나누어 및 0.1 ㎖의 최종 부피로 ¹⁸ ~ F-10 MBq의 FDG를 ¹⁸ F-FDG 희석.

3. 이미징 프로토콜

1. 무균 상태를 유지하기 위해 80 % (v / v)의 에탄올 유도 챔버 촬상 베드 닦아. 괞 찮아유도 챔버에 마우스를 CE 및 산소 5 % 이소 플루 란 마취.
2. 1 L / min의 유량으로 - (2 % 정비, 1.5) 이소 플루 란을 전달하도록 체온을 유지하기위한 전기 가열 패드와 정밀 증발기 노즈콘 장착 촬상 침대 위에 마우스를 놓는다. 마취 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 적용합니다.
3. 호흡 모니터링 마취 적절한 평면이 유지되도록하기위한 센서 패드에 발생하기 쉬운 위치에 마우스를 위치.
4. 측면 꼬리 정맥을 팽창하기 위해 2 분 - 1 열 팩을 사용하여 꼬리를 따뜻하게. 측면 꼬리 정맥으로 30 게이지 바늘을 삽입하여 측면 꼬리 정맥 카테 테르를 꽂다. 수술 접착제와 장소에 바늘을 안전하고 카테터를 고정합니다.
5. 로드 영상 스캐너로 베드 카테터가 기기의 후면으로부터 액세스 할 수 있도록 시스템을 통해 이동 베드.
6. SYR에서 ¹⁸ F-FDG 주사기에 카테터를 연결잉게 드라이버. 주사 투여 할 수있는 양 (<100 μL, 10 초에 걸쳐 주사) 전에 주사기 활동에 기초하여 정확히 ¹⁸ F-FDG 도즈 (10 MBq 내지)를 계산한다.
7. 당 흡수의 변화에 마취의 영향을 최소화하기 위해, 마취 유도 (예를 들면, 30 분) ¹⁸ F-FDG의 분사 사이에 일정한 시간을 보장한다.
8. 애완 동물은 ¹⁸ F-FDG의 주입 직전에 스캔 시작. 애완 동물 검사 (3,600 S)를 마무리 한 후, 조직과 추적자 흡수 공동 등록을 허용하기 위해 CT 스캔 (~ 10 분)을 수행한다.
9. , 시작 위치로 영상 침대를 이동 침대에서 동물을 제거합니다.
10. 이 시점에서 동물을 안락사하거나 복구 할 수 있습니다 :
    1. 안락사를 들어, 마취 여전히 동안 자궁 경부 전위를 수행하고 이후의 분석을 위해 관심의 장기를 수집합니다.
    2. 마우스를 복구 할 수있는 경우, 가열 패드에 단일 하우징에 마우스를 올려 놓거나가열 램프의 앞에. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 마우스를 모니터합니다. 마우스가 그룹 하우징에 반환하기 전에 1 시간 동안 복구 할 수 있습니다.

4. PET 영상 처리

참고 : 이미지 재건은 연구 직장 소프트웨어 버전 4.2에서 수집 직장 소프트웨어 v1.5.0.28 및 분석을 사용 하였다.

1. CT와 PET 영상을 공동 등록 정렬이 3 차원 올바른지 확인.
   1. '파일'메뉴에서 '폴더 검색 / 가져 오기'를 선택하고 데이터가 들어있는 폴더를 선택합니다. 원하는 PET와 CT 데이터를 선택하고 '일반 분석'탭을 클릭합니다.
   2. 정렬 CR은 '원본'지정되고 PET가 '타겟'을 지정하도록 데이터. '워크 플로우'메뉴에서 '등록'을 선택합니다. 이미지가 조정이 필요한 경우 일의 도구를 사용하여 올바르게 등록 된 공동 될 수 있습니다E '등록'메뉴를 선택합니다.
2. '워크 플로우'메뉴에서 '투자 수익 (ROI) 정량화'를 선택합니다.
   1. 원하는 지역을 찾습니다 '이미지'탭의 '팬'과 '줌'기능을 사용합니다. '도구'메뉴에서 '만들기'탭을 선택하고 붓 아이콘을 클릭합니다. 이미지에 투자 수익 (ROI)을 그립니다
3. '저장'메뉴 '저장 ROI 정량'을 선택하여 활성 시간 곡선을 추출한다. CSV 파일로 데이터를 저장합니다.
4. 조직의 cm ³ 당 BQ로 방사능 흡수를 정량화. CSV는 스프레드 시트 파일을로드하여 ³ cm (%의 ID / cm ³⁾ 당 주입 도즈 비율 값으로 변환한다.

