Method Article
* These authors contributed equally
Funkcjonalne obrazowanie i ilościowe określanie termogenicznych magazynów tłuszczu u myszy przy użyciu podejścia opartego na obrazowaniu mikro-PET/MR.
Brązowe i beżowe adipocyty są teraz uznawane za potencjalne cele terapeutyczne dla otyłości i zespołów metabolicznych. Nieinwazyjne metody obrazowania molekularnego są niezbędne, aby zapewnić krytyczny wgląd w te termogeniczne magazyny tłuszczu. W tym miejscu w protokole przedstawiono metodę obrazowania opartą na PET/MR do oceny aktywności brązowych i beżowych adipocytów w mysiej międzyłopatkowej brunatnej tkance tłuszczowej (iBAT) i pachwinowej podskórnej białej tkance tłuszczowej (iWAT). Wizualizację i kwantyfikację termogenicznych magazynów tkanki tłuszczowej uzyskano przy użyciu [18F]FDG, niemetabolizowanego analogu glukozy, jako radioznacznika, w połączeniu z precyzyjnymi informacjami anatomicznymi dostarczonymi przez obrazowanie MR. Obrazowanie PET/MR przeprowadzono 7 dni po aklimatyzacji do zimna i przeprowadzono ilościowe oznaczanie sygnału [18F] FDG w różnych magazynach tłuszczu w celu oceny względnej mobilizacji termogenicznych tkanek tłuszczowych. Usunięcie iBAT znacznie zwiększyło wychwyt wywołany zimnem [18F] FDG w iWAT u myszy.
W odpowiedzi na zmieniające się potrzeby żywieniowe, tkanka tłuszczowa służy jako magazyn energii do przyjęcia trybu magazynowania lub mobilizacji lipidów w celu zaspokojenia potrzeb organizmu1. Co więcej, tkanka tłuszczowa pełni również kluczową funkcję w termoregulacji, poprzez proces zwany termogenezą bez dreszczy, zwany również termogenezą fakultatywną. Zazwyczaj osiąga się to za pomocą brunatnej tkanki tłuszczowej (BAT), która wyraża obfity poziom białka rozprzęgającego błonę mitochondriów 1 (UCP1). Jako nośnik protonów, UCP1 wytwarza ciepło poprzez rozprzęganie transportu protonów i produkcji ATP2. Po stymulacji zimnem termogeneza w BAT jest uruchamiana przez aktywację współczulnego układu nerwowego (SNS), a następnie uwalnianie noradrenaliny (NE). NE wiąże się z receptorami adrenergicznymi β3 i prowadzi do podwyższenia wewnątrzkomórkowego cyklicznego AMP (cAMP). W konsekwencji, zależne od cAMP/PKA zaangażowanie CREB (cAMP response element-binding protein) stymuluje transkrypcję Ucp1 poprzez bezpośrednie wiązanie z elementami odpowiedzi CREB (CRE)2. Oprócz BAT, brązowe adipocyty znajdują się również w białej tkance tłuszczowej i dlatego nazywane są komórkami beżowymi lub brite (brązowymi w białym)1,3. W odpowiedzi na określone bodźce (takie jak zimno), te skądinąd spokojne beżowe komórki są przebudowywane, aby wykazywać wiele brązowych cech, w tym wielopunktowe kropelki lipidów, gęsto upakowane mitochondria i zwiększoną ekspresję UCP13,4,5.
Badania na zwierzętach wykazały, że brązowe i beżowe adipocyty mają wiele korzyści metabolicznych poza działaniem redukującym tkankę tłuszczową, w tym uwrażliwianie na insulinę, obniżanie poziomu lipidów, przeciwzapalne i przeciwmiażdżycowe6,7. U ludzi ilość beżowej/brązowej tkanki tłuszczowej jest odwrotnie skorelowana z wiekiem, wskaźnikiem insulinooporności i zaburzeniami kardiometabolicznymi8. Co więcej, aktywacja beżowo-brązowych adipocytów u ludzi przez aklimatyzację do zimna lub agonistę receptora adrenergicznego β3 zapewnia ochronę przed szeregiem zaburzeń metabolicznych4,9,10. Te dowody łącznie wskazują, że indukcja brązowej i beżowej tkanki tłuszczowej jest potencjalną strategią terapeutyczną w leczeniu otyłości i związanych z nią powikłań medycznych8.
Ciekawe, chociaż mają podobną funkcję, beżowe i klasyczne brązowe adipocyty pochodzą z różnych prekursorów i są aktywowane przez nakładające się na siebie, ale odrębne mechanizmy1. Dlatego obrazowanie in vivo i kwantyfikacja brązowych i beżowych adipocytów są niezbędne do lepszego zrozumienia kontroli molekularnej tych tkanek tłuszczowych. Obecnie 18pozytonowych badań emisyjnych (PET) F-fluorodeoksyglukozy ([18F]FDG) w połączeniu z tomografią komputerową (CT) pozostaje złotym standardem w charakterystyce termogenicznych komórek brązowych i beżowych w badaniach klinicznych8. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) wykorzystuje silne pola magnetyczne i impulsy o częstotliwości radiowej do tworzenia szczegółowych struktur anatomicznych. W porównaniu z tomografią komputerową, rezonans magnetyczny generuje obrazy narządów i tkanek miękkich o wyższej rozdzielczości. Poniżej przedstawiono protokół wizualizacji i kwantyfikacji funkcjonalnych brązowych i beżowych tłuszczów w modelach mysich po aklimatyzacji do ekspozycji na zimno, co jest powszechnym i najbardziej niezawodnym sposobem wywoływania brązowienia tkanki tłuszczowej. Metoda ta może być zastosowana do charakterystyki termogenicznych magazynów tłuszczowych w małych modelach zwierzęcych z dużą precyzją.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Protokół opisany poniżej jest zgodny z wytycznymi Uniwersytetu w Hongkongu dotyczącymi opieki nad zwierzętami. Zwierzętami wykorzystanymi w badaniu były 8-tygodniowe myszy C57BL/6J.
1. Zabiegi chirurgiczne na zwierzętach i wyzwanie zimnem
2. Kalibracje Micro-PET/MR i konfiguracja przepływu pracy
UWAGA: Obrazowanie Micro-PET/MR jest wykonywane przy użyciu sekwencyjnego systemu PET/MR (patrz Tabela Materiałów). Każda mysz jest umieszczana na stole do obrazowania; najpierw skanuj za pomocą MR w poszukiwaniu anatomicznego odniesienia (widok zwiadowczy) przed przejściem do środka pola widzenia PET (FOV) w celu statycznego [18F]FDG PET, a następnie obrazowania MR w celu odniesienia anatomicznego. W oprogramowaniu obsługującym skaner tworzony jest proces obrazowania (patrz tabela materiałów), aby umożliwić zautomatyzowane, sekwencyjne skanowanie PET/MR przed sesją obrazowania.
3. Wstrzyknięcie [18F]FDG
4. Akwizycja Micro-PET/MR
5. Analiza po obrazowaniu
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Trzy grupy myszy (n = 3 na grupę) przeszły obrazowanie mikro-PET/MR w tym badaniu, gdzie były trzymane w temperaturze termoneutralnej (30 °C) lub niskiej (6 °C) przez 7 dni. Jednej grupie myszy (n = 3) usunięto iBAT (iBATx) przed leczeniem zimnem (Rysunek 1A). Metoda ta doprowadziła do zmiany aktywności białej tkanki tłuszczowej u wszystkich trzech myszy. W szczególności zaobserwowano niezwykły wzrost wychwytu [18F]FDG w iWAT przy użyciu obrazowania mikro-PET/MR (
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
W pracy opisano obrazowanie i kwantyfikację funkcjonalnej brązowej i beżowej tkanki tłuszczowej u małych zwierząt za pomocą PET/MR. Metoda ta wykorzystuje niemetabolizowalny analog glukozy [18F]FDG jako biomarker obrazowy, aby w sposób nieinwazyjny zidentyfikować tkanki tłuszczowe o wysokim zapotrzebowaniu na glukozę. MR zapewnia dobry kontrast tkanek miękkich i może lepiej odróżnić tkankę tłuszczową tłuszczu od sąsiednich tkanek miękkich i mięśni. W połączeniu z PET umożliwia to obr...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Dziękujemy za wsparcie Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (NSFC) - Excellent Young Scientists Fund (Hong Kong and Macau) (81922079), Hong Kong Research Grants Council General Research Fund (GRF 17121520 and 17123419) oraz Hong Kong Research Grants Council Collaborative Research Fund (CRF C7018-14E) na eksperymenty z obrazowaniem małych zwierząt.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 0,9% sterylna sól fizjologiczna | BBraun | 0,9% chlorek sodu do infuzji dożylnej, 500 ml | |
| strzykawka 5 ml | Terumo | SS05L | 5 ml strzykawka Luer Lock |
| Kalibrator dawki | Biodex | Atomlab 500 | |
| Smar do oczu | Alcon Duratears | Sterylna maść nawilżająca do oczu, 3,5 g | |
| Strzykawka insulinowa | Terumo | 10ME2913 | Strzykawka insulinowa 1 ml z igłą |
| Oprogramowanie InterView Fusion | Mediso | Wersja 3.03 | Oprogramowanie do przetwarzania końcowego i analizy obrazu |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, znieczulenie wziewne, 250 ml | |
| Ketamina | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Ketamina 10% roztwór do wstrzykiwań, 10 ml |
| tlenu medycznego | Linde HKO | 101-HR | , czystość 99,5% |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 mg/ml Meloksykam roztwór do wstrzykiwań dla psów i kotów, 10 ml | |
| skaner nanoScan PET/MR | Oprogramowanie Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan | Skaner Mediso | w wersji 3.0 | oprogramowanie operacyjne |
| Klipsy do ran | Reflex 7 | 203-100 | 7mm Klipsy do nawijania ze stali nierdzewnej, 20 klipsów |
| Ksylazyna | Alfasan International BV | HK-56179 | Ksylazyna 2% roztwór do wstrzykiwań, 30 ml |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission