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Method Article
A aquisição de dados dinâmicos de tomografia por emissão de pósitrons (PET) e a reconstrução em intervalos de tempo permitem a análise da conectividade metabólica do cérebro no nível de um único sujeito. Descrevemos um método para adquirir dados dinâmicos de PET [18F]FDG do cérebro de ratos e obter uma matriz de conectividade por meio da extração de curvas de tempo-atividade de volumes de interesse.
Até hoje, a conectividade metabólica do cérebro é estudada principalmente em nível de grupo por meio da aquisição de dados estáticos de tomografia por emissão de pósitrons (PET) de vários indivíduos. Nossos grupos de pesquisa estão atualmente estudando mudanças na conectividade metabólica em vários pontos de tempo após uma hemorragia intracerebral em um nível intrasujeito em ratos. Para investigar a conectividade cerebral metabólica intrassujeito, são necessárias informações temporais da captação do traçador em diferentes regiões do cérebro, o que pode ser obtido por meio de PET dinâmico. Nesta publicação, damos uma descrição detalhada do nosso protocolo de aquisição e análise de dados.
Os dados dinâmicos de PET do cérebro de ratos são adquiridos em um sistema PET pré-clínico dedicado usando 2-desoxi-2-[18F]fluoro-D-glicose ([18F]FDG) como traçador. O marcador é injetado por via intravenosa como um bolus no início da tomografia por emissão de pósitrons. Durante a aquisição de 60 min, os animais são sedados com medetomidina.
Após a aquisição, os dados PET são reconstruídos em trinta e 2 minutos usando um algoritmo de reconstrução iterativa (Maximum-Likelihood Expectation-Maximization). Um atlas parcelado consistindo de vários volumes de interesse (VOIs) é usado para extrair curvas de tempo-atividade de cada VOI, que são então usadas para calcular o coeficiente de correlação de Pearson entre cada par de VOIs.
Este protocolo PET dinâmico permite a avaliação das diferenças de conectividade metabólica entre duas varreduras únicas, em vez de entre grupos de varreduras. Essa abordagem permite o estudo de mudanças na conectividade metabólica dentro de um único sujeito em diferentes pontos de tempo ou a comparação da conectividade metabólica de um indivíduo com um banco de dados normal. Essas comparações podem ser úteis para rastrear a progressão da doença ou auxiliar no diagnóstico de distúrbios neurológicos caracterizados por comunicação interrompida entre regiões do cérebro, como epilepsia ou demência.
A tomografia por emissão de pósitrons (PET) é uma técnica de imagem molecular comumente usada em pesquisas, bem como em ambientes clínicos. Devido ao desenvolvimento de vários traçadores de PET, o PET pode ser usado para estudar a fisiopatologia da doença e monitorar a progressão da doença e a resposta aos tratamentos1. Um dos radiotraçadores mais utilizados é o 2-desoxi-2-[18F]fluoro-D-glicose ([18F]FDG), que permite a imagem do metabolismo da glicose, indicativo de ativação celular. É utilizado em oncologia para diagnóstico, estadiamento e prognóstico; em neurologia, comumente no contexto de doenças neurodegenerativas, como demência; e em cardiologia, para diagnosticar condições como a sarcoidose, para citar apenas alguns exemplos 1,2,3.
A avaliação da conectividade metabólica cerebral, obtida a partir de dados de [18F] FDG PET, refere-se às relações funcionais entre a captação do traçador em diferentes regiões do cérebro. Essa abordagem permite o cálculo de uma "matriz de conectividade" selecionando um conjunto de regiões cerebrais, que podem fornecer informações sobre como diferentes partes do cérebro interagem e funcionam juntas. Esse tipo de análise é particularmente útil para estudar a função cerebral na saúde e na doença, incluindo condições como demência, epilepsia e outros distúrbios neurológicos 4,5.
O primeiro estudo avaliando a conectividade cerebral metabólica já data da década de 19806, mas os pesquisadores exploraram principalmente a conectividade cerebral estrutural, também conhecida como "conectoma"7, por meio de ressonância magnética ponderada em difusão (DW-MRI). Além disso, a conectividade funcional usando técnicas como ressonância magnética funcional (fMRI), eletroencefalografia (EEG) e magnetoencefalografia (MEG) tem sido amplamente investigada por várias décadas 8,9.
Recentemente, recuperou-se o interesse em estudar a conectividade metabólica do cérebro usando [18F] FDG PET, não apenas por conta própria, mas também em combinação com outras formas de conectividade cerebral10. No entanto, devido à natureza "estática" inerente das imagens PET (em contraste com, por exemplo, ressonância magnética funcional), a grande maioria dos resultados baseados em PET de rede cerebral são baseados em análise em nível de grupo, onde as correlações entre as regiões cerebrais são calculadas no nível intersujeito. Essa limitação impossibilita a análise intra-sujeito das imagens de PET, o que é essencial para estudos longitudinais que possam rastrear mudanças ao longo do tempo dentro do mesmo indivíduo4. Portanto, o desenvolvimento de métodos que permitam a análise de um único sujeito, como a conectividade molecular dinâmica baseada em PET, é uma importante direção de pesquisa na pesquisa do cérebro que investiga distúrbios de rede, uma vez que abre as portas para o uso da análise de redes moleculares na prática clínica. Portanto, dados dinâmicos de PET foram usados em nosso estudo pré-clínico.
Nossos grupos de pesquisa estão atualmente conduzindo um estudo que examina as mudanças na conectividade metabólica após uma hemorragia intracerebral em um nível intrasujeito em vários pontos de tempo usando o modelo de colagenase de rato11. Para investigar a conectividade cerebral metabólica intrassujeito, são necessárias informações temporais da captação do traçador em diferentes regiões do cérebro, que podem ser obtidas por meio de PET dinâmico. Nas seções a seguir, fornecemos uma descrição detalhada do protocolo de aquisição e análise de dados.
Todos os procedimentos estão de acordo com as diretrizes europeias (diretiva 2010/63/UE), e o protocolo foi aprovado pelo Comitê de Ética Animal local da Universidade de Ghent (ECD 23/33). Doze ratos Sprague Dawley (seis fêmeas, seis machos) foram incluídos no estudo. Seus exames de PET foram obtidos usando o seguinte protocolo em vários momentos, variando de 2 semanas antes a 18 semanas após uma hemorragia intracerebral induzida. No momento do primeiro exame, todos os animais tinham 18 semanas de idade e as fêmeas pesavam 244,8 ± 10,1 g (média ± DP), enquanto os machos pesavam 363,6 ± 13,3 g.
Certifique-se de que os materiais radioativos sejam trabalhados e manuseados apenas por pessoal treinado. Mantenha a dose para funcionários e animais tão baixa quanto razoavelmente possível (ALARA).
1. Aquisição de dados
NOTA: Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre o gerador de imagens PET pré-clínico e o software usado para aquisição de dados. O imager é um scanner PET de 45 detectores (dispostos em 5 anéis) cobrindo um campo de visão axial (FOV) de 13 cm e um FOV transaxial de 7,6 cm, usando cristais LYSO e detectores SiPM. O sistema apresenta uma resolução espacial de 850 μm, uma sensibilidade de 12% e uma resolução de energia de 12,6%12. As etapas a seguir foram escritas com isso em mente.
2. Reconstrução de dados e verificação de qualidade
NOTA: Usando o hardware e o software disponíveis em nosso estudo, todos os dados de PET foram corrigidos para decaimento de radionuclídeos e os sinogramas adquiridos foram reconstruídos com o algoritmo de maximização de expectativa de expectativa de subconjunto ordenado tridimensional (OSEM-3D) usando uma janela de 30% em torno do fotopico de 511 keV. O software de reconstrução OSEM usou suas configurações padrão de 10 subconjuntos com 20 milhões de eventos por subconjunto. As imagens foram reconstruídas em uma matriz transversal de 192 x 192 x 384 com voxels cúbicos de 0,4 mm. Nenhuma correção de atenuação foi realizada.
3. Análise dos dados
NOTA: As etapas 3.1 e 3.2 a seguir são realizadas em um ambiente de software biomédico dedicado à quantificação de dados de PET, usando a Image Registration and Fusion Tool (PFUS) e a General Kinetic Modeling Tool (PKIN).
Uma vez concluída a varredura, o TAC da taxa detectada durante a aquisição pode ser investigado para verificar se há uma injeção e absorção corretas do traçador. A Figura 1 mostra um TAC resultante de todo o FOV do scanner após uma injeção e aquisição bem-sucedidas do traçador (painel A) e um TAC resultante após uma injeção de traçador parcialmente paravenoso (painel B). No caso bem-sucedido, a taxa de contagem aumenta rap...
O protocolo fornecido aqui orienta os usuários através do processo de aquisição de dados PET dinâmicos de 1 h usando [18F]FDG como traçador em ratos. No final, obtém-se uma matriz de correlação de VOIs, que pode ser usada para avaliar a conectividade metabólica em um único Pesquisadores experientes podem ajustar o protocolo para atender às suas necessidades específicas em vários pontos, por exemplo, usando um radiotraçador, tempo de aquisição ou larguras de pe...
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Este trabalho foi apoiado por uma bolsa de pesquisa da Fundação Flamenga de Pesquisa [G0A7422N].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antisedan | Orion Pharma | Atipamezole hydrochloride 5 mg/mL | |
BD Micro-Fine+ insulin syringe 1 mL | BD | 324827 | 0.33 mm (29G) x 12.7 mm |
BD Microlance 3 Needles 30 G x 1/2" | BD | 304000 | 30 G x 1/2"; 0,3 x 13 mm |
BD Plastipak syringe 1 mL | BD | 303172 | for infusion pump |
BTPE-10 Polyethylene tubing | Instech | 0.11x.024in (.28x60mm) | |
Domitor | Orion Pharma | 1070499 | Medetomidine hydrochloride 1 mg/mL |
Fusion 100 infusion pump | Chemyx Inc. | 07100 | Newer model available: Fusion 100X |
Isoflutek 1000 mg/g | Alivira | Isoflurane | |
MOLECUBES β-CUBE with CUBEFLOW software | MOLECUBES NV | Preclinical PET scanner | |
PMOD Software version 4.4 | Bruker Corporation | http://www.pmod.com; quantification of PET data | |
Saline | B. Braun | 394496 | NaCl 0.9% |
Vidisic eye gel | Vidisic | Carbomerum 980 2 mg/g |
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