Name: continuous blood sampling in small animal positron emission tomography/computed tomography enables the measurement of the arterial input function
Uploaded: 2019-08-08T14:00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function at JoVE.com

Forfatterne anerkender taknemmeligt Susann Lehmann, Iloana Klamfuß og Petra Wolff for husdyravl og pleje og Matthias Wyss for støtte under etableringen af online blodprøvetagning system. PET/CT for små dyr blev finansieret af Deutsche Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG).

<ol>
	<li>Schain, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arterial+input+function+derived+from+pairwise+correlations+between+PET-image+voxels.">Arterial input function derived from pairwise correlations between PET-image voxels.</a> Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 33 (7), 1058-1065 (2013).</li><li>Schain, M., Zanderigo, F., Mann, J. J., Ogden, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+the+binding+potential+BPND+without+a+reference+region+or+blood+samples+for+brain+PET+studies.">Estimation of the binding potential BPND without a reference region or blood samples for brain PET studies.</a> NeuroImage. 146, 121-131 (2017).</li><li>Bentourkia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+Input+Function+at+the+Entry+of+the+Tissue+of+Interest+and+Its+Impact+on+PET+Kinetic+Modeling+Parameters.">Determination of the Input Function at the Entry of the Tissue of Interest and Its Impact on PET Kinetic Modeling Parameters.</a> Molecular Imaging and Biology. 17 (6), 748-756 (2015).</li><li>Phelps, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> PET. , (2004).</li><li>Laforest, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+input+functions+in+rodents:+challenges+and+solutions.">Measurement of input functions in rodents: challenges and solutions.</a> Nuclear Medicine and Biology. 32 (7), 679-685 (2005).</li><li>Napieczynska, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+the+Arterial+Input+Function+Recording+Method+on+Kinetic+Parameters+in+Small-Animal+PET.">Impact of the Arterial Input Function Recording Method on Kinetic Parameters in Small-Animal PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 59 (7), 1159-1164 (2018).</li><li>Sijbesma, J. W. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Approach+to+Repeated+Arterial+Blood+Sampling+in+Small+Animal+PET:+Application+in+a+Test-Retest+Study+with+the+Adenosine+A1+Receptor+Ligand+[(11)C]MPDX.">Novel Approach to Repeated Arterial Blood Sampling in Small Animal PET: Application in a Test-Retest Study with the Adenosine A1 Receptor Ligand [(11)C]MPDX.</a> Molecular Imaging and Biology: MIB: the Official Publication of the Academy of Molecular Imaging. 18 (5), 715-723 (2016).</li><li>Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femoral+arterial+and+venous+catheterization+for+blood+sampling,+drug+administration+and+conscious+blood+pressure+and+heart+rate+measurements.">Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements.</a> Journal of Visualized Experiments. (59), e3496 (2012).</li><li>Weber, B., Burger, C., Biro, P., Buck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+femoral+arteriovenous+shunt+facilitates+arterial+whole+blood+sampling+in+animals.">A femoral arteriovenous shunt facilitates arterial whole blood sampling in animals.</a> European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 29 (3), 319-323 (2002).</li><li>Liu, H. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microvascular+anastomosis+of+submillimeter+vessels-a+training+model+in+rats.">Microvascular anastomosis of submillimeter vessels-a training model in rats.</a> Journal of Hand and Microsurgery. 5 (1), 14-17 (2013).</li><li>van der Weerdt, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-derived+input+functions+for+determination+of+MRGlu+in+cardiac+(18)F-FDG+PET+scans.">Image-derived input functions for determination of MRGlu in cardiac (18)F-FDG PET scans.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 42 (18), 1622-1629 (2001).</li><li>Alf, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+brain+glucose+metabolism+by+18F-FDG+PET+with+real-time+arterial+and+image-derived+input+function+in+mice.">Quantification of brain glucose metabolism by 18F-FDG PET with real-time arterial and image-derived input function in mice.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 54 (1), 132-138 (2013).</li><li>Eriksson, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+computerized+infusion+pump+for+control+of+tissue+tracer+concentration+during+positron+emission+tomography+in+vivo+pharmacokinetic/pharmacodynamic+measurements.">A computerized infusion pump for control of tissue tracer concentration during positron emission tomography in vivo pharmacokinetic/pharmacodynamic measurements.</a> BMC Medical Physics. 8, 2 (2008).</li><li>Burger, C., Buck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracer+kinetic+modelling+of+receptor+data+with+mathematical+metabolite+correction.">Tracer kinetic modelling of receptor data with mathematical metabolite correction.</a> European Journal of Nuclear Medicine. 23 (5), 539-545 (1996).</li><li>Iida, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 6 (5), 536-545 (1986).</li><li>Munk, O. L., Keiding, S., Bass, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+to+estimate+dispersion+in+sampling+catheters+and+to+calculate+dispersion-free+blood+time-activity+curves.">A method to estimate dispersion in sampling catheters and to calculate dispersion-free blood time-activity curves.</a> Medical Physics. 35 (8), 3471-3481 (2008).</li><li>Meyer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+correction+for+tracer+arrival+delay+and+dispersion+in+CBF+measurements+by+the+H215O+autoradiographic+method+and+dynamic+PET.">Simultaneous correction for tracer arrival delay and dispersion in CBF measurements by the H215O autoradiographic method and dynamic PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 30 (6), 1069-1078 (1989).</li><li>Lanz, B., Poitry-Yamate, C., Gruetter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-derived+input+function+from+the+vena+cava+for+18F-FDG+PET+studies+in+rats+and+mice.">Image-derived input function from the vena cava for 18F-FDG PET studies in rats and mice.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (8), 1380-1388 (2014).</li><li>Geworski, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicenter+comparison+of+calibration+and+cross+calibration+of+PET+scanners.">Multicenter comparison of calibration and cross calibration of PET scanners.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 43 (5), 635-639 (2002).</li><li>Boellaard, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standards+for+PET+image+acquisition+and+quantitative+data+analysis.">Standards for PET image acquisition and quantitative data analysis.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 50, 11-20 (2009).</li></ol>

