Определение Метаболизм глюкозы Kinetics Использование<sup&gt; 18</sup&gt; F-ФДГ Micro-PET / CT

Резюме

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.

Аннотация

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.

Введение

Цель данного исследования заключалась в разработке позитронно - эмиссионной томографии / компьютерной томографии (ПЭТ / КТ) на основе методологии для количественного определения в естественных условиях, в режиме реального времени поглощение глюкозы из крови в специфических тканях у мышей. Это было достигнуто с использованием ¹⁸ Р-меченной фтордезоксиглюкозы (ФДГ) , чтобы измерить поглощение глюкозы и кинетическое моделирование для оценки темпов ¹⁸ поглощения F-ФДГ из плазмы в межклеточное пространстве, скорость переноса из внутриклеточного пространства в плазму крови и скорости ¹⁸ F-ФДГ фосфорилирования.

У грызунов, ¹⁸ F-ФДГ был использован в доклинической оценки многочисленных методов лечения рака ^1, исследований прогрессии ² опухоли и опухоли метаболизма ^3, а также визуализации коричневых жировых депо ^{4, 5} neuroinflamation и мозг метаболизма ⁶ .

Традиционные методы , используемые для изучения тканеспецифического поглощения глюкозы у мышей и крыс () обычно включает в себя лечение с 2-дезоксиглюкозой меченой либо ³ H или ¹⁴ C с последующей эвтаназией, сбором ткани и измерением радиоактивности в каждой ткани ^7. Использование ПЭТ / КТ позволяет неинвазивного определения поглощения глюкозы и метаболизма в различных органах и регионах одновременно в живых животных. Кроме того, как эвтаназии не является обязательным требованием, этот метод пригоден для использования в продольных исследованиях.

Сахарный диабет 2 типа (T2DM) характеризуются нарушенным метаболизмом глюкозы и гипергликемией вторичной по отношению к снижению реактивности тканей к инсулину (инсулинорезистентность) и неспособность поджелудочной железы производить -клетках достаточного количество инсулина ^8. Кинетический анализ усвоения глюкозы и метаболизм может дать важную информацию омеханизм действия и эффективности терапевтических вмешательств, а также позволяет для расширенного мониторинга прогрессирования заболевания.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Все процедуры , описанные в данном исследовании , были утверждены округа и университета комитетов Сидней животных этики Сидней местного здравоохранения и затем Руководство NIH по уходу и использованию лабораторных животных, Восьмое издание (2011).

1. Подготовка животных

Примечание: В этом протоколе мужского дБ / дБ мышей (BKS.Cg- Dock7 ^м + / + Lepr ^дБ / J) , не были сохранены в группе корпус с вволю доступом к Chow и воду до 6 - недельного возраста. Во время обработки изображений, мышей взвешивали ~ 30 г. Все мыши, используемые в этом протоколе были натощак уровень глюкозы в крови от 10 до 14 ммоль / л.

1. При необходимости, быстро мышей. В настоящем примере, быстро мышей в течение 5 ч до начала экспериментальной процедуры.
2. Treat мышей с желаемым агентом (например , лекарственное средство, белок, пептид) перед началом визуализации. В этом примере, вводить подкожную инъекцию инсулина (3Ед / кг инсулина человека) или эквивалентный объем PBS, за 30 мин до начала визуализации.

2. Настройка рабочего процесса

Примечание: Этот протокол был реализован на сканере ПЭТ / КТ. Приобретать данные ПЭТ первым, а затем получение данных КТ.