5. 입력 기능

1. 시스템 점 확산 함수를 수정하기 위해, 이전에 ⁹ 바와 같이 반 reblurred Cittert 컨벌루션의 방법을 이용하여 5 번 반복에 대한 추정 시스템 PSF를 deconvolve.
   참고 :이 때문에 마우스의 베나 카바의 작은 크기로 필요합니다.
2. 전술 한 바와 같이 혈액 입력 기능 시간 - 활성 곡선을 생성하기 위해 포스트 컨벌루션 이미지를 사용한다.

6. 운동 모델링

주 : FDG 두 조직 구획 모델 (도 1)은 플라즈마 입력 기능을 필요로한다.

1. CSV에서 한 혈액 입력 기능은 다음의 수학 식 ^10을 이용하여 플라즈마 입력 기능으로 파일 변환 : Input_plasma = Input_blood를 × (0.386 E ^{- 0.191t} + 1.165).
2. 운동 모델링 도구에서 '운동'버튼을 클릭합니다. 조직 및 플라즈마 총 활동 '메뉴'에서 '로드 시간 활동 곡선'을 선택하여 운동 모델링 도구로 CSV 파일을 계산 가져옵니다.
3. '모델'메뉴에서이 개 조직 구획을 선택합니다. 다음 K4의 상자가 선택되지 않은 것을 확인그리고, 초기 피팅 0 값 입력 용 VB에서 박스 (혈액 부피 분율)을 취소하고 2 %의 값을 입력한다.
4. '맞춤 현재 지역'을 클릭합니다. 분산액 ^{(11) (12)에} 대한 관심의 추출 영역을 수정한다. 다른 분산 시간의 FDG 모델의 카이 제곱 값을 최소화하여이를 달성.
5. (K _{1 -k에게 3)} 지역 속도 상수를 계산하는 VB는 부동 값 (VB에서 다음 박스 용 체크 박스를 선택)하고, 최적의 분산 값을 이용하여 제 피팅을 수행. _난 = ₍₁ × K K ₃₎ K 상수 지역 유입 / ₍₂ + K (K) _(3))를 계산한다.

결과

우리는 이전에 포도당의 흡수와 대사 ^(13)의 반응 속도에 플라즈마 apoA-I의 수준을 증가의 영향을 조사하기 위해 모델 db / db 마우스를 사용하고 있습니다. 본 연구에서 우리는 실시간으로 비복근 근육 내로 플라즈마로부터 ¹⁸ F-FDG의 흡수를 모니터링하기 위해 PET / CT 이미징의 유용성을 입증하기 위해 인슐린 치료 dB / db 마우스를 사용 하였다.

토론

여기에 설명 된 프로토콜은 마우스에서 혈액 조직으로 스트림 이후 대사에서 당 흡수의 동력학을 결정하는 강력한 비 침습적 방법을 나타낸다.

DB를 / DB 마우스는 인슐린 저항성과 관련 개입을 조사하기 위해 광범위하게 사용 된 제 2 형 당뇨병 ^(14)의 잘 확립 된 동물 모델입니다. 그러나 이전의 연구는 심장 ^(15)와 심장과 골격 근육

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
PET/CT Scanner	Siemens	Inveon
18F-FDG	PETNET Solutions
Isoflurane	Pharmachem
30 guage needle	BD	305106
PMOD modelling software	PMOD Technologies
BKS.Cg-Dock7m +/+ Leprdb/J mice	Jackson Laboratory	000642
Human insulin	Sigma-Aldrich