Forfatterne har intet at afsløre.

De præsenterede resultater udvindes fra et større projekt om neuronal aktivitet i en transgene dyremodel af Huntingtons sygdom sammenlignet med dværg rotter. I alt 30 transgene og dværg rotter blev kateteriseret og manuel og online blodprøvetagning parallelt med [18F] FDG-PET/CT blev udført. Tre AIF'er af dværg rotter er vist her for at demonstrere rækken af mulige udfald af protokollen. Resultaterne af det komplette projekt om ændringer i neuronal aktivitet i en dyremodel af Huntingtons sygdom vil blive offentliggjort andetsteds.
Den her beskrevne metode muliggør hurtig og præcis kontinuerlig blodprøvetagning i en stor kohorte og giver en uden pauser AIF til kinetisk modellering af dynamiske PET/CT-data i små dyr. En ekstern blodcirkulation genereres for at detektere faktiske tids aktivitet i blodet af dyrene; derfor undgås et blodtab. Den kirurgiske procedure er baseret på Jespersen et al.8 og blev modificeret til at opfylde behovene for arteriel blodprøvetagning under PET/CT-målingerne. Shunt-systemet blev valideret af Weber et al.9. Med den her anvendte opsætning løber et eksternt blodvolumen på ca. 1,1 mL gennem detektor pumpesystemet. En rotte i alderen 4 måneder har et samlet blodvolumen på ca. 30 mL. Diameteren af femoral vene og arterie er ca. 0,45-0,6 mm10 og skal være lidt stivet at indsætte kateteret anvendes.
AIF'EN kan også måles via sporadisk manuel blodindsamling eller rekonstrueres fra tidlige tidspunkter af selve PET-billederne (billed afledt). Begge tilgange blev udført med her præsenterede data og sammenlignet med den kontinuerlige blodprøvetagning.
I forhold til manuel blodprøvetagning, med online blodprøvetagning en mærkbar højere tidsmæssig opløsning (her: 1800 datapunkter pr 30 min) bliver muligt. Manuelle blod trækninger (her: 5 datapunkter pr. 30 min) er begrænset til det blodvolumen, der er til stede i det lille dyr, da disse prøver ikke pumpes tilbage i dyrets cirkulation. Desuden er et maksimuminterval på 10-15 s teknisk gennemførlig, og vigtige oplysninger om kinetisk modellering glemmes. Dette kan også ses i de præsenterede data, som en forskel i den detekterede maksimale af kontinuerlig og manuel blodprøvetagning er indlysende (figur 3a, C, E). Med online blodprøvetagning den detekterede peak var højere end med den billed-afledte inputfunktion af opstigende aorta11 (figur 3B, D, F). Den Imaged-afledte inputfunktion er begrænset til den rumlige opløsning af PET-scannere, som resulterer i delvise volumen effekter12 og påvirkes af de rekonstruerede tidsrammer.
En generel fordel ved denne kontinuerlige blodprøve udtagnings procedure er, at traceren kan påføres via kateteret, som er mindre tilbøjelig til forstyrrelse end injektion via den laterale hale vene. Vær opmærksom på, at traceren skal påføres i moderat volumen for at forhindre, at sporstoffet forbliver i begyndelsen af rørsystemet. For at sikre, at der ikke er nogen aktivitet tilbage i T-stykkets Dead Volume, skylles den med hepariniseret saltvandsopløsning bagefter. Desuden tilrådes brug af en infusionspumpe, da det muliggør justering af hastigheden af Tracer injektion og kan bidrage til mere koordineret erhvervelse af den maksimale radioaktivitet peak med manuel blodprøvetagning13.
Der er et par mulige problemer, der kan opstå under protokol behandling og kan håndteres ved følgende fejlfinding. En sub-optimal placering af katetre kan føre til en ufuldstændig udførelse af protokollen, derfor sikre, at de er nøjagtigt fastgjort med den proksimale sutur, og at kateteret skubbes 2-3 cm proksimalt ind i beholderen. Derudover kan fibrin lim anvendes. Dannelsen af trombi kan også tilstoppe katetre. Dette kan håndteres ved at øge heparin koncentrationen og efterfølgende rødmen af katetre eller rørsystemet. Et sådant suboptimalt udfald som følge af tilstopning af katetre er vist i resultaterne, den maksimale peak er savnet (figur 3E). Et andet kritisk punkt vedrørende dyrebeskyttelse og trivsel er længden af den ekstrudorporeale blodgennemstrømning. Det foreslås derfor at reducere rørsystemets længde til et minimum.
Når blodprøvetagning udføres, skal der tages hensyn til tre korrektioner af den resulterende AIF. For det første, plasma korrektion. Tracers ækvibrere mellem plasma og blodlegemer, hovedsageligt erythrocytter. Afhængigt af hvor hurtigt disse diffusions processer er, er den tilgængelige Tracer hovedsageligt til stede i plasma. For nogle røbestoffer, forholdet mellem plasma til fuldblod skal overvejes, såsom flere lipofile dem. I disse tilfælde skal plasma aktiviteten bestemmes. Hvis der anvendes [18f] FDG, er det ikke nødvendigt at centrifugeres i blodet for at bestemme plasma aktiviteten, da den er meget hurtig, når den er i balance mellem plasma og røde blodlegemer, og tilgængeligheden af [18f] FDG i plasma svarer til den i hele blodet. For det andet, metabolitten korrektion. Mange røbestoffer metaboliseres i fuldblod, og nogle af disse metabolitter er stadig radioaktivt mærket14. Denne fraktion er til stede i AIF, men er ikke tilgængelig for vævs optagelse. For nogle røbestoffer skal metabolitter bestemmes i fuldblod eller plasma, og AIF'EN skal korrigeres. For det tredje, spredning korrektion. Dispersion er forårsaget af flere faktorer, herunder (a) den systematiske tidsforskel mellem sporernes ankomsttider i vævet i forhold til det perifere prøvetagningssted (forsinkelse korrektion) og (b) og udtværing af formen af AIF, som sporstof transport inden for rørsystemet påvirkes af dets første ordre forsinkelse (PT1) kinetik. Der er foreslået flere korrektioner baseret på dekoncentrering, hovedsagelig baseret på modellen fra Iida et al.15, men de fleste af dem er modtagelige for støj. En korrektionsmetode, der omgår dekoncentrering og derfor er mindre tilbøjelig til støj, er blevet foreslået af munk et al.16. De nødvendige målinger til beregning af korrektions parametrene skal udføres for hver kombination af slanger og sporstof, der anvendes. Dispersion korrektion bør ske før tidsforskydning korrektion17. Men hovedsageligt hurtige vævs perfusions processer påvirkes af dispersion, og det er også blevet påvist, at for modellering af [18F] FDG-undersøgelser er en dispersions korrektion ikke absolut nødvendig18. I de præsenterede eksempler er dispersions korrektionen af AIF derfor ikke blevet anvendt.
En korrekt kalibrering af dosis kalibratoren på stedet og den regelmæssige kvalitetskontrol er en forudsætning for den type kryds kalibreringsprocedure, der præsenteres her. Hvis den aktivitet, der administreres til dyret, måles med samme dosis kalibrator, annulleres enhver afvigelse i nøjagtighed dog, forudsat at afvigelsen er konstant, og at den komplette kryds kalibreringsprocedure er fulgt, herunder nuclid-specifikke korrektioner (f. eks. for varierende halveringstider eller forskellige forgrenings forhold). Ved hjælp af en sådan kalibreringsprocedure til harmonisering af PET/CT-systemer, der anvendes til sundhedspleje og forskning, kan der opnås en nøjagtighed på mindst 5-10%19,20.
De kalibrerede og korrigerede AIF'er, der genereres ved en vellykket gennemførelse af denne protokol, muliggør kvantificering af PET/CT-data til karakterisering af dyre sygdomsmodeller, afprøvning af nye behandlingsmuligheder, etablering af nye røbestoffer og overførsel af eksisterende røbestoffer til en anden art. Tilsyneladende, kontinuerlig blodprøvetagning i [18] FDG-PET/CT i rotter leverer de mest pålidelige oplysninger til beregning af input i Bio-Kinetic modellering. Ved at tage hensyn til det individuelle stofskifte, især lever clearance, er det muligt at vurdere de relevante patologiske eller terapeutiske virkninger mere præcist. Med denne gennemførlige protokol er en højere effektivitet af prækliniske dataanalyse af PET/CT let gennemførlig.

Positron emission tomografi/computertomografi (PET/CT) er en nuklear billedteknologi, der muliggør visualisering af metaboliske processer i kroppen efter injektion af et radioaktivt mærket ligand, også kaldet Tracer. Der henviser til, at ligand er et molekyle, der er involveret i en metabolisk vej eller mål celleoverflade proteiner, det radioaktive mærke er en positron-emitterende radionukleid. Gamma stråler udsendes indirekte af Positron forfald og tillader påvisning af dets fordeling i organismen med ekstrorporeal PET-detektorer. På denne måde kan forskellige cellulære molekyler målrettes: neurotransmitter receptorer og transportører, metaboliske processer som glykolyse eller mitokondrie proteiner som translocator protein 18 kDa (TSPO) at detektere aktiverede glia celler.
I præklinisk forskning er PET/CT en attraktiv metode til at studere biokemiske processer på en ikke-invasiv måde in vivo, hvilket giver mulighed for longitudinale undersøgelser. PET/CT-data understøtter analyser af sygdomsmekanismer, vurdering af nye lægemidler, karakteristika og farmakokinetik samt validering af både nuværende og nye aktive til Translationel forskning.
Under PET/CT-analyser kan der defineres tre Tracer-tilstande (eksempel på modellen med 2-vævs rum): for det første strømmer sporingen i blodet efter påføring (tilstand 1; Konc.[blod]). For det andet, det kommer ind i vævet via kapillær sengen og kan der enten frit bevæge sig inden for det ekstracellulære rum eller er uspecifikt bundet til forskellige cellulære eller ekstrellulære strukturer (tilstand 2; conc.[unspec]). For det tredje kan sporstoffet være specifikt bundet (med eller uden metabolisk diffusering) til dets målmole Kyle (tilstand 3, conc.[spec]). Alle disse dynamiske processer mellemrummene er til en vis grad tovejs, og diffusions processerne beskrives efter sats konstanter (K1, K2, K3 og K4). Mens koncentrationen af Tracer i blodet (dvs., tilstand 1) kaldes "input", er koncentrationen af uspecifikt og specifikt bundet Tracer (dvs. tilstand 2 og stat 3) kaldes "output" og kan direkte udledes af PET-billedet. Denne fysiologiske relation kan vises i 2-vævs rummets model (figur 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> Figur 1 : Den tovævs opdelte model. De fysiologiske forhold for de tre forskellige Tracer stater og de dynamiske processer mellem dem vises. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
I det ideelle tilfælde er conc.[spec] proportional med koncentrationen af dets målmole Kyle. Men, produktionen af PET/CT måling er summen af conc.[spec] og conc.[unspec]. For at fastlægge conc.[spec] i den region af interesse, parallelt med conc.[unspec] af et referenceområde blottet for målet protein/pathway bestemmes. Ved hjælp af passende matematiske ligninger kan man nu beregne conc.[spec], oftest ved hjælp af rummet model (en bio-Kinetic modellering tilgang). I mange tilfælde findes der imidlertid ikke en sådan reference region uden for målproteinet1,2. I disse tilfælde kan conc.[Blood] anvendes til at bestemme conc.[spec]. Da conc.[blod] varierer på grund af forskellige lever-og nyre clearance, udskillelse, blodgennemstrømning, forskellige hjerne-blod barriere penetration og sygdomsrelaterede faktorer3, den nuværende guld standard er at måle conc.[ i blodet] parallelt med PET/CT-scanningen ved kontinuerlig blodprøvetagning. Dette giver den arterielle indgangsfunktion (AIF), som er defineret som conc.[Blood] over tid4. Bemærk, at udføre kontinuerlig blodprøvetagning anses teknisk meget udfordrende, især i små dyr som rotter eller mus5.
Her giver vi en nem og praktisk protokol til kontinuerligt at prøve blod fra rotter via en arteriovenøs (a-v) shunt mellem femoral vene og arterie. Koblet til et kommercielt tilgængeligt detektor pumpesystem kan vi generere en løbende AIF i realtid under Dynamic [18f] fluorodeoxyglucose ([18f] FDG)-PET/CT-scanninger i rotter og sammenlignede det med alternative tilgange. PET/CT Imaging blev udført i mandlige Sprague dawley rotter i en alder af 4 måneder med en gennemsnitlig vægt på 462 g ± 33 g (gennemsnitlig ± standardafvigelse) ved hjælp af en multimodalitet PET/CT scanner.
Da der anvendes en lang række anordninger i løbet af rækken af målinger (dosis kalibrator, online blod prøvetageren, PET/CT og Well Counter), er der behov for en kvalitetskontrolprocedure, der betegnes som kryds kalibrering, for at kontrollere den kvantitative nøjagtighed af alle systemer og for at kompensere for forskelle. Kryds kalibrering i forbindelse med online blodprøvetagning betyder, at tælle hastigheden for en given aktivitetskoncentration målt i korrigerede PET-billeder kan konverteres til den koncentration, der måles med twilite-systemet for den samme koncentration. Der er derfor fastlagt en kryds kalibreringsprocedure mellem PET/CT, blod prøvetagningssystem og brønd tæller.
Denne meget standardiserede metode giver en effektiv tilgang til kvantificering af metaboliske og cellulære processer i prækliniske smådyrs forskning og er en elegant måde at forbedre pålideligheden og reproducerbarhed af AIF. AIF kan derefter anvendes til at kvantificere den specifikt bundne Tracer i væv i prækliniske PET/CT-data ved hjælp af bio-kinetisk modellering.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sugery for arteriovenous shunt</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anesthesia station</td>
			<td>Groppler</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>aneurysm clips</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>FT190T</td>
			<td>5 mm, closing force 70 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bulldog clamp</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td></td>
			<td>35 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dissectiong scissors BC165</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>490-866</td>
			<td>dull, for skin preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>heating mat</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>insulin syringe</td>
			<td>Braun</td>
			<td></td>
			<td>30G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>needle holder</td>
			<td>medicon</td>
			<td>11.62.18</td>
			<td>micro surgical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pliers for aneurysm clips</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>FT 470T</td>
			<td>Yasargil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>portex fine bore polythene tubing</td>
			<td>Smith Medical</td>
			<td>800/100/200</td>
			<td>ID 0.58 mm, OD 0.96 mm; PE50 equivalent tubing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>surgical microscope with camera</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
			<td>M50 + MC120 HD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>suture filaments 6.0</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>6.0, polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>suture filaments 3.0</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>3.0, absorbable, braided</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>two anatomical forceps</td>
			<td>Hammacher Soling</td>
			<td>HSC601-11</td>
			<td>micro surgery, 45&#176;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vascular or corneal scissors</td>
			<td>Geuder</td>
			<td>G19605</td>
			<td>micro surgery scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PET/CT imaging</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dose calibrator ISOMED 2010</td>
			<td>nivia instruments GmbH</td>
			<td></td>
			<td>for tracer portioning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inveon PET/CT</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tracer (e.g. 18F-FDG)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>manuel bloodsampling</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>capillary blood collection EDTA tube</td>
			<td>KABE Labortechnik GmbH</td>
			<td></td>
			<td>GK 150 EDTA 200 &#181;l</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>test tubes</td>
			<td>SARSTEDT</td>
			<td></td>
			<td>5 ml, 75 x 12 mm, PS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>well counter CAPTUS 700t</td>
			<td>Capintec</td>
			<td></td>
			<td>manuel measurement of blood activity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>automatic blood sampling</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Venflon TM pro safety shielded IV catheter; 18 G (1.3 mm x 32 mm)</td>
			<td>BD</td>
			<td>3932269</td>
			<td>luer connections (to fit in t-connections)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bloodsampler twilite two</td>
			<td>swisstrace GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>combi stopper</td>
			<td>Braun</td>
			<td>4495101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>heparin</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>50U/ml for tube flushing before the experiment and aspiration during catheter surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hypodermic needle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>G23 x 1 1/4&#34; / 0.6 x 30 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microprocessor controlled tubing pump</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>ISM596</td>
			<td>12 rollers, 2 channels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PSAMPLE modul of PMOD</td>
			<td>PMOD</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>reduction connectors</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>ISM569A</td>
			<td>from ID 2.5 mm to ID 1.5 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicone pump tubes</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>070535-17-ND /SC0065N</td>
			<td>for roller pump (yellow/blue/yellow ID 1.52 mm, WT 0.84 mm, OD 3.2 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicone pump tubes - adapter tubing</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>SC 0107</td>
			<td>black/black/black ID 0.76 mm, WT 0.86 mm, OD: 2.48 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>t-piece or t-connections</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>ISM 693A</td>
			<td>ID 2.5 mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

continuous blood sampling in small animal positron emission tomography/computed tomography enables the measurement of the arterial input function

For kvantitativ analyse og bio-kinetisk modellering af Positron emission tomografi/computertomografi (PET/CT) data, bestemmelse af den tidsmæssige blod tid-aktivitet koncentration også kendt som arteriel inputfunktion (AIF) er et centralt punkt, især til karakterisering af dyre sygdomsmodeller og indførelse af nyudviklede radiotracers. Kendskabet til radiotracer tilgængelighed i blodet hjælper med at fortolke PET/CT-afledte data for vævs aktivitet. Til dette formål er det tilrådeligt at måle AIF i forbindelse med blodprøvetagning på internettet under PET/CT-billeddannelse. I modsætning til manuelle blodprøvetagning og image-afledte tilgange, kontinuerlig online blodprøvetagning har flere fordele. Udover den minimerede blodtab, der er en forbedret opløsning og en overlegen nøjagtighed for blod aktivitet måling. Men den største ulempe ved online blodprøvetagning er den dyre og tidskrævende forberedelse til at kateterisere de femorale fartøjer af dyret. Her beskriver vi en nem og komplet arbejdsgang for kateterisering og kontinuerlig blodprøvetagning under små dyr PET/CT Imaging og sammenlignede det med manuel blodprøvetagning og en image-afledte tilgang. Ved hjælp af denne meget standardiserede arbejdsgang påvises bestemmelsen af responserne ([18F] FDG) AIF. Desuden kan denne procedure anvendes på enhver radiotracer i kombination med forskellige dyremodeller for at skabe grundlæggende viden om sporstof kinetiske og model karakteristika. Dette giver mulighed for en mere præcis evaluering af adfærden af lægemidler, både til diagnostiske og terapeutiske tilgange i den prækliniske forskning af onkologiske, neurodegenerative og Myokardie sygdomme.

Opsætningen af shunt-systemet vises i figur 2. Repræsentative resultater af de kontinuerlige blod prøvetagnings data sammenlignet med manuelle blod prøvetagnings data i tre dværg rotter over en tidshorisont på 30 min er præsenteret i figur 3a, C. Ved begyndelsen af den kontinuerlige blodprøvetagning kan en Initial Peak (maksimal koncentration af radioaktivitet) ses ved 5 s efter Tracer injektion. Bagefter, aktiviteten i blodet falder hurtigt og når et plateau på ca. 15 min. I de manuelle blodprøvetagning data den detekterede peak er mindre og plateauet er ikke let at definere (figur 3A, C). Sammenligningen af den kontinuerlige Blodprøvetagning med de billed afledte data vises i figur 3B, D. I de billed afledte data er toppen og udgangspunktet for plateauet klart synlige, ikke desto mindre er maksimum af toppen mindre i forhold til kontinuerlige blod prøvetagnings data for alle dyr (figur 3B, D).
Et suboptimalt resultat af kontinuerlig Blodprøvetagning med vores setup er vist i figur 3E, F. Ved begyndelsen af den kontinuerlige blodprøvetagning var der ingen dataopsamling inden for den første 3,5 min. på grund af blodpropper. Ved frakobling af rørsystemet ved stik orange og flydende med hepariniseret saltvandsopløsning blev strømmen i rørsystemet genstartet, og målingen fortsatte. En top kan ses på ca 4 min, som ikke registrerer den maksimale radioaktivitet i blodet (figur 3E, F). Manuel blodprøvetagning (figur 3E) og billed afledte analyser (figur 3F) var stadig mulige og sammenlignelige med de korrekte resultater.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> Figur 3 : Repræsentative resultater af kontinuerlig blodprøvetagning sammenlignet med manuel blodprøvetagning. Typiske arterielle inputfunktioner afledt af kontinuerlig blodprøvetagning sammenlignet med manuel blodprøvetagning (venstre kolonne) og kontinuerlig blodprøvetagning sammenlignet med den billede-afledte tilgang (højre kolonne) er vist. Paneler A-D viser resultaterne af korrekt gennemførelse af protokollen i to forskellige dyr. Paneler E og F illustrerer et suboptimalt resultat af målingen. Alle viste data blev korrigeret for kryds kalibreringsfaktoren og baggrunden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function at JoVE.com

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

Kontinuerlig blodprøvetagning i små dyr Positron emission Tomography/computertomografi gør det muligt at måle den arterielle indgangsfunktion

Her beskrives en protokol til kontinuerlig blodprøvetagning under PET/CT-scanning af rotter til måling af den arterielle indgangsfunktion (AIF). Kateteriseringen, kalibrering og opsætning af systemet og dataanalyse af blodets radioaktivitet er påvist. De genererede data giver inputparametre for efterfølgende bio-Kinetic modellering.

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...

I denne video, en protokol for kontinuerlig blodprøvetagning er fastsat. Blodradioaktivitet vil blive målt parallelt med en PET/CT ved hjælp af en ekstrakorporal arteriovenøs shunt. Ved at gøre dette genereres den arterielle inputfunktion til efterfølgende kvantificering af PET/CT-data, og senere muliggør en præcis biokinetisk modellering.De vigtigste fordele ved denne protokol er, at det er reproducerbart, genererer minimal blodtab, og letter en høj nøjagtighed i tidsmæssige opløsning af arteriel input funktion. Det er vigtigt at krydsbrebrere alle de måleanordninger, der skal anvendes til bestemmelse af blodets aktivitetskoncentration. Påvisning af proceduren vil anne Møller, en tekniker fra vores laboratorium.Efter at have bekræftet en manglende reaktion på tå knivspids i en 12-timers fastende rotte, barbere ben og lyske på den kirurgiske side af dyret og rense den eksponerede hud med ekstra desinfektionsmiddel. Påfør salve på dyrets øje, og placere en rektal sonde til løbende overvågning og vedligeholdelse af kropstemperaturen. Der tapes rottens lemmer op på arbejdsfladen, og arbejdsstedet desinficeres med et slimhindesinfektionsmiddel.Lav en ca 20-millimeter snit i lysken, og dissekere den fine hud lag til at udsætte lårbensvene, arterie, og nerve. Placer to fine filamenter under lårbensvenen og arterien, og ligte beholderne med de distale filamenter. Hold beholderne under spænding med en bulldog klemme, bruge proksimale sutur filamenter til at spænde fartøjet med bulldog klemmer uden en knude.Bloker venen med en proksimale aneurisme klemme to til tre millimeter distalt fra sutur med bulldog klemme, og bruge hornhinde saks til at foretage et snit, der er 1 / 3 af fartøjets diameter. Fartøjets snit er det mest kritiske skridt i vores protokol. Sørg for at bruge mikrokirurgiske instrumenter, som hornhinde saks, og sørg for at skære fartøjet omhyggeligt i en 45-graders vinkel.Brug en steril vatpind til at fjerne det utætte blod, og spil venen med en kedelig kraftbespærring. Hold fartøjet åbent, sæt det skærpede kateter ind i venen i proksimale retning op til aneurismeclipsen. Åbn aneurismeclipsen, og skub kateteret yderligere to til tre centimeter.Hvis kateteret er placeret korrekt, vil blodet flyde ind i kateteret. Fastgør kateteret med de to proksimale knuder. Brug en insulinsprøjte til at skylle og aspirere 100 mikroliter hepariniseret saltvand gennem kateteret for at kontrollere kateterets funktionalitet.Derefter placere et kateter i arterien, som netop påvist for venen, og luk benet med suturer. At demonstrere proceduren vil være Joanna Forster, en tekniker fra vores laboratorium. Ved erhvervelse af billeder skal dyret placeres i en hovedudsat position på shuttlesengpallen og flytte shuttlesengen til den udvidede sengeposition til injektion.Tilslut katetrene til shuntsystemet, og start peristaltisk pumpe med en strømningshastighed på 1,52 milliliter i minuttet for at fylde shuntsystemet med dyrets blod. Flyt shuttle seng til midten af synsfeltet af positron emission tomografi, eller PET, afsløring ring, og start online blod prøvetagningssystem. Start derefter pet/computertomografi- eller CT-arbejdsprocessen.Efter 60 sekunder injiceres 0,5 til en milliliter af en ca. 22-megabecquerel dosis på 18F-fluorodeoxyglucose intravenøst via T-stykke. Skyl T-stykket med ca. 150 mikroliter hepariniseret saltvandsopløsning. For PET-emissionsopkøbet skal køb af tidsoptjening angives til 3, 600 sekunder og vælge F-18 som forsøgsisotop.Brug 350 til 650 kiloelectron volt som energi niveau og 3, 438 nanosekunder som timing vindue. I forbindelse med CT-anskaffelsen skal du vælge dæmpningsscanning i anskaffelsesindstillingen og vælge 180 fremskrivning for en halv total rotation. For syns- og opløsningsindstillingerne skal du vælge lav som forstørrelse og fire med fire for bindingen med en aksial scanningslængde på 275 millimeter og 3,328 pixel som den transaksiale ladningsblened enhedsstørrelse.I feltet eksponeringsindstillinger skal du indstille 500 mikroampere for den aktuelle, 80 kilovolts for spændingen og 180 millisekunder for eksponeringstiden. Derefter erhverve en dynamisk PET i løbet af de næste 60 minutter, efterfulgt af en CT-scanning i slutningen af PET-billeddannelse. For et PET-emissionserantogram skal du sætte en serie på 20 billeder som den dynamiske indramning og vælge fratrække for forsinkelserne.I feltet avancerede indstillinger skal du vælge 128 som sinogrambredde, tre som spændvidde og 79 som korrektion af ringforskel og dødstid. Til REkonstruktion af PET skal du bruge en todimensionel ordret delmængdeforventning og anvende og gemme scatter sonogram med fire gentagelser og Fourier til rebinning som rekonstruktionsalgoritme. Vælg derefter 128 af 128 som matrixstørrelse, brug en som billedzoom, og vælg alt for rammerne og alle for segmenterne.For manuel blodprøvetagning 30, 60, 90, 600 og 1, 800 sekunder efter start af billeddannelse erhvervelse, åbne den første tre-vejs ventil. Saml 100 mikroliter arterielt blod ind i et EDTA kapillært blodopsamlingsrør 30 sekunder efter indsprøjtningen af sporstoffer. For at måle hele blodets aktivitet skal prøven indlæses i en brøndtæller, så der kan beregnes heleblods aktivitet for hvert tidspunkt i den manuelle blodprøvetagning i kilobecquerel pr. milliliter.For online blodprøvetagning, skal du bruge røret guide til at placere røret i detektoren, og starte blodprøvetagning software. Åbn anskaffelsesgrænsefladen, og bekræft, at computeren til onlineoptagningsopsætningen for blodprøver og af PET/CT'en er tidssynkronisering. Tryk på knappen Start nøjagtigt 60 sekunder, før sporingsren injiceres for at hente tilstrækkelige data til baggrundskorrektionen.Gem de rå data via knappen Gem i PMOD-databasen efter målingen. For korrektion og kalibrering af online bloddata, skifte til korrektion interface og aktivere henfald korrektion. Vælg 18 F, og definer starttidspunktet for billedopkøb, så knappen Gennemsnit kan udføre baggrundskorrektion.Aktiver kalibreringen, og indtast kalibreringsfaktoren. Gem de korrigerede og kalibrerede bloddata ved hjælp af Gem TAC-knappen, og vælg blodet. crv-fil.I begyndelsen af den kontinuerlige blodprøvetagning kan der observeres en indledende top i radioaktivitetskoncentrationen fra ca. fem sekunder efter indsprøjtning af sporstoffer i onlineanalysen. Efter dette højdepunkt, aktiviteten i blodet falder hurtigt, nå et plateau på omkring 15 minutter. I de manuelle blodprøvetagningsdata er den fundne top mindre, og plateauet er ikke let defineret.I de billedafledte data er plateauets top og udgangspunkt klart synlige. Ikke desto mindre er toppen mindre sammenlignet med de kontinuerlige blodprøvetagningsdata. I denne ikke-optimale kontinuerlige blodprøvetagning var det ikke muligt at indsamle data i løbet af de første 3 1/2 minutter af prøveudtagningen på grund af blodpropper.Efter at have ryddet blodproppen blev strømmen i rørsystemet genstartet, og målingen blev fortsat, hvilket afslørede et højdepunkt på omkring fire minutter, som ikke registrerede den maksimale radioaktivitet i blodet. Manuel blodprøvetagning og billedafledte analyser var dog stadig mulige i denne suboptimale prøvetagning og viste resultater, der kunne sammenlignes med dem, der blev observeret for korrekte kontinuerlige blodprøvetagningsresultater. Hold velfærd dyret i tankerne under hele proceduren, forberede shunt systemet nøjagtigt som anbefalet, og forsøge at reducere længden af slangen.Protokollen kan anvendes til variation af nye diagnostiske PET spor, karakterisering af nye sygdomsmodeller, og vurderingen af terapi respons af nye terapeutiske i prækliniske indstilling.

Research

JoVE Journal

Medicine

Basic Surgical Techniques in the G&ouml;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

Basic Surgical Techniques in the GÃƒÆ’Ã‚Â¶ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects ...

Femoral Arterial and Venous Catheterization for Blood Sampling, Drug Administration and Conscious Blood Pressure and Heart Rate Measurements

Femoral arteriel og venøs kateterisation for blodprøvetagning, Drug Administration og bevidst blodtryk og puls Målinger

In multiple fields of study, access to the circulatory system in laboratory studies is necessary. Pharmacological studies in rats using chronically ...

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography FDG-PET/CT

Kvantificering af aterosklerotisk plaque aktivitet og vaskulær inflammation med [18-F] fluorodeoxyglukose Positron Emission Tomography / Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 ...

Protocol for Long Duration Whole Body Hyperthermia in Mice

Protokol for Long Duration Whole Body Hypertermi i mus

Hyperthermia is a general term used to define the increase in core body temperature above normal. It is often used to describe the increased core body ...

Generation and 3-Dimensional Quantitation of Arterial Lesions in Mice Using Optical Projection Tomography

Generation og 3-Dimensional Kvantificering af Arteriel Læsioner i mus Brug Optisk Projection Tomography

The generation and analysis of vascular lesions in appropriate animal models is a cornerstone of research into cardiovascular disease, generating ...

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Ikke-invasiv billeddannelse og analyse af cerebral iskæmi i levende rotter Brug Positron Emission Tomography med<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images

Menneskelig brunt fedtvæv Depoter automatisk segmenteret efter Positron Emission Tomography / Computed Tomography og registreret magnetisk resonans Images

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

Nerve-sparing Mid-urethral Obstruction (NeMO) in Female Small Rodents

Nerve-sparing Mid-urethral Obstruction NeMO in Female Small Rodents

Nerve-besparende Mid-urethral obstruktion (NEMO) i kvindelige lille Gnavere

Partial bladder outlet obstruction (pBOO) has a high prevalence, causes significant patient burden, and immense health care costs. The most common animal ...

Repetitive Blood Sampling from the Subclavian Vein of Conscious Rat

Gentagen blodprøvetagning fra den subklaviske vene hos bevidst rotte

Rats are widely used in pharmacokinetics (PK) and toxicokinetic (TK) studies that need to collect a certain amount of blood at specific time points to ...