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

참고 : 모든 동물 연구 승인 기관 프로토콜 및 동물 관리 지침에 따라 수행되어야한다. 18 F-FDG와 생체 CLI 이미징 BAT에서 1 1.1 배경 이미지 : <ol><li> 18 F-FDG 주입하기 전에 마취를 유도하기 위해 5 분 동안 산소와 이소 플루 란 균형과 연결되어 유도 챔버에서 네 누드 마우스를 놓습니다. 그런 촬상 장치로 생쥐를 마취 사를 배치했다. </li><li> 오픈 필터, F = 1, 빈 = 8, FOV = D 및 노출 시간 = 120 초, 단계 온도 = 37 ° C : 배경 다음 매개 변수를 사용하여 이미지를 획득. </li></ol> 1.2 18 F-FGD와 BAT 영상 : <ol><li> 정맥 꼬리 정맥에 PBS에서 18 F-FDG의 280 μCi와 마취 쥐를 주입한다. 주입 후, 음식과 물이 장착 된 케이지에 마우스를 반환합니다. 참고 : neces입니다세리 정맥 BAT 주변 괜찮은 대비를 달성하기 위해 18 F-FDG를 주사합니다. 복강 내 주사를 사용하는 경우에만 매우 약한 콘트라스트 18 F-FDG의 동일한 양으로 볼 수있다. </li><li> 30, 60에서 CLI 이미지를 획득하고, 배경 영상 (스텝 1.1.2)과 같은 매개 변수를 사용하여 18 F-FDG 주입 후 120 분. 각 영상 세션의 경우, 마취 reinduction 5 분을 할 수 있습니다. </li><li> 신호대 잡음비 (S / N)에 신호를 정량화하기 위해, BAT (참조 영역)에 인접한 두 개의 동일한 크기의 타원형 견갑골 BAT 위에 ROI들 및 영역을 그리 이미징 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 (도 1B). </li></ol> CLI 자료 1.3 유효성 검사 : <ol><li> 네 쥐를 마취와 정맥 18 F-FDG의 280 μCi와 마우스를 주입. </li><li> 펜 토바 비탈 나트륨 주입 (200 ㎎ / ㎏, IP)에 의해 18 F-FDG의 주입 후 생쥐 60 분을 희생. 조심스럽게 스키를 제거견갑골 영역에서 명. 이미지 파라미터와 같은 마우스의 모든 (1.1.2) 위로서, 동시에 (도 2a). </li><li> 조심스럽게 견갑골 흰색 지방 조직 (WAT)와 BAT, 다음 이미지 동일한 매개 변수 (그림 2b)와 해부 쥐를 제거합니다. </li><li> R (BAT) = (CLI -CLI b) 항 (BAT) / (CLI -CLI b) 항 (BAT-제거), 투자 수익 (ROI)을 : CLI 이미지에서 다음 방정식이의 ROI를 사용하여 BAT에서 기여도를 계산 이 견갑골 영역이며 ROI B는 기준 영역 (도 2b)에 대한 것이다. </li></ol> 2 BAT 이미징 응용 프로그램 2.1 NE와 활성화를 모니터링 <ol><li> 두 그룹 (N = 4 개)로 누드 마우스를 나눈다. </li><li> 복강 노르 에피네프린 (NE) (50 μL, 10mM을) 하나의 그룹을 주입한다. 비 - 활성 contro로서 두 번째 그룹을 사용리터. 30 분 후, 5 분 동안 이소 플루 란과 함께 두 그룹을 마취 한 후 정맥 18 F-FDG (220 μCi) 각 마우스를 주입. 참고 : 18 F-FDG 주입 극적으로 쥐를 교반하지 않도록하기 전에 NE의 복강 내 주사는 30 분을해야한다. </li><li> 콘텐츠 상기 프로토콜과 동일한 파라미터를 이용하여 F-18 FDG 주입 후 쥐에서 60 분. </li></ol> 콜드 노출에서 2.2 모니터링 활성화 <ol><li> 직장 온도계와 냉장실에 생쥐의 체온을 측정한다. 온도는 약 30 ° C이어야한다. </li><li> 콘텐츠 상기 프로토콜과 동일한 촬상 파라미터를 이용하여 F-18 FDG 주입 후 쥐에서 60 분. 같은과 컨트롤 등의 실내 온도 (25 ° C)로 유지되는 마우스, 및 이미지를 사용합니다. </li><li> 감기에 노출 연구를 위해 18 F-FDG 주입하기 전에 4 시간 동안 차가운 방 (4 ° C)에 마우스를 놓고 m를 반환각 영상 세션 후 차가운 방에 마취에서 회복 후 얼음. </li><li> 위와 같이 매개 변수를 설정합니다. </li></ol> BAT에서 긴 마취의 2.3 모니터링 비활성화 <ol><li> 긴 마취의 경우 (60-70 분), 케타민 / 자일 라진 (xylazine) 복강 마우스를 주입하고 60에 마취를 유지 - 실온에서 70 분. </li><li> 쥐가 마취 후에 정맥 꼬리 정맥을 통해 18 F-FDG (220 μCi)를 주입. </li><li> 콘텐츠 상기 프로토콜과 동일한 매개 변수를 사용하여 18-F FDG 주입 후 쥐에서 60 분. </li></ol> 3 스펙트럼 Unmixing 및 멀티 스펙트럼 Cerenkov 발광 단층 촬영 연구 <ol><li> 5 분 동안 마우스를 마취 한 다음 정맥 300 μCi 18 F-FDG를 주입. F = 1, 빈 = 16, 인수 : 18 F-FDG의 다음 매개 변수를 사용하여 동물의 등쪽에서 주사 후 다중 분광 영상 60 분을 취득필터, 방출 필터 = 580, 600, 620, 640, 660 및 680 nm의 당 시간 = 300 초. </li><li> 이미징 4.3.1 소프트웨어를 생활로 스펙트럼 unmixing을 실시하고 두 개의 구성 요소 (BAT와 불특정 신호) 및 자동 unmixing (그림 4)를 선택합니다. </li><li> 쿠오 외. 28,43 의해보고 된 방법에 따라 3 차원 재구성을 실시한다. 구조 광 이미징 (3D 이미지 coregistration에 사용되는 것), 확산 광 전파 모델로 Cerenkov 발광 스펙트럼을 통합 NNLS에서 잔차 최적화 (음이 아닌 최소 제곱)를 노프의 정규화를 적용하고 표면에 단층을 생성 (도 5 ). 주 : 멀티 스펙트럼 CLI 스펙트럼 unmixing 및 단층의 경우, 다른 필터와 적어도 5 이미지가 필요하다. </li></ol>