1. Настройки ПЭТ:
   1. Выбор изотопа , как ¹⁸ F, установить длительность сканирования 3600 с, а верхний и нижний энергетический уровень дискриминации до 350 кэВ - 650 кэВ ( по умолчанию) с окном совпадения синхронизации от 3.432 нс ( по умолчанию). Гистограмма данные списка режима в 16 кадров (6 × 10 с, 4 × 60, 1 × 300 с, 5 × 600 с) за период 0 - 60 мин после инъекции трассирующей. Восстанавливает излучение синограмм с использованием 2D-FBP с увеличением 1.5.
      Примечание: Восстановленные изображения состояли из 16 динамических кадров, каждый из которых 128 × 128 × 159 вокселей и размер воксела 0,52 × 0,52 × 0,796 мм ^3.
2. Параметры CT:
   1. Длявсе тело КТ, установить ток при 500 А, напряжение при 50 кВ, время экспозиции 500 мс и 200 выступов над 360 вращения. В поле детектора зрения (FOV) до 30722048, числа позиций кровати до 3 (чтобы покрыть полный диапазон ПЭТ F), перекрытие между слоем позицией = 30.234713% и детектором биннингом до 4.
      Примечание: реконструкция КТ была выполнена с использованием конусной лучевой томографии программного обеспечения восстановления изображений с ХА калибровки, билинейной интерполяции и Shepp-Логан фильтр.
3. ¹⁸ F-ФДГ:
   1. Заказ достаточного ¹⁸ F-ФДГ (например , 450 МОк в 0,5 мл) от местного поставщика , чтобы прибыть ~ 30 минут до первой инъекции. Аликвоты и разбавить ¹⁸ F-ФДГ таким образом , чтобы животные получали ~ 10 МБк ¹⁸ F-ФДГ в конечном объеме 0,1 мл.

3. Протокол обработки изображений

1. Вытирают индукционную камеру и кровать изображений с 80% (об / об) этанола для поддержания асептических условий. Пласе мыши в индукционной камере и анестезия с 5% изофлураном в кислороде.
2. Поместите мышь на кровать с изображением, снабженной электрической грелкой, чтобы поддерживать температуру тела и испаритель носового конусом точности для доставки изофлурана (техническое обслуживание, 1,5 - 2%) при скорости потока 1 л / мин. Применение глазной мази на глаза, чтобы предотвратить сухость во время под наркозом.
3. Поместите мышь в положении лежа на сенсорной панели, чтобы контролировать дыхание и обеспечить адекватный плоскость анестезии сохраняется.
4. Теплый хвост с использованием теплового пакета в течение 1 - 2 мин, чтобы расширить боковую хвостовую вену. Катетеризировать боковую хвостовую вену, вставляя 30 калибра иглу в боковую хвостовую вену. Закрепите иглу на месте с хирургическим клеем и закрепить катетер.
5. Загрузка изображений кровать в сканер и перемещать кровать через машину так, чтобы катетер можно получить доступ с задней стороны машины.
6. Прикрепите катетер к шприцу ¹⁸ F-ФДГА в СыреВодитель Инге. Вычислить точную ¹⁸ F-ФДГ дозы (10 МБк) на основе активности в шприц перед инъекцией и объем , чтобы вводить (<100 мкл, впрыскиваемого в течение 10 с).
7. Для того, чтобы свести к минимуму влияние анестезии на изменчивость глюкозы, обеспечить постоянное время между индукцией анестезии и инъекции ¹⁸ F-ФДГ (например, 30 мин).
8. Начинают ПЭТ непосредственно перед инъекцией ¹⁸ F-ФДГ. После завершения сканирования ПЭТ (3600 сек), выполнить КТ (~ 10 мин), чтобы обеспечить совместную регистрацию поглощения радиотрейсер с тканями.
9. Перемещение кровати изображений в исходное положение, удалить животное от кровати.
10. На данный момент усыпить животное или позволить ему восстановить:
    1. Для эвтаназии, выполнять цервикальную дислокацию в то время как все еще под наркозом и собирают органы, представляющие интерес для последующего анализа.
    2. Если мышь позволяет восстановить, поместить мышь в одном корпусе на грелку илив передней части нагревательной лампы. Монитор мыши, пока он не пришел в сознание достаточного для поддержания грудины лежачее. Разрешить мыши, чтобы восстановить в течение 1 часа, прежде чем вернуться в группу жилья.

4. Обработка изображений ПЭТ

Примечание: реконструкция изображения была выполнена с использованием рабочего места приобретения программного обеспечения v1.5.0.28 и анализа в исследование программного обеспечения на рабочем месте v4.2.

1. Со-регистр КТ и ПЭТ изображений и гарантировать, что выравнивание является правильным во всех 3-х измерениях.
   1. В меню «Файл» выберите «Folder Search / Импорт» и выберите папку, содержащую данные. Выберите нужные данные ПЭТ и КТ и нажмите на вкладку «Общий анализ».
   2. Сортировка данных так, что CR будет называться «Источник» и ПЭТ назначенные «Target». В меню «WorkFlow», выберите «Регистрация». Если изображения требуют регулировок, чтобы быть правильно совмещались, использовать инструменты яМеню е «Регистрация».
2. В меню «Workflow», выберите «ROI КОЛИЧЕСТВЕННУЮ».
   1. Использование функций в «Pan» и «Уменьшить» на вкладке «Изображение», чтобы найти нужный регион. В меню «Сервис», выберите вкладку «Создать» и нажмите на значок кисточки. Нарисуйте ROI на изображении
3. Извлечение кривых времени активности, выбрав «Сохранить ROI КОЛИЧЕСТВЕННАЯ» из меню «Сохранить». Сохранение данных в виде файла CSV.
4. Количественно поглощение радиоактивности в Бк на см ³ ткани. Преобразование значения в процентах от введенной дозы на см ³ (% ID / см ³⁾ путем загрузки файла CSV - в электронную таблицу.

5. Входные функции

1. Для исправления для функции рассеяния точки системы, деконволюции оценочной системы PSF в течение 5 итераций с использованием методы деконволюции reblurred Ван Циттерто , как описано выше ^9.
   Примечание: Это необходимо из-за небольшой размером Вена Кава у мыши.
2. Использование почтовых изображений деконволюции, чтобы сгенерировать кривую функции времени активности входа в крови, как описано выше.

6. Кинетическое моделирование

Примечание: ФДГ две ткани модель отсека (Рисунок 1) требует функции входа плазмы.

1. Преобразование функция ввода крови в CSV файл для функции входа плазмы , используя следующее уравнение ^10: Input_plasma = Input_blood × (0,386 е ^{- 0.191t} + 1,165).
2. В кинетическом инструмент моделирования нажмите кнопку «Kinetic». Импорт ткани и плазмы общая активность подсчитывать CSV файлов в кинетическом инструмент моделирования, выбрав «Load Time Activity Curve» из «Меню».
3. В меню «Модель» выберите 2 отделение ткани. Убедитесь, что флажок рядом с К4 невыбранныйи введите значение 0. Для начального фитинга, снимите флажок Vb объем крови (фракция) и введите значение в 2%.
4. Нажмите кнопку «Fit текущего региона». Правильно извлеченная область интереса для диспергирования ^{11, 12.} Достичь этого путь минимизации хи-квадрат значения для модели ФДГА в разное время диспергирования.
5. Выполните вторую посадку , используя значение с плавающей Vb (флажок рядом с полем для Vb) и оптимизированное значение дисперсии для расчета константы скорости региональной (K ₁ -k _3). Рассчитывают региональный приток постоянной , как K _я = (к ₁ × K ₃₎ / (K ₂ + к _3).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Ранее мы использовали / модель мыши дб дб исследовать влияние увеличения плазменных уровней апоА-I на кинетику поглощения глюкозы и метаболизме ^13. В этом исследовании мы использовали дБ / дБ мышей , получавших инсулин , чтобы продемонстрировать полезность ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Протокол, описанный здесь, представляет собой надежную, неинвазивный методику для определения кинетики поглощения глюкозы из крови в ткани и последующего обмена веществ у мышей.

ДБ / дБ мышь является является хорошо создан животной моделью сахарного диабета 2 типа

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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