JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

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.

Özet

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.

Giriş

Bu çalışmanın amacı, bir pozitron emisyonu tomografisi / bilgisayarlı tomografi (PET / BT) farelerde spesifik dokular içine kan akımından glikoz, in vivo, gerçek zamanlı alımı ölçmek için temel yöntem geliştirmektir. Bu hücre içi alan, plazma, hücre içi boşluktan taşıma hızı ve oranı ile plazmadan 18F-FDG tutulumunun oranlarını tahmin etmek için glikoz alımını ve kinetik modelleme ölçmek için 18F-işaretli florodeoksiglükoz (FDG) kullanılarak elde edildi 18F-FDG fosforilasyonu.

Kemirgenlerde, 18F-FDG çok sayıda kanser tedavileri 1, tümör ilerlemesi 2 ve tümör metabolizması 3 çalışmaları yanı sıra kahverengi yağ depoları 4, nöro-inflamasyonun 5 ve beyin metabolizmasının 6 görüntüleme klinik öncesi değerlendirme kullanılmıştır Sup.

Genellikle her doku 7 ötenazi, doku toplama ve radyoaktivite ölçümü ile takip edilen 3 H ya da 14 C ile 2-deoksiglukoz radyoaktif ile tedavi edilmesini fareler (ve farelerde) glikoz dokuya özgü alımını incelemek için kullanılan geleneksel yöntemler. PET / BT kullanımı canlı hayvanlarda aynı anda birden fazla organ ve bölgelerde glukoz alımı ve metabolizmanın noninvaziv belirlenmesi için izin verir. ötenazi bir gereklilik değildir Buna ek olarak, bu teknik, uzunlamasına çalışmalarda kullanım için uygundur.

Tip 2 diabetes mellitus (T2DM) bozulmuş glikoz metabolizması ve insülin indirgenmiş doku yanıt sekonder hiperglisemi (insülin direnci) ve insülin 8 yeterli miktarda üretilmesi için pankreas-hücrelerinin yetersizlik ile karakterize edilir. glikoz alımının ve metabolizmanın Kinetik analiz içine önemli bilgiler sunabilireylem ve terapötik tedavi başarısının mekanizması olarak hastalığın ilerlemesi ileri izleme sağlar.

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

Protokol

Bu çalışmada açıklanan tüm işlemler Sidney Yerel Sağlık İlçesi ve Sydney Hayvan Etik Kurulların Üniversitesi tarafından onaylanmış ve laboratuvar hayvanlarının bakımı ve kullanımı, Sekizinci baskı (2011) için NIH Kılavuzu izlendi.

1. Hayvan hazırlanması

NOT: Bu protokol Erkek db / db fareler (BKS.Cg- Dock7 m + / + Leprdb / J) 6 haftalık kadar grup mamasına erişim mahfaza ve su içinde muhafaza edilmiştir. görüntüleme zamanında, fareler, ~ 30 gramdı. Bu protokolde kullanılan bütün fareler, 10 ile 14 mmol / L arasında insülin seviyesini açlık vardı.

  1. Gerekirse, fareler oruç. Bu örnekte, deney prosedüründen önce, 5 saat boyunca fareler hızlı.
  2. Görüntüleme başlamasından önce arzu edilen maddenin (örneğin, bir ilaç, bir protein, peptid) ile fareler tedavi edin. Bu örnekte, 3. insülin deri altına enjeksiyon (yönetmekU / kg insan insülini) veya eşdeğer bir hacim PBS, 30 dakika görüntüleme başlamasından önce.

2. kurma İş Akışı

NOT: Bu protokol, bir PET / CT tarayıcı üzerinde gerçekleştirildi. BT veri alımını takiben ilk PET verileri elde edin.