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BAT에 관한 연구는 수십 년 동안 진행되고있다. 이전에는 인간 성인 1시 유의 생리 학적 관련성이없는 것으로 간주되었다. 그러나, 18 F-FDG와 최근의 대규모 임상 PET 영상 및 기타 조사는 확인했다 BAT는 여전히 가슴 위쪽, 목, 성인 2,3의 다른 위치에 존재한다. 최근 연구는 비만 강하게 BAT 2,6 당뇨병에 중요한 역할을한다고 제안 하였다. 다른 연구는 BAT가 12 노화의 과정과 그 활동이 운동 10,44을 통해 향상 될 수 있다는 중요한 역할을한다는 것을 나타냅니다. 두 임상 인간의 연구와 임상 연구, 18 F-FDG와 PET 영상은 BAT 공부를 가장 많이 사용되는 방법입니다. 그러나, 전임상 동물 연구를 위해, PET는 일반적으로 훨씬 더 비싼 광학 영상보다. 이 프로토콜에서는, 우리는 입증 CL18 F-FDG와 나는 작은 동물의 광학적 이미징 BAT 적용 할 수 있습니다. 기타 광학 이미징 기술, 조직 관통 제한과 깊은 목표 감도가 낮은처럼 CLI 25,32의 내재적 한계입니다. 그럼에도 불구하고, 최근 스피넬 등. 괜찮은 CLI 신호가 32 P 28,43와 10mm 조직 깊이 관찰 될 수 있다는 것을 증명하고 Thorek 등. 16mm의 보급률이 18 F-FDG 주입 39, 40 후 환자의 림프절를 얻어 낼 수 있다는 것을 보여 주었다. PET 이미징에 비해, CLI는 비교적 저가 촬상 시스템으로 수행 될 수있다. 최근 Thorek 등은. 환자 39의 노드에서 (2Ci에 대해) 축적 된 18 F-FDG의 낮은 금액은 0.01 CI 90Y이었다에서 40. 시험관 테스트가 CLI 신호를 표시하는 상당히 높은 감도가 CLI 달성 할 수있는 입증 솔루션 25,32,33에서 검출 </s&gt;입니다. 또한, CLI는 또한 높은 공간 해상도 및 높은 처리량 스크리닝 용량 가능성이있다. 또한, CLI는 쉽게 배우고 사용할 수 있습니다. 실험 과정에서, 우리는 F-18 FDG와 BAT의 CLI 콘트라스트가 높은 주입 방법에 관한 발견된다. 18 F-FDG의 동일한 양의 복강 내 주사는 BAT 영역에서의 대비를 보였다 18 F-FDG의 정맥 주사, 견갑골 BAT 우수한 콘트라스트를 제공 할 수 있습니다. 스펙트럼 unmixing, 두 세트의 신호를 분리하기 매우 실용적인 기법은, 형광 이미징 널리 사용되어왔다. 그것은 잘 18 F-FDG의 섭취가 높은 대상으로 특정되지 않은 것으로 알려져, 여러 대상은 / 조직은 다른 빛의 감쇠 특성을 갖는다. 우리는 BAT의 CLI 스펙트럼의 피크가 약 640 ㎚이다 발견하고,이 데이터는 BAT의 실제 상황을 반영합니다. 이 홍보의 3 차원 복원이 다른 파장의 광 확산 특성에 기초하여 상업적으로 이용 가능한 광학 이미징 시스템으로 수행 될 수 있기 때문에 otocol 매우 동작 가능하다. 이 방식으로, 우리는 3 차원 재구성을위한 여러 각도보기 이미지를 필요로하는 전문 이미징 시스템의 사용을 피할 수있다. 스펙트럼 unmixing 및 3 차원 복원 모두의 경우, BAT의 각 이미지에서 600 광자 카운트의 큰 최소가 필요합니다. 이를 위해, 큰 비닝 (BIN = 16), 작은 F 스톱 (F = 1) 및 긴 획득 시간 (5 분)이 각각의 이미지에 대해 필요하다. 요약하면, 독특한 위치와 모양 BAT와 BAT의 18 F-FDG의 상당히 높은 흡수를 활용, 우리는 작은 동물의 BAT가 광학적으로 CLI 기술을 통해 18 F-FDG 이미지화 할 수있는 방법을 보여줍니다. 이 방법은 확실하게 영상 BAT 및 BAT 활성화를 모니터링하기 위해 사용될 수있다. 또한, 우리는 또한 스펙트럼 unmixing 및 3D RECO을 보여nstruction은 실행 가능한 아르와 3D 볼륨 정량화 미래 연구에 가능하다.

갈색 지방 조직 (BAT)는 포유류에서 열 생성을위한 특별한 조직이며, 그 주요 기능 중 하나는 가열로 한 화학 / 식품 많은 양의 에너지를 발산을 통해 몸 전체의 에너지 균형을 유지하는 것이다. BAT의 가장 독특한 특징은 조직 2-5 풍부 언 커플 링 단백질 -1 (UCP-1) 식, 풍부한 작은 오일 방울, 단일 세포에서 미토콘드리아의 다수 상당한 혈관 신생을 포함한다. 이러한 독특한 기능은 강력하게 신진 대사와 에너지 지출 조직의 중요한 역할과 연결합니다. BAT는 이전에 더 이상 존재와 성인 인간 일에서 유의 한 생리 기능을 소유하지 수 없습니다 생각되었다 그러나 최근 PET / CT 이미징 조사는 명확 BAT는 여전히 인간의 성인 2,3,6-9에 제공합니다 것을 증명하고있다. BAT 질량과 체질량 지수 사이의 역 상관 (BMI)는 여러 연구에서 확립 된 후 다시센트 연구는 실제 연습은 BAT의 질량을 증가시킬 수 있음을 나타냈다. 이러한 결과는 강력하게 BAT의 기능 장애 단단히 비만과 당뇨병 2,6,10,11의 병리와 연관성이 있음을 암시하고있다. 또한, 증거를 장착하는 BAT의 기능이 강하게 신경 퇴행성 질환과 암 3,7,12,13로 다양한 병리와 관련되어 있음을 나타냅니다. BAT 활성화, 열 발생을 증가시키는 공정은, 예컨대 노광 감기, 운동, 약물 치료 및 유전자 조작 1,14,15 같은 다양한 조건 하에서 달성 될 수있다. 콜드 노출과 노르 에피네프린 치료는 BAT를 활성화하기 위해 가장 많이 사용되는 방법입니다. 이러한 피부 thermoreceptors로 다양한 메커니즘에 의해 감지 될 수있는 감기, 교감 신경을 자극하고 BAT에 노르 에피네프린 (NE)의 릴리스로 연결됩니다. UCP는 해제 NE-1 정상 체온을 유지하기 위해 열 발생을 초기화 트리거한다. 이 컨디셔닝에서에, 글루코스 흡수는 또한 BAT 1,16,17에서 증가 된 대사 이상의 탄소 소스를 제공하기 위해 증가시킨다. 18F-FDG PET와 영상 레이블 포도당의 흡수가 인간의 연구 6 차가운 조건에서 증가를 확인했습니다. 광학 이미징의 관점에서, BAT는 이상적인 대상이다. 견갑골 BAT는 간, 심장 및 위장과 같은 큰 기관에서 멀리 자리 잡고 마우스에서 독특한 위치를 가지고 있습니다. 따라서 이러한 대형 기관에서 신호 간섭이 미미 (그림 1a)입니다. 한편, 견갑골 BAT의 얕은 위치 이상의 신호가 검출 카메라에 의해 포착 될 수있다. 또한 BAT는 특정 영역에서 광 신호를 한정 농축 질량 기관이다. 또한, BAT의 독특한 삼각형의 물리적 형태는 다른 조직 (그림 1a)와 구별하기가 쉽습니다. Cerenkov 발광 영상 (CLI), 새로 등장 몰이러한 18 F 및 매체 (131) I와 같은 핵종의 붕괴 - ecular 이미징 기술은 18-26, +로부터 생성 된 발광을 이용합니다. 대전 입자 (예와 같이 + -)는 매체 18-20으로 진행되는 동안 분자가 편광 및 편광 분자는 다시 평형 긴장 때 발광 / 광이 방출된다. 방출 된 발광은 Cerenkov 발광 (CL)라고합니다. CL의 독특한 분광 특성은 자외선 (UV)에 걸쳐 광범위하고 가시 스펙트럼 18-20 및 강도와 파장 (λ 2)의 사각형 사이의 역 상관을 포함한다. 방출되는 빛의 양 UV 및 가시 범위는 다양한 애플리케이션에 이용 될 수있다. 긴 파장에서 방출 된 광이 될 수 있지만 Cerenkov 발광의 UV 부는 갇힌 루시페린 (21)의 생체 photoactivation 위해 적용된생체 광학 영상 18,27-31에 사용됩니다. 작은 동물 실험을 위해, 광학 이미징 시스템으로 이미징 CLI 빠르고 PET보다 더 비용 효율적이다. 또한, CLI는 높은 처리량 갖춘 영상 시스템과 높은 처리량 스크리닝을 위해 적용될 수있다. 이 기술의 장점과 단점은 여러 25,32,33 논평에서 논의되어왔다. CLI의 3D 단층 촬영 집중적 여러 그룹 28,34-37에서 공부하고 있으며, 내시경 영상 및 수술 이미징을위한 CLI의 응용 프로그램이 성공적으로뿐만 아니라 30,38 마우스에서 입증되고있다. 또한, 스피넬과 Thorek는 외. CLI 촬상 또한 임상 응용 (39), (40)에 대한 잠재 성을 가지고, 따라서 기술, 인체에 적용 할 수 있음을 증명하고있다. 인간의 BAT의 재발견하는 과정에서 PET의 화상이 선명 것으로 나타났다18 F-FDG의 상당량은 특정 조건 하에서 2,3,6 BAT에 축적. 또한, 마우스와 PET 영상은 의심 할 여지없이 BAT가 18 F-FDG 41 42으로 강조 될 수 있음을 보여 주었다. 이 보고서에서, 우리는 F-18 FDG로부터 방출 Cerenkov 발광은 광학 영상 시스템을 이용하여 작은 동물에서 촬상 BAT에 이용 될 수 있는지 보여준다. 우리의 접근 방식은 작은 동물에 대한 BAT 영상의 빠르고, 저렴하고 편리한 방법을 제공합니다. 이 기술은 특히 PET 설비없이 실험실을 위해, 18 F-FDG PET와 촬상을위한 다른 방법으로 사용될 수있다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="885">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:479px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="231">
			<td height="231" style="height:231px;width:216px;">Optical Imaging system</td>
			<td style="width:71px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:479px;">IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated 
			CCD Size: 2.7cm x 2.7cm 
			Pixels: 2048 x 2048 
			Quantum Efficiency: 85% 
			Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm &#60; sup &#62; 2 &#60; /sup &#62; 
			Dark Current: &#60; 100 electrons/s/cm &#60; sup &#62; 2 &#60; /sup &#62; 
			Lens: f 0.95 50mm 
			CCD Cooling: Cooled to-90 degree.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">18F-FDG</td>
			<td style="width:71px;">IBA Molecular</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">norepinephrine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>N5785-250MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ketamine/Xylazine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>K113-10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cerenkov luminescence imaging of interscapular brown adipose tissue

Brown adipose tissue (BAT), widely known as a &#8220;good fat&#8221; plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely related to metabolism and energy expenditure, and its dysfunction is one important contributor for obesity and diabetes. Contrary to previous belief, recent PET/CT imaging studies indicated the BAT depots are still present in human adults. PET imaging clearly shows that BAT has considerably high uptake of 18F-FDG under certain conditions. In this video report, we demonstrate that Cerenkov luminescence imaging (CLI) with 18F-FDG can be used to optically image BAT in small animals. BAT activation is observed after intraperitoneal injection of norepinephrine (NE) and cold treatment, and depression of BAT is induced by long anesthesia. Using multiple-filter Cerenkov luminescence imaging, spectral unmixing and 3D imaging reconstruction are demonstrated. Our results suggest that CLI with 18F-FDG is a practical technique for imaging BAT in small animals, and this technique can be used as a cheap, fast, and alternative imaging tool for BAT research.

도 1에서, 견갑골 BAT (도 1A)의 모든 시점 (30, 60, 120 분)에서 강조하고, BAT와 기준 영역 간의 콘트라스트를 쉽게 (도 1B)을 관찰 할 수있다. 특히, BAT 이미지의 윤곽은 밀접하게 삼각형 윤곽이의 외모를 반영합니다. BAT와 기준 영역 사이의 신호 비율은 2.37, 2.49 및 2.53 배에서 30, 60, 및 사출 (그림 1a) 후 120 분이었다. 단계별 해부 실험에서 견갑골 사이트에서의 신호의 85 %는 BAT (그림 2)에서 유래했다. 그러나, 여전히 아마 BAT 잔류 조직과 혈관과 근육을 포함하는 다른 인접 조직에서 유래 BAT의 상단 가장자리 근처에있는 일부 잔여 신호가 있었다. 이는 BAT 활성화를 통해 달성 될 수 있다고보고되었다노르 에피네프린 (NE) 치료와 추위에 노출 3,6. 첫째, 우리는 짧은 (5 분) 이소 플루 란 마취와 NE의 처리없이 마우스의 같은 그룹에 NE와 BAT의 활성화를 관찰했다. 데이터는 NE 처리 (그림 3a)없이보다 NE 처리 조건 (1.23 배)에서 유의하게 높은 CLI 신호를 보여 주었다. 인간 연구에서 PET 영상은 추위에 노출 피험자 실온 6에서보다 BAT에서 훨씬 높은 18 F-FDG의 섭취를 한 것으로 나타났다. 이 마우스 연구에서, 18 F-FDG 흡수에서 39 % 증가는 냉 노광 (도 3b)로 처리 된 동물의 BAT에서 관찰되었다. 마우스에서, BAT 활동이 다른 마취에 의해 영향을받을 수는 3,41을식이 요법. 예를 들면, BAT 18 F-FDG 흡수는 상당히 케타민 41 마취 한 시간 후에 감소 될 수있다. 18 F-FDG의 uptak 비교짧은 (이소 플루 란으로 5 분)과 긴 마취 요법 (케타민 / 자일 라진으로 70 분), 18 F-FDG의 BAT 흡수의 54 % 감소 하에서 생쥐의 동일 그룹의 예는 (케타민 / 자일 라진으로 마취 군에서 관찰되었다 도 3c). 그것은 잘 헴 - 함유 (예 미토콘드리아에서 혈액과 시토크롬 C 헤모글로빈 등) 단백질이 상당한 광 흡수 될 수 있다고 알려져 있으며, 이는 BAT 1 풍부한 혈관 CLI의 스펙트럼과 스펙트럼을 변경할 것으로 예상된다 BAT 영역에서 모양이 다른 지역과 다를 수 있습니다. 상상 컨대, 스펙트럼 unmixing 기술은 우리가이 CLI 스펙트럼을 분리 할 수​​ 있습니다. 도 4a에서, 특별한 영역은 밀접 순수한 매체의 18 F의 발광 스펙트럼에서 CLI 닮은 요소 # 1 (Unmix # 1) 및 대응하는 스펙트럼 (도 4d에 청색 라인)의 비 혼합 이미지에서 강조되지 않았다 intensiTY는 역 파장 18, 20의 제곱과 상관된다. 이 데이터는 Unmix # 1은 매우 얕은 깊이에서 아마 불특정 CLI 신호, 피부 등의 18 F-FDG 축적을 표현하는 것이 좋습니다. 혼합되지 않은 # 2 스펙트럼 (빨간색 선)의 피크는 신호가 BAT 출신 제안, 약 640 nm였다. 그것은 긴 파장에서 방출되는 빛의 더 나은 조직 침투를 나타내는 피크 (그림 4의 빨간색 선)에 도달하면 흥미롭게도, CLI보다 짧은 640 나노 미터의 강도의 상당한 감쇠는 반대로 강도의 더 극적인 감소는 관찰되지 않았다. 멀티 스펙트럼 Cerenkov 발광 단층 촬영 (msCLT)의 3D 재구성을 위해 사용되었다. msCLT 이전 쿠오 외. 28,43에서보고되었으며, 협 대역 통과 필터 (&gt; 5 필터)의 개수로 획득 된 2 차원 평면 이미지들의 세트로부터 구성된다. 복원 된 3D 이미지 coregist 아르구조 광으로부터 생성되는 표면과 겹 단층 및 이미지 CLI 신호의 실질적인 부분이 견갑골 BAT (도 5)에서 시작된 것으로 나타났다. 놀랍게도, 관상 이미지 (그림 5a)는 명확 밀접하게 그림 5E에 표시된 BAT의 삼각형 형상을 닮은 BAT의 두 엽 (叶)을 설명합니다. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" width="500" /> 그림 1 : 마우스의 견갑골 BAT (파란색 화살표)의 (a)는 삼각형 형상; (왼쪽) BAT 흰색 지방 조직으로 덮여 있으며, (오른쪽) BAT가 노출된다. (나) CLI (30)에서 마우스의 이미지와 18 F-FDG (280 μCi) 정맥 주사 후 60 분. 화상이 선명 BAT의 형상을 설명합니다. (c) INTE CLI에서 신호의 정량 분석rscapular BAT 영역과 기준 영역. 참조 42에서 다시 인쇄. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림이" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" width="500" /> 그림 2 : () (왼쪽)과 후 (오른쪽) BAT 제거하기 전에 마우스의 대표 이미지. (b)의 정량&gt; 85 % CLI는 BAT에서 유래 함을 나타냅니다. 참조 42에서 다시 인쇄. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" width="500" /> 그림 3 :(가)와 (왼쪽)과 짧은 이소 플루 란 마취 (오른쪽) NE 자극없이 마우스 BAT의 대표 CLI 이미지. (b) (각각의 그룹에 대해 N = 4) (a)의 두 그룹의 CLI 신호의 정량 분석. (C)와 (왼쪽)과 짧은 이소 플루 란 마취 (오른쪽) 냉 자극없이 마우스 BAT의 대표 CLI 이미지. (D) (E)에 도시 된 두 그룹에서 CLI 신호의 정량 분석 (N = 3 - 각 그룹 4). (E) 대표 CLI의 (왼쪽) 짧은 이소 플루 란 마취 (5 분)에서 18 F-FDG 주입 후 60 분에서 BAT의 이미지와 케타민 / 자일 라진 (xylazine) 마취 (70 분) (오른쪽). (각 그룹에 대해 N = 4)의 (f) (g)에 도시 된 두 그룹에서 CLI 신호의 정량 분석. 참조 42.에서 다시 인쇄 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig3highres.jpg" target="_blank">항변</a>SE는이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" width="500" /> 그림 4 :. 불특정 CLI 및 BAT CLI에 대한 스펙트럼 unmixing () Unmix # 1 18 F-FDG에서 불특정 CLI 신호가 (이 이미지의 혼합되지 않은 스펙트럼 D (같다) 몸 전체에 분포되어 있는지 보여줍니다 (파란색 선 )). (b)는 Unmix # 2 견갑골 사이트에서 CLI의 대부분이 (혼합되지 않은 스펙트럼 D (같다) (레드 라인)) BAT에서 있음을 나타냅니다. CLI 피크는 640 nm의 주위에있다. (c) Unmix # 1 및 # 2의 병합 된 이미지. (D) Unmix # 1 및 # 2의 CLI 스펙트럼. 참조 42에서 다시 인쇄. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> &lt;/ P&gt; <img alt="그림 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" width="500" /> 그림 5 : 멀티 스펙트럼 Cerenkov 발광 단층 촬영 (- d) 상기 이미지의 3 차원 복원.. 견갑골 BAT는 관상 (a), 시상 (b)에서 볼 및 횡 (c) 전체뿐만 아니라, 3D 이미지의 (d)에 될 수있다; (전자) 실제 BAT 모양은 복원 된 이미지와 상관 관계 (파란색 화살표) 표시됩니다. 무단 전재 및 기준 42에서 적응. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51790/51790fig5highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</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.

견갑골 갈색 지방 조직의 Cerenkov 발광 이미징

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

cerenkov-luminescence-imaging-of-interscapular-brown-adipose-tissue

Research

JoVE Journal

Medicine

12.3K 조회수.  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.

비디오: 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.

암 치료 모니터링을위한 Cerenkov 발광 이미징 (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. ...

연구

의학

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.

인간의 갈색 지방 조직의 종점은 자동으로 양전자 방출 단층 촬영 / 전산화 단층 촬영 분단과 자기 공명 이미지 등록

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

Murine Isolated Heart Model of Myocardial Stunning Associated with Cardioplegic Arrest

The following protocol is of use to evaluate impaired cardiac function or myocardial stunning following moderate ischemic insults. The technique is useful for modeling ischemic injury associated with numerous clinically relevant phenomenon including cardiac surgery with cardioplegic arrest and cardiopulmonary bypass, off-pump CABG, transplant, angina, brief ischemia, etc. The protocol presents a general method to model hypothermic hyperkalemic cardioplegic arrest and reperfusion in rodent hearts focusing on measurement of myocardial contractile function. In brief, a mouse heart is perfused in langendorff mode, instrumented with an intraventricular balloon, and baseline cardiac functional parameters are recorded. Following stabilization, the heart is then subject to brief infusion of a cardioprotective hypothermic cardioplegia solution to initiate diastolic arrest. Cardioplegia is delivered intermittently over 2 hr. The heart is then reperfused and warmed to normothermic temperatures and recovery of myocardial function is monitored. Use of this protocol results in reliable depressed cardiac contractile function free from gross myocardial tissue damage in rodents.

The goal of this protocol to assess myocardial stunning following ischemic cardioplegic arrest in rodents.

심정지 체포와 심근 놀라운 연합의 쥐 절연 심장 모델

The following protocol is of use to evaluate impaired cardiac function or myocardial stunning following moderate ischemic insults. The technique is useful ...

Encapsulation Thermogenic Preadipocytes for Transplantation into Adipose Tissue Depots

Cell encapsulation was developed to entrap viable cells within semi-permeable membranes. The engrafted encapsulated cells can exchange low molecular weight metabolites in tissues of the treated host to achieve long-term survival. The semipermeable membrane allows engrafted encapsulated cells to avoid rejection by the immune system. The encapsulation procedure was designed to enable a controlled release of bioactive compounds, such as insulin, other hormones, and cytokines. Here we describe a method for encapsulation of catabolic cells, which consume lipids for heat production and energy dissipation (thermogenesis) in the intra-abdominal adipose tissue of obese mice. Encapsulation of thermogenic catabolic cells may be potentially applicable to the prevention and treatment of obesity and type 2 diabetes. Another potential application of catabolic cells may include detoxification from alcohols or other toxic metabolites and environmental pollutants.

Here, we present a protocol for encapsulation of catabolic cells, which consume lipids for heat production in intra-abdominal adipose tissue and increase energy dissipation in obese mice.

지방 조직의 종점에 이식 캡슐화 열 발생 Preadipocytes

Cell encapsulation was developed to entrap viable cells within semi-permeable membranes. The engrafted encapsulated cells can exchange low molecular ...

Assessment of Human Adipose Tissue Microvascular Function Using Videomicroscopy

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. It is hypothesized that pro-atherogenic mediators released from fat tissues particularly in association with central/visceral adiposity may promote pathogenic vascular changes locally and systemically, and the notion that cardiovascular disease may be the consequence of adipose tissue dysfunction continues to evolve. Here, we describe a unique method of videomicroscopy that involves analysis of vasodilator and vasoconstrictor responses of intact small human arterioles removed from the adipose depot of living human subjects. Videomicroscopy is used to examine functional properties of isolated microvessels in response to pharmacological or physiological stimuli using a pressured system that mimics in vivo conditions. The technique is a useful approach to gain understanding of the pathophysiology and molecular mechanisms that contribute to vascular dysfunction locally within the adipose tissue milieu. Moreover, abnormalities in the adipose tissue microvasculature have also been linked with systemic diseases. We applied this technique to examine depot-specific vascular responses in obese subjects. We assessed endothelium-dependent vasodilation to both increased flow and acetylcholine in adipose arterioles (50 - 350 &#181;m internal diameter, 2 - 3 mm in length) isolated from two different adipose depots during bariatric surgery from the same individual. We demonstrated that arterioles from visceral fat exhibit impaired endothelium-dependent vasodilation compared to vessels isolated from the subcutaneous depot. The findings suggest that the visceral microenvironment is associated with vascular endothelial dysfunction which may be relevant to clinical observation linking increased visceral adiposity to systemic disease mechanisms. The videomicroscopy technique can be used to examine vascular phenotypes from different fat depots as well as compare findings across individuals with different degrees of obesity and metabolic dysfunction. The method can also be used to examine vascular responses longitudinally in response to clinical interventions.

Videomicroscopy systems are used to examine functional properties of isolated adipose tissue arterioles in response to physiological and pharmacological stimuli. This technique can be used to examine microvascular phenotypes in different adipose tissue domains in obese humans.

인간 지방 조직 Microvascular 함수 Videomicroscopy를 사용 하 여 평가

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. ...

Characterization of Immune Cells in Human Adipose Tissue by Using Flow Cytometry

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the development of obesity-associated complications such as type 2 diabetes. To quantitatively and qualitatively investigate the immune cell subsets in human AT deposits, we have developed a flow cytometry approach. The stromal vascular fraction (SVF), containing the immune cells, is isolated from subcutaneous and visceral AT biopsies by collagenase digestion. Adipocytes are removed after centrifugation. The SVF cells are stained for multiple membrane-bound markers selected to differentiate between immune cell subsets and analyzed using flow cytometry. As a result of this approach, pro- and anti-inflammatory macrophage subsets, dendritic cells (DCs), B-cells, CD4+ and CD8+ T-cells, and NK cells can be detected and quantified. This method gives detailed information about immune cells in AT and the amount of each specific subset. Since there are numerous fluorescent antibodies available, our flow cytometry approach can be adjusted to measure various other cellular and intracellular markers of interest.

This article describes a method to analyze immune cell content of adipose tissue by isolation of immune cells from adipose tissue and subsequent analysis using flow cytometry.

Cytometry 사용 하 여 인간 지방 조직에서 면역 세포의 특성

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the ...

Clinical Protocol of Producing Adipose Tissue-Derived Stromal Vascular Fraction for Potential Cartilage Regeneration

Osteoarthritis (OA) is one of the most common debilitating disorders.&#160;Recently, numerous attempts have been made to improve the functions of the knees by using different forms of mesenchymal stem cells (MSCs). In Korea, bone marrow concentrates and cord blood-derived stem cells have been approved by the Korean Food and Drug Administration (KFDA) for cartilage regeneration. In addition, an adipose tissue-derived stromal vascular fraction (SVF) has been allowed by the KFDA for joint injections in human patients. Autologous adipose tissue-derived SVF contains extracellular matrix (ECM) in addition to mesenchymal stem cells. ECM excretes various cytokines that, along with hyaluronic acid (HA) and platelet-rich plasma (PRP) activated by calcium chloride, may help MSCs to regenerate cartilage and improve knee functions. In this article, we presented a protocol to improve knee functions by regenerating cartilage-like tissue in human patients with OA. The result of the protocol was first reported in 2011 followed by a few additional publications. The protocol involves liposuction to obtain autologous lipoaspirates that are mixed with collagenase. This lipoaspirates-collagenase mixture is then cut and homogenized to remove large fibrous tissue that may clog up the needle during the injection. Afterwards, the mixture is incubated to obtain adipose tissue-derived SVF. The resulting adipose tissue-derived SVF, containing both adipose tissue-derived MSCs and remnants of ECM, is injected into knees of patients, combined with HA and calcium chloride activated PRP. Included are three cases of patients who were treated with our protocol resulting in improvement of knee pain, swelling, and range of motion along with MRI evidence of hyaline cartilage-like tissue.

Here, we present a protocol to produce an adipose tissue-derived stromal vascular fraction and its application to improve knee functions by regenerating cartilage-like tissue in human patients with osteoarthritis.

지방 조직 유래 Stromal 혈관 분수 잠재적인 연골 재생을 위한 생산의 임상 프로토콜

Osteoarthritis (OA) is one of the most common debilitating disorders.&#160;Recently, numerous attempts have been made to improve the functions of the ...

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to expend energy has made it a potential target for novel therapies to ameliorate obesity and associated metabolic disorders in humans. Though this tissue has been well studied in small animals, BAT&#39;s thermogenic capacity in humans remains largely unknown due to the difficulties of measuring its volume, activity, and distribution. Identifying and quantifying active human BAT is commonly performed using 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography and computed tomography (PET/CT) scans following cold-exposure or pharmacological activation. Here we describe a detailed image-analysis approach to quantify total-body human BAT from 18F-FDG PET/CT scans using an open-source software. We demonstrate the drawing of user-specified regions of interest to identify metabolically active adipose tissue while avoiding common non-BAT tissues, to measure BAT volume and activity, and to further characterize its anatomical distribution. Although this rigorous approach is time-consuming, we believe it will ultimately provide a foundation to develop future automated BAT quantification algorithms.

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

Using free, open-source software, we have developed an analytical approach to quantify total and regional brown adipose tissue (BAT) volume and metabolic activity of BAT using 18F-FDG PET/CT.

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to ...

Inguinal Subcutaneous White Adipose Tissue (ISWAT) Transplantation Model of Murine Islets

Pancreatic islet transplantation is a well-established therapeutic treatment for type 1 diabetes. The kidney capsule is the most commonly used site for islet transplantation in rodent models. However, the tight kidney capsule limits the transplantation of sufficient islets in large animals and humans. The inguinal subcutaneous white adipose tissue (ISWAT), a new subcutaneous space, was found to be a potentially valuable site for islet transplantation. This site has better blood supply than other subcutaneous spaces. Moreover, the ISWAT accommodates a larger islet mass than the kidney capsule, and transplantation into it is simple. This manuscript describes the procedure of mouse islet isolation and transplantation in the ISWAT site of syngeneic diabetic mouse recipients. Using this protocol, murine pancreatic islets were isolated by standard collagenase digestion and a basement membrane matrix hydrogel was used for fixing the purified islets in the ISWAT site. The blood glucose levels of the recipient mice were monitored for more than 100 days. Islet grafts were retrieved at day 100 after transplantation for histological analysis. The protocol for islet transplantation in the ISWAT site described in this manuscript is simple and effective.

Inguinal Subcutaneous White Adipose Tissue ISWAT Transplantation Model of Murine Islets

In this protocol, a method of murine islet isolation and transplantation into the inguinal subcutaneous white adipose tissue is described. Isolated syngeneic murine islets are transplanted into a murine recipient using a basement membrane hydrogel. The blood glucose level of the recipients is monitored, and histology analysis of the islet grafts is performed.

뮤린 아일렛의 인과 피하 백색 지방 조직 (ISWAT) 이식 모형

Pancreatic islet transplantation is a well-established therapeutic treatment for type 1 diabetes. The kidney capsule is the most commonly used site for ...

Fat-Covered Islet Transplantation Using Epididymal White Adipose Tissue

Islet transplantation is a cellular replacement therapy for severe diabetes mellitus. The intraperitoneal cavity is typically the transplant site for this procedure. However, intraperitoneal islet transplantation has some limitations, including poor transplant efficacy, difficult graft detection ability, and a lack of graftectomy capability for post-transplant analysis. In this paper, "fat-covered islet transplantation", an intraperitoneal islet transplantation method that utilizes epididymal white adipose tissue, is used to assess the therapeutic effects of bioengineered islets. The simplicity of the method lies in the seeding of islets onto epididymal white adipose tissue and using the tissue to cover the islets. While this method can be categorized as an intraperitoneal islet transplantation technique, it shares characteristics with intra-adipose tissue islet transplantation. The fat-covered islet transplantation method demonstrates more robust therapeutic effects than intra-adipose tissue islet transplantation, however, including the improvement of blood glucose and plasma insulin levels and the potential for graft removal. We recommend the adoption of this method for assessing the mechanisms of islet engraftment into white adipose tissue and the therapeutic effects of bioengineered islets.

This fat-covered islet transplantation method is suitable for the detection of engrafted islets in the intraperitoneal cavity. Notably, it does not require the use of biobinding agents or suturing.

부고환 백색 지방 조직을 이용한 지방으로 덮인 췌도 이식

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