  1. PET ayarları:
    1. 18F olarak seçin izotop, 3.600 s tarama süresini ayarlamak ve 350 keV üst ve alt düzey enerji ayrım - 650 keV (varsayılan) 3,432 ns (varsayılan) bir çakışma zamanlama penceresi. İzleyici, enjeksiyondan sonra 60 dakika - süresi 0 16 kare (6 x 10 s, 4 x 60 s, 1 x 300 s, 5 x 600 ler) içine histogram liste modu veri. Bir zoom 1.5 ile 2D-FBP kullanarak sinograms emisyonunu yeniden yapılandırma.
      Not: yeniden görüntü 128 x 128 x 159 vokseller ile 16 dinamik çerçeveler, her bir oluşuyordu ve 0.52 x 0.52 x 0.796 mm3 bir voksel boyutu.
  2. BT ayarları:
    1. İçinbir bütün vücut CT taraması, 50 kV, maruz kalma süresi 500 ms ve 360 ​​dönüş hareketi, 200, uzantılar en, 500 A gerilimi akımı ayarlayın. (Tam bir PET FoV aralığı kapsayacak) 3, 30722048 için yatak pozisyonların sayısı (FOV) detektör alanını alan yatak pozisyonları = 30,234713 ve% 4 detektör kümeleştirme arasındaki örtüşme.
      NOT: BT rekonstrüksiyonu HU kalibrasyonu, iki-doğrusal enterpolasyon ve Shepp-Logan filtresiyle koni ışın tomografi görüntü rekonstrüksiyon yazılımı kullanılarak yapıldı.
  3. 18F-FDG:
    1. Yeterli 18F-FDG için (örneğin 0.5 mL 450 MBq) yerel bir sağlayıcıdan, ilk enjeksiyondan önce ~ 30 dakika gelmesi. Hayvanlar alabilmesi için kısım ve 0.1 mL'lik nihai bir hacimde ~ 18F-FDG 10 MBq 18F-FDG seyreltin.

3. Görüntüleme Protokolü

  1. aseptik koşullar korumak için% 80 (h / h) etanol ile indüksiyon odası ve görüntüleme yatak silin. PlaBir indüksiyon odasında fare ce ve oksijen içinde% 5 izofluran ile anestezi.
  2. 1 L / dakikalık bir akış oranında - (% 2 bakım, 1,5) izofluran sağlamak için vücut ısısını korumak için bir elektrikli ısıtma yastığı ve bir hassas buharlaştırıcı ucu koni takılmış bir görüntüleme yatağa fare yerleştirin. anestezi altında iken kuruluğunu önlemek için gözlerin üzerine oftalmik merhem uygulayın.
  3. nefes izlemek ve anestezi yeterli düzlem korunmasını sağlamak için bir sensör pad üzerinde yüzükoyun pozisyonda fare yerleştirin.
  4. lateral kuyruk damarı genişletmek için 2 dakika - 1 için bir ısı paketi kullanılarak kuyruk ısıtın. lateral kuyruk damarına bir 30-gauge iğne sokarak lateral kuyruk veni kateter. cerrahi yapıştırıcı ile yerinde iğne sabitleyin ve kateter sabitleyin.
  5. Yük görüntüleme tarayıcıya yatak ve kateter makinenin arkasına erişilebilir, böylece makinenin içinden yatağa taşımak.
  6. Bir Syr 18F-FDG şırıngaya kateter takıninge sürücüsü. Enjeksiyon ve tatbik edilecek hacim (<100 uL, 10 s üzerine enjekte) önce şırıngada aktivitesine dayanarak tam 18F-FDG doz (10 MBq) hesaplayın.
  7. Glukoz alımının değişkenliğine anestezi etkisini en aza indirmek için, anestezinin indüksiyonu ve (örneğin, 30 dakika) 18F-FDG enjeksiyon arasında sabit bir zaman sağlamak.
  8. PET 18F-FDG enjeksiyonundan hemen önce tarama başlar. PET taraması (3.600 ler) bittikten sonra, dokular ile Radyoaktif alımının birlikte kaydedilmesi için izin vermek için bir CT taraması (~ 10 dakika) gerçekleştirmek.
  9. , Başlangıç ​​pozisyonuna görüntüleme yatak taşı yatakta hayvan kaldırmak.
  10. Bu noktada hayvan euthanize veya kurtarmak için izin:
    1. Ötenazi için, anestezi altında hala iken servikal dislokasyon gerçekleştirmek ve sonraki analiz için ilgi organları toplamak.
    2. Fare kurtarmak için izin varsa, ısıtıcı bir ped üzerine tek bir gövde içinde fare koyun veyabir ısıtma lambası önünde. sternal yatma korumak için yeterli kendine geldi kadar fare izleyin. Fare grubu konut dönmeden önce 1 saat geri kazanılması için izin verin.

4. PET görüntü işleme

NOT: Görüntü rekonstrüksiyon araştırma işyeri yazılım v4.2 içinde edinim işyeri yazılım v1.5.0.28 ve analizi kullanılarak yapıldı.

  1. BT ve PET görüntüleri Co-kayıt ve hizalama 3-boyutlu doğru olduğundan emin olun.
    1. 'Dosya' menüsünden, 'Klasör Arama / Al' ı seçin ve verileri içeren klasörü seçin. İstenilen PET ve BT verileri seçin ve 'Genel Analiz' sekmesine tıklayın.
    2. Sıralama CR Kaynak "olarak adlandırılır ve PET 'Hedefi' olarak adlandırılır, böylece veriler. 'İş Akışı' menüsünde, 'Kayıt' seçin. görüntüler ayar gerektiriyorsa th araçları kullanmak doğru kayıtlı eş olmake 'Kayıt' menüsü.
  2. 'İş Akışı' menüsünde 'ROI miktarının belirlenmesi' seçin.
    1. İstediğiniz bölgeyi bulmak için 'Resim' sekmesinde 'Pan' ve 'Zoom' işlevlerini kullanın. 'Araçlar' menüsünden 'Oluştur' sekmesini seçin ve fırça simgesini tıklayın. Görüntünün YG'sine çizin
  3. 'Kaydet' menüsünden 'Kaydet ROI miktarının belirlenmesi' seçerek zaman-aktivite eğrileri Özü. CSV dosyası olarak verileri kaydedin.
  4. Doku cm3 başına Bq olarak radyoaktivite alımını ölçmek. CSV bir elektronik tabloya dosyasını yükleyerek cm3 (% ID / cm3) başına enjekte edilen dozun yüzdesi olarak değerleri dönüştürür.

5. Girdi Fonksiyonu

  1. Sistem nokta dağılım fonksiyonu için düzeltmek için, daha önce tarif edildiği gibi 9 reblurred Van Cittert ters evrişim yöntemi kullanılarak 5 iterasyon için tahmin edilen sistem PSF deconvolve.
    NOT: Bunun nedeni fare vena kava küçük boyutu için gereklidir.
  2. Yukarıda tarif edildiği gibi, bir kan giriş fonksiyonu zaman-aktivite eğrisi oluşturmak için sonrası ters evrişim görüntüleri kullanın.

6. Kinetik modelleme

Not: FDG, iki doku bölümünde modeli (Şekil 1), plazma giriş fonksiyonu gerektirir.

  1. CSV kan giriş fonksiyonu aşağıdaki denklem 10 kullanılarak plazma giriş fonksiyonuna dosya dönüştürme: Input_plasma = Input_blood x (0.386 E - 0.191t + 1.165).
  2. kinetik modelleme aracında 'Kinetik' butonuna tıklayın. Doku ve plazma toplam etkinlik 'Menü' den 'Yükleme Süresi Etkinlik Curve' seçerek kinetik modelleme aracı haline CSV dosyalarını saymak içe aktarın.
  3. 'Model' menüsünde 2 doku bölmeleri seçin. Bir sonraki k4 için kutusunu işaretlemeden olduğundan emin olunve ilk kez yerleştirilmesi için 0 değeri girmek vB için kutu (kan hacmi fraksiyonu) işaretini ve% 2 arasında bir değere girin.
  4. 'Fit akım bölgesini tıklayın. Dispersiyon 11, 12 için ilgi ekstre bölge düzeltin. farklı dağılım kez FDG model ki-kare değeri en aza indirerek bu elde edin.
  5. (K 1 -k 3) bölgesel oran sabitlerini hesaplamak için yüzen vB değeri (sonraki vB için kutuya onay kutusunu) ve optimize edilmiş dağılım değeri kullanılarak ikinci bir uyum gerçekleştirin. I = (k, 1 x k3) K gibi sabit bölge akını / (k 2 + k3) hesaplayın.

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

Sonuçlar

Daha önce glikoz alımının ve metabolizma 13 kinetikleri üzerinde plazma apoA-I düzeylerini arttırma etkisini araştırmak için, db / db fare modelini kullandık. Bu çalışmada gerçek zamanlı olarak gastroknemius kas içine plazmadan 18F-FDG alımını izlemek için, PET / BT görüntüleme yararını gösteren insülin ile muamele edilen db / db fareler kullanılmaktadır.

Altı h...

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

Tartışmalar

Burada açıklanan protokol farelerdeki kan dokusu içine akışına ve daha sonra metabolizmasından glukoz alımının kinetiklerini belirlemek için sağlam, invazif olmayan bir yöntem gösterir.

Db / db fare insülin direnci ve ilgili müdahaleler incelemek için yaygın olarak kullanılmış olan, tip 2 diyabet 14 köklü bir hayvan modeli olduğu. Fakat daha önceki çalışmalarda sadece kalp 15 ve kalp ve iskelet kasında

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

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Teşekkürler

This work was supported by a National Imaging Facility Subsidised Access Grant to BJC, a National Health and Medical Research Council of Australia program grant (482800) to KAR and PJB. The authors would like to thank Andrew Arthur, Hasar Hazme and Marie-Claude Gregoire for support in developing this method.

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

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
PET/CT ScannerSiemensInveon 
18F-FDGPETNET Solutions
IsofluranePharmachem
30 guage needleBD305106
PMOD modelling softwarePMOD Technologies
BKS.Cg-Dock7m +/+ Leprdb/J miceJackson Laboratory000642
Human insulinSigma-Aldrich

Referanslar

  1. Jensen, M. M., Kjaer, A. Monitoring of anti-cancer treatment with (18)F-FDG and (18)F-FLT PET: a comprehensive review of pre-clinical studies. Am J Nucl Med Mol Imaging. 5, 431-456 (2015).
  2. Duncan, K., et al. (18)F-FDG-PET/CT imaging in an IL-6- and MYC-driven mouse model of human multiple myeloma affords objective evaluation of plasma cell tumor progression and therapeutic response to the proteasome inhibitor ixazomib. Blood Cancer J. 3, e165(2013).
  3. Wang, Y., Kung, A. L. 18F-FDG-PET/CT imaging of drug-induced metabolic changes in genetically engineered mouse lung cancer models. Cold Spring Harb Protoc. 2015, 176-179 (2015).
  4. Wang, X., Minze, L. J., Shi, Z. Z. Functional imaging of brown fat in mice with 18F-FDG micro-PET/CT. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2012).
  5. Radu, C. G., Shu, C. J., Shelly, S. M., Phelps, M. E., Witte, O. N. Positron emission tomography with computed tomography imaging of neuroinflammation in experimental autoimmune encephalomyelitis. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 1937-1942 (2007).
  6. Toba, S., et al. Post-natal treatment by a blood-brain-barrier permeable calpain inhibitor, SNJ1945 rescued defective function in lissencephaly. Sci Rep. 3, 1224(2013).
  7. Halseth, A. E., Bracy, D. P., Wasserman, D. H. Overexpression of hexokinase II increases insulinand exercise-stimulated muscle glucose uptake in vivo. Am J Physiol. 276, E70-E77 (1999).
  8. Defronzo, R. A. Banting Lecture. From the triumvirate to the ominous octet: a new paradigm for the treatment of type 2 diabetes mellitus. Diabetes. 58, 773-795 (2009).
  9. Tohka, J., Reilhac, A. Deconvolution-based partial volume correction in Raclopride-PET and Monte Carlo comparison to MR-based method. NeuroImage. 39, 1570-1584 (2008).
  10. Wu, H. M., et al. et al. In vivo quantitation of glucose metabolism in mice using small-animal PET and a microfluidic device. J Nucl Med. 48, 837-845 (2007).
  11. Oikonen, V. Model equations for the dispersion of the input function in bolus infusion PET studies. , Available from: http://www.turkupetcentre.net/reports/tpcmod0003.pdf (2002).
  12. Iida, H., et al. Error analysis of a quantitative cerebral blood flow measurement using H2(15)O autoradiography and positron emission tomography, with respect to the dispersion of the input function. J Cereb Blood Flow Metab. 6, 536-545 (1986).
  13. Cochran, B. J., et al. In vivo PET imaging with [18F]FDG to explain improved glucose uptake in an apolipoprotein A-I treated mouse model of diabetes. Diabetologia. 59, 1977-1984 (2016).
  14. Kobayashi, K., et al. The db/db mouse, a model for diabetic dyslipidemia: molecular characterization and effects of Western diet feeding. Metabolism. 49, 22-31 (2000).
  15. Yue, P., et al. Magnetic resonance imaging of progressive cardiomyopathic changes in the db/db mouse. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 292, H2106-H2118 (2007).
  16. Hagberg, C. E., et al. Targeting VEGF-B as a novel treatment for insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 490, 426-430 (2012).
  17. Alf, M. F., et al. Quantification of brain glucose metabolism by 18F-FDG PET with real-time arterial and image-derived input function in mice. J Nucl Med. 54, 132-138 (2013).
  18. Tantawy, M. N., Peterson, T. E. Simplified [18F]FDG image-derived input function using the left ventricle, liver, and one venous blood sample. Molecular imaging. 9, 76-86 (2010).
  19. Thorn, S. L., et al. Repeatable noninvasive measurement of mouse myocardial glucose uptake with 18F-FDG: evaluation of tracer kinetics in a type 1 diabetes model. J Nucl Med. 54, 1637-1644 (2013).
  20. Wagner, R., Zimmer, G., Lacko, L. An interspecies approach to the investigation of the red cell membrane glucose transporter. Biochim Biophys Acta. 771, 99-102 (1984).
  21. Flores, J. E., McFarland, L. M., Vanderbilt, A., Ogasawara, A. K., Williams, S. P. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging: sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Mol Imaging Biol. 10, 192-200 (2008).

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

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

T pSay 123diyabetglukoz al mkinetik modellemeFDG PETCT

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır