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

Les auteurs remercient Susann Lehmann, Iloana Klamfuet et Petra Wolff pour le logement et les soins aux animaux et Matthias Wyss pour leur soutien lors de la mise en place du système d'échantillonnage du sang en ligne. Le petit animal PET/CT a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG).

<ol>
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Les auteurs n'ont rien à révéler.

Les résultats présentés sont extraits d'un projet à plus grande échelle sur l'activité neuronale dans un modèle animal transgénique de la maladie de Huntington par rapport aux rats de type sauvage. Au total, 30 rats transgéniques et de type sauvage ont été cathéterisés et des prélèvements sanguins manuels et en ligne en parallèle à [18F]FDG-PET/CT ont été effectués. Trois AIF s de rats sauvages sont montrés ici pour démontrer l'éventail des résultats possibles du protocole. Les résultats du projet complet sur les changements de l'activité neuronale dans un modèle animal de la maladie de Huntington seront publiés ailleurs.
La méthode décrite ici permet un échantillonnage sanguin continu rapide et précis dans une grande cohorte et fournit un AIF sans espace pour la modélisation cinétique des données dynamiques DE TEP/CT chez les petits animaux. Une circulation sanguine externe est générée pour détecter l'activité temporelle réelle dans le sang des animaux; par conséquent, une perte de sang est évitée. L'intervention chirurgicale est basée sur Jespersen et coll.8 et a été modifiée pour répondre aux besoins d'échantillonnage de sang artériel pendant les mesures tep/TDM. Le système de shunt a été validé par Weber et coll.9. Avec la configuration utilisée ici, un volume sanguin externe d'environ 1,1 ml est en cours d'exécution à travers le système de détecteur-pompe. Un rat âgé de 4 mois a un volume sanguin total d'environ 30 ml. Le diamètre de la veine fémorale et de l'artère est d'environ 0,45-0,6 mm10 et doit être un peu amidonné pour insérer le cathéter utilisé.
L'AIF peut également être mesuré par collecte manuelle sporadique de sang ou être reconstruit à partir des premiers moments des images PET elle-même (dérivée de l'image). Les deux approches ont été exécutées avec les données présentées ici et comparées à l'échantillonnage continu de sang.
Par rapport à l'échantillonnage manuel de sang, avec l'échantillonnage de sang en ligne une résolution temporelle plus élevée notable (ici : 1800 points de données par 30 min) devient possible. Les prélèvements manuels de sang (ici : 5 points de données par 30 min) sont limités au volume sanguin présent chez le petit animal, car ces échantillons ne sont pas réinjectés dans la circulation de l'animal. En outre, un intervalle maximum de 10-15 s est techniquement implémentable et des informations importantes pour la modélisation cinétique est manquée. Cela peut également être vu dans les données présentées, comme une différence dans le maximum détecté d'échantillonnage sanguin continu et manuel est évident (Figure 3A,C,E). Avec l'échantillonnage de sang en ligne, le pic détecté était plus élevé qu'avec la fonction d'entrée dérivée de l'image de l'aorteascendante 11 (Figure 3B,D,F). La fonction d'entrée dérivée de l'image est limitée à la résolution spatiale des scanners PET, ce qui entraîne des effets de volume partiel12 et est affectée par les délais reconstruits.
Un avantage général de cette procédure continue d'échantillonnage du sang est que le traceur peut être appliqué par l'intermédiaire du cathéter, qui est moins sujet à la perturbation que l'injection par la veine latérale de queue. Gardez à l'esprit que le traceur doit être appliqué dans un volume modéré pour empêcher le traceur de rester au début du système de tube. Pour s'assurer qu'aucune activité ne reste dans le volume mort de la pièce En, elle est rincée avec une solution saline héparinisée par la suite. En outre, l'utilisation d'une pompe à perfusion est conseillée car elle permet l'ajustement de la vitesse de l'injection de traceur et peut contribuer à l'acquisition plus coordonnée du pic de radioactivité maximum avec l'échantillonnage manuel de sang13.
Il y a quelques difficultés possibles qui pourraient se produire pendant le traitement de protocole et peuvent être manipulées par le dépannage suivant. Une position sous-optimale des cathéters peut conduire à une exécution incomplète du protocole, donc s'assurer qu'ils sont fixés avec précision avec la suture proximale et que le cathéter est poussé 2-3 cm proximal dans le récipient. En outre, l'adhésif à la fibrine peut être utilisé. Aussi la formation de thrombi peut obstruer les cathéters. Cela peut être géré en augmentant la concentration d'héparine et le rinçage ultérieur des cathéters ou du système de tube. Un tel résultat sous-optimal dû au colmatage des cathéters est indiqué dans les résultats, le pic maximum est manqué (Figure 3E). Un autre point critique concernant la protection et le bien-être des animaux est la durée du flux sanguin extracorporel. Il est donc suggéré de réduire la longueur du système de tube à un minimum.
Lors de l'échantillonnage sanguin, trois corrections du FIA résultant doivent être prises en compte. Tout d'abord, la correction du plasma. Les traceurs équilibrent entre le plasma et les cellules sanguines, principalement les érythrocytes. Selon la vitesse à laquelle ces processus de diffusion sont, le traceur disponible est principalement présent dans le plasma. Pour certains traceurs, le rapport du plasma au sang entier doit être pris en considération, comme les plus lipophiles. Dans ces cas, l'activité plasmatique doit être déterminée. Si [18F]FDG est utilisé, il n'est pas nécessaire de centrifier le sang pour déterminer l'activité plasmatique, car il équilibre très rapidement entre le plasma et les globules rouges et la disponibilité de [18F]FDG dans le plasma est similaire à celle dans le sang entier. Deuxièmement, correction des métabolites. Beaucoup de traceurs sont métabolisés dans le sang entier et certains de ces métabolites sont encore étiquetés radioactivement14. Cette fraction est présente dans le SIA, mais n'est pas disponible pour l'apport tissulaire. Pour certains traceurs, les métabolites doivent être déterminés dans le sang entier ou le plasma et l'AIF doit être corrigé. Troisièmement, correction de dispersion. La dispersion est causée par plusieurs facteurs, y compris a) le décalage horaire systématique entre les heures d'arrivée du traceur dans le tissu par rapport au site d'échantillonnage périphérique (correction des retards) et b) et le frottis de la forme de l'AIF, comme le transport traceur dans le système de tube est influencé par son décalage de premier ordre (PT1) cinétique. Plusieurs corrections basées sur la déconvolution ont été proposées, principalement basées sur le modèle d'Iida et coll.15, mais la plupart d'entre elles sont sensibles au bruit. Une méthode de correction qui contourne la déconvolution et est donc moins sujetteau bruit a été proposée par Munk et al.16 . Les mesures nécessaires pour estimer les paramètres de correction doivent être effectuées pour chaque combinaison de tubes et de traceurs utilisés. La correction de dispersion doit être faite avant la correction de délai de temps17. Cependant, principalement les processus de perfusion de tissu rapide sont affectés par la dispersion et il a également été démontré, que pour la modélisation de [18F]FDG études une correction de dispersion n'est pas absolument nécessaire18. Par conséquent, dans les exemples présentés, la correction de dispersion du SIA n'a pas été appliquée.
Un étalonnage approprié de l'étalonneur de dose sur place et son contrôle régulier de la qualité est une condition préalable pour le type de procédures d'étalonnage croisé présentée ici. Toutefois, si l'activité administrée à l'animal est mesurée avec le même étalonneur de dose, toute déviation dans l'exactitude sera annulée, à condition que l'écart soit constant et que la procédure complète d'étalonnage croisé ait été suivie, y compris corrections spécifiques aux nucléures (p. ex., pour des demi-vies variables ou un rapport de branchement différent). En utilisant une telle procédure d'étalonnage pour harmoniser les systèmes de TEP/CT utilisés dans les soins de santé et la recherche humaine, une précision d'au moins 5-10% pourrait être atteinte19,20.
Les AIF calibrés et corrigés générés par la mise en œuvre réussie de ce protocole permettent de quantifier les données TEP/CT pour la caractérisation des modèles de maladies animales, l'essai de nouvelles options thérapeutiques, l'établissement de nouveaux traceurs et le transfert de traceurs existants dans une autre espèce. Apparemment, l'échantillonnage continu de sang dans [18]FDG-PET/CT chez les rats fournit l'information la plus fiable pour le calcul de l'entrée dans la modélisation bio-cinétique. En tenant compte du métabolisme individuel, en particulier le dégagement du foie, une évaluation plus précise des effets pathologiques ou thérapeutiques pertinents est possible. Grâce à ce protocole pratique, une plus grande efficacité de l'analyse préclinique des données TEP/CT est facilement implémentable.

La tomographie par émission de positrons/tomographie calculée (TEP/TC) est une technologie d'imagerie nucléaire qui permet de visualiser les processus métaboliques dans l'organisme après l'injection d'un ligand étiqueté radioactif, également appelé traceur. Alors que le ligand est une molécule qui est impliquée dans une voie métabolique ou cible les protéines de surface cellulaire, l'étiquette radioactive est un radionucléide émettant du positron. Les rayons gamma sont indirectement émis par la désintégration du positron et permettent la détection de sa distribution dans l'organisme avec des détecteurs de TEP extracorporelles. De cette façon, différentes molécules cellulaires peuvent être ciblées : récepteurs et transporteurs de neurotransmetteurs, processus métaboliques comme la glycolyse ou des protéines mitochondriales comme la protéine translocator 18 kDa (TSPO) pour détecter les cellules gliales activées.
Dans la recherche préclinique, le TEP/CT est une méthode attrayante pour étudier les processus biochimiques d'une manière non-invasive in vivo, permettant ainsi des études longitudinales. Les données de TEP/CT appuient l'analyse des mécanismes de la maladie, l'évaluation des caractéristiques et de la pharmacocinétique des nouveaux médicaments et la validation des radiotraceurs actuels et nouveaux pour la recherche translationnelle.
Au cours des analyses PET/CT, trois états traceurs peuvent être définis (exemple du modèle de compartiment à 2 tissus) : Premièrement, le traceur circule dans le sang après son application (état 1; conc.[sang]). Deuxièmement, il pénètre dans le tissu par le lit capillaire et peut-il soit se déplacer librement dans l'espace extracellulaire ou est inspécifiquement lié à diverses structures cellulaires ou extracellulaires (état 2; conc.[unspec]). Troisièmement, le traceur peut être spécifiquement lié (avec ou sans piégeage métabolique) à sa molécule cible (état 3, conc.[spec]). Tous ces processus dynamiques entre les compartiments sont dans une certaine mesure bidirectionnels et les processus de diffusion sont décrits par des constantes de taux (K1, K2, K3 et k4). Bien que la concentration du traceur dans le sang (c.-à-d. l'état 1) soit appelée « Entrée », la concentration de traceurs liés de manière spécifique et spécifique (c.-à-d. état 2 et état 3) est appelée « Sortie » et peut être directement dérivée de l'image PET. Cette relation physiologique peut être affichée dans le modèle de compartiment à 2 tissus (figure 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> Figure 1 : Le modèle compartimenté à deux tissus. Les conditions physiologiques des trois états traceurs différents et les processus dynamiques entre eux sont affichés. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
Dans le cas idéal, le conc.[spec] est proportionnel à la concentration de sa molécule cible. Toutefois, la production de la mesure PET/CT est la somme de conc.[spec] et conc.[unspec]. Pour déterminer le conc.[spec] dans la région d'intérêt, en parallèle, le conc.[unspec] d'une région de référence dépourvue de la protéine/voie cible est déterminé. En utilisant des équations mathématiques appropriées, on peut maintenant calculer conc.[spec], le plus souvent en utilisant le modèle de compartiment (une approche de modélisation bio-cinétique). Cependant, dans de nombreux cas, une telle région de référence dépourvue de la protéine cible n'est pas disponible1,2. Dans ces cas, le conc.[sang] peut être utilisé pour déterminer conc.[spec]. Puisque le conc.[sang] varie en raison de l'effacement différent de foie et de rein, de l'excrétion, du flux sanguin, de la pénétration différente de barrière hémato-encéphalique et des facteurs liés à la maladie3,l'étalon-or actuel est de mesurer le conc.[ en parallèle à la TEP/TDM par prélèvement sanguin continu. Cela donne la fonction d'entrée artérielle (AIF), qui est définie comme conc.[sang] au fil du temps4. Il est à noter que l'échantillonnage continu du sang est considéré comme techniquement très difficile, en particulier chez les petits animaux comme les rats ou les souris5.
Ici, nous fournissons un protocole facile et pratique pour échantillonner continuellement le sang des rats par l'intermédiaire d'un shunt artériovenous (a-v) entre la veine fémorale et l'artère. Couplé à un système de détecteur-pompe disponible dans le commerce, nous sommes en mesure de générer un aIF continu en temps réel lors de la dynamique [18F]fluorodeoxyglucose ([18F]FDG)-PET/CT scans chez les rats et l'a comparé à des approches alternatives. La formation image de PET/CT a été exécutée dans les rats dawley mâles de sprague à un âge de 4 mois avec un poids moyen de 462 g - 33 g (déviation moyenne et standard) utilisant un balayage de PET/CT de multimodality.
Étant donné qu'une grande variété d'appareils est utilisé au cours de la série de mesures (étalonneur de dose, échantillonneur de sang en ligne, TEP/CT et compteur de puits), une procédure de contrôle de la qualité appelée étalonnage croisé est nécessaire pour vérifier l'exactitude quantitative de tous les systèmes et pour compenser les différences. L'étalonnage croisé dans le contexte de l'échantillonnage sanguin en ligne signifie que le taux de comptage d'une concentration d'activité donnée mesurée dans des images corrigées de TEP peut être converti en concentration mesurée avec le système twilite pour la même concentration. Par conséquent, une procédure d'étalonnage croisé entre le TEP/CT, le système d'échantillonnage de sang et le compteur de puits a été établie.
Cette méthodologie hautement standardisée fournit une approche puissante pour quantifier les processus métaboliques et cellulaires dans la recherche préclinique sur les petits animaux et constitue un moyen élégant d'améliorer la fiabilité et la reproductibilité du SIA. L'AIF peut ensuite être utilisé pour quantifier le traceur spécifiquement lié dans les tissus dans les données précliniques TEP/CT à l'aide de la modélisation biocinétique.

<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

Pour l'analyse quantitative et la modélisation bio-cinétique des données de tomographie/tomographie calculée par émission de positons (TEP/TC), la détermination de la concentration temporelle de temps-activité du sang également connue sous le nom de fonction d'entrée artérielle (AIF) est un point clé, particulièrement pour la caractérisation des modèles de maladies animales et l'introduction de radiotraceurs nouvellement développés. La connaissance de la disponibilité des radiotraceurs dans le sang aide à interpréter les données dérivées de la TEP/CT sur l'activité tissulaire. À cette fin, il est conseillé de mesurer le FRA lors de l'imagerie TEP/CT pendant l'imagerie TEP/CT. Contrairement à l'échantillonnage manuel du sang et aux approches dérivées de l'image, l'échantillonnage continu du sang en ligne présente plusieurs avantages. Outre la perte de sang réduite au minimum, il ya une meilleure résolution et une précision supérieure pour la mesure de l'activité sanguine. Cependant, le principal inconvénient de l'échantillonnage sanguin en ligne est la préparation coûteuse et longue pour cathétér les vaisseaux fémoraux de l'animal. Ici, nous décrivons un flux de travail facile et complet pour le cathétérisation et l'échantillonnage continu de sang pendant l'imagerie de PET/CT de petit animal et l'avons comparé à l'échantillonnage manuel de sang et à une approche image-dérivée. À l'aide de ce flux de travail hautement standardisé, la détermination de l'AIF de fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) est démontrée. En outre, cette procédure peut être appliquée à n'importe quel radiotraceur en combinaison avec différents modèles animaux pour créer une connaissance fondamentale des caractéristiques cinétiques et modèles de traceur. Cela permet une évaluation plus précise du comportement des produits pharmaceutiques, à la fois pour les approches diagnostiques et thérapeutiques dans la recherche préclinique des maladies oncologiques, neurodégénératives et myocardiques.

La configuration du système de shunt est affichée dans la figure 2. Les résultats représentatifs des données d'échantillonnage continu du sang par rapport aux données manuelles d'échantillonnage du sang chez trois rats de type sauvage sur une période de 30 min sont présentés à la figure 3A,C. Au début de l'échantillonnage sanguin continu, un pic initial (maximum de concentration en radioactivité) peut être observé à 5 s après l'injection de traceurs. Ensuite, l'activité dans le sang diminue rapidement et atteint un plateau à environ 15 min. Dans les données manuelles d'échantillonnage du sang, le pic détecté est plus petit et le plateau n'est pas facile à définir (Figure 3A,C). La comparaison de l'échantillonnage sanguin continu aux données dérivées de l'image est affichée dans la figure 3B,D. Dans les données dérivées de l'image, le pic et le point de départ du plateau sont clairement visibles, néanmoins le maximum du pic est plus petit par rapport aux données continues d'échantillonnage du sang pour tous les animaux (Figure 3B,D).
Un résultat sous-optimal de l'échantillonnage continu de sang avec notre configuration est montré dans la figure 3E,F. Au début de l'échantillonnage sanguin continu, aucune acquisition de données dans les 3,5 premières minutes n'a été possible en raison de la coagulation du sang. En déconnectant le système de tube à l'orange de connecteur et flottant avec la solution saline héparinisée, le flux dans le système de tube a été redémarré et la mesure a continué. Un pic peut être vu à environ 4 min, ce qui n'enregistre pas le maximum de radioactivité dans le sang (Figure 3E,F). L'échantillonnage manuel du sang (figure3E) et les analyses dérivées d'images (figure 3F) étaient encore possibles et comparables aux résultats corrects.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> Figure 3 : Résultats représentatifs de l'échantillonnage sanguin continu par rapport à l'échantillonnage manuel de sang. Les fonctions d'entrée artérielle typiques dérivées de l'échantillonnage sanguin continu par rapport à l'échantillonnage manuel du sang (colonne gauche) et à l'échantillonnage continu du sang par rapport à l'approche dérivée de l'image (colonne droite) sont montrées. Les panneaux A-D démontrent les résultats de la mise en œuvre correcte du protocole chez deux animaux différents. Les panneaux E et F illustrent un résultat sous-optimal de la mesure. Toutes les données présentées ont été corrigées pour le facteur d'étalonnage croisé et l'arrière-plan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

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

L'échantillonnage continu de sang dans la tomographie d'émission de positron de petit animal/tomographie calculée permet la mesure de la fonction d'entrée artérielle

Ici, un protocole pour l'échantillonnage continu de sang pendant la formation image de PET/CT des rats pour mesurer la fonction d'entrée artérielle (AIF) est décrit. Le cathétérisation, l'étalonnage et la configuration du système et l'analyse des données de la radioactivité sanguine sont démontrés. Les données générées fournissent des paramètres d'entrée pour la modélisation biocinétique ultérieure.

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

Dans cette vidéo, un protocole pour l’échantillonnage continu du sang est fourni. La radioactivité sanguine sera mesurée en parallèle à un TEP/TNT à l’aide d’un shunt artérioveux extracorporeal. Ce faisant, la fonction d’entrée artérielle pour la quantification ultérieure des données PET/CT est générée et permet plus tard une modélisation biocinétique précise.Les principaux avantages de ce protocole sont qu’il est reproductible, génère une perte de sang minimale, et facilite une grande précision dans la résolution temporelle de la fonction d’entrée artérielle. Il est essentiel de recouper tous les dispositifs de mesure à utiliser pour déterminer la concentration d’activité du sang. Anne Moller, technicienne de notre laboratoire, démontrera la procédure.Après avoir confirmé un manque de réponse à la pincement des pieds dans un rat à jeun de 12 heures, raser la jambe et l’aine sur le côté chirurgical de l’animal et nettoyer la peau exposée avec désinfectant supplémentaire. Appliquez de l’onguent sur l’œil de l’animal et placez une sonde rectale pour une surveillance et un maintien continus de la température corporelle. Collez les membres du rat à la surface de travail et désinfectez le site d’opération à l’aide d’un désinfectant muqueux.Faire une incision d’environ 20 millimètres à l’aine, et disséquer les couches fines de la peau pour exposer la veine fémorale, l’artère et le nerf. Placez deux filaments fins sous la veine fémorale et l’artère, et ligatez les vaisseaux avec les filaments distal. En tenant les navires sous tension avec une pince à bouledogue, utilisez les filaments de suture proximale pour tendu le navire avec les pinces à bouledogue sans nœud.Bloquez la veine avec une pince proximale d’anévrisme de deux à trois millimètres distal de la suture avec la pince de bouledogue, et utilisez des ciseaux cornéens pour faire une incision qui est 1/3 du diamètre du navire. L’incision du vaisseau est l’étape la plus critique de notre protocole. S’il vous plaît assurez-vous d’utiliser des instruments microchirurgiens, comme les ciseaux cornéens, et assurez-vous de couper le navire avec soin dans un angle de 45 degrés.Utilisez un coton-tige stérile pour enlever le sang qui fuit, et dilater la veine avec un forceps terne. En tenant le récipient ouvert, insérez le cathéter aiguisé dans la veine dans la direction proximale, jusqu’à l’agrafe d’anévrisme. Ouvrez le clip de l’anévrisme et poussez le cathéter de deux à trois centimètres de plus.Si le cathéter a été placé correctement, le sang coulera dans le cathéter. Fixez le cathéter avec les deux nœuds proximaux. Utilisez une seringue à insuline pour rincer et aspirer 100 microlitres de solution saline héparinée à travers le cathéter pour vérifier la fonctionnalité du cathéter.Ensuite, placez un cathéter dans l’artère, comme il suffit de le démontrer pour la veine, et fermez la jambe avec des sutures. Joanna Forster, technicienne de notre laboratoire, démontrera la procédure. Pour l’acquisition d’images, placez l’animal dans une position sujette à la tête sur la palette du lit de la navette et déplacez le lit de la navette vers la position prolongée du lit pour injection.Connectez les cathéters au système de shunt, et démarrez la pompe périssaltique avec un débit de 1,52 millilitres par minute pour remplir le système de shunt avec le sang de l’animal. Déplacez le lit de la navette au centre du champ de vision de la tomographie par émission de positons, ou PET, anneau de détection, et démarrez le système d’échantillonnage sanguin en ligne. Ensuite, démarrez la tomographie PET/calculée, ou CT, workflow.Après 60 secondes, injecter de 0,5 à un millilitre d’une dose d’environ 22 mégabecquerel de 18F-fluorodeoxyglucose par voie intraveineuse par l’intermédiaire de la pièce en T. Rincer la pièce en T avec environ 150 microlitres de solution saline héparinée. Pour l’acquisition d’émissions de TEP, réglez l’acquisition par option de temps à 3 600 secondes et sélectionnez F-18 comme isotope d’étude.Utilisez 350 à 650 volts kiloélectron comme niveau d’énergie et 3 438 nanosecondes comme fenêtre de chronométrage. Pour l’acquisition de CT, sélectionnez l’analyse d’atténuation dans l’option d’acquisition, et dans le champ paramètres de projection sélectionnez 180 projections pour une rotation demi totale. Pour les paramètres de champ de vision et de résolution, sélectionnez bas comme le grossissement et quatre par quatre pour la liaison avec une longueur de balayage axiale de 275 millimètres et 3 328 pixels comme la charge transaxiale couplée taille de l’appareil.Dans le champ des paramètres d’exposition, réglez 500 microampes pour le courant, 80 kilovolts pour la tension et 180 millisecondes pour le temps d’exposition. Puis acquérir un PET dynamique au cours des 60 prochaines minutes, suivie d’une tomodensitométrie à la fin de l’imagerie TEP. Pour un histogramme d’émission PET, définissez une série de 20 images comme cadrage dynamique et sélectionnez soustraire pour les retards.Dans le champ paramètres avancés, sélectionnez 128 comme largeur de sinugramme, trois comme la travée, et 79 comme différence d’anneau et correction du temps mort. Pour la reconstruction tEP, utilisez une maximisation des attentes sous-ensemble ordonnée bidimensionnelle et appliquez et enregistrez l’échographie scatter avec quatre itérations et Fourier pour le rebinage comme algorithme de reconstruction. Sélectionnez ensuite 128 par 128 comme taille matricielle, utilisez-en un comme zoom d’image, et sélectionnez le tout pour les images et le tout pour les segments.Pour l’échantillonnage manuel du sang 30, 60, 90, 600 et 1 800 secondes après le début de l’acquisition de l’imagerie, ouvrez la première valve à trois. Recueillir 100 microlitres de sang artérique dans un tube de collecte de sang capillaire EDTA 30 secondes après l’injection de traceur. Pour mesurer l’activité du sang entier, chargez l’échantillon dans un compteur de puits pour permettre le calcul de l’activité du sang entier pour chaque point de temps de l’échantillonnage manuel du sang en kilobecquerel par millilitre.Pour l’échantillonnage sanguin en ligne, utilisez le guide du tube pour placer le tube dans le détecteur et démarrer le logiciel de l’échantillonneur de sang. Ouvrez l’interface d’acquisition et confirmez que l’ordinateur de la configuration d’échantillonnage sanguin en ligne et du PET/CT sont synchronisés dans le temps. Appuyez sur le bouton Démarrer exactement 60 secondes avant que le traceur ne soit injecté pour acquérir suffisamment de données pour la correction d’arrière-plan.Enregistrez les données brutes via le bouton Enregistrer dans la base de données PMOD après la mesure. Pour la correction et l’étalonnage des données sanguines en ligne, passez à l’interface de correction et activez la correction de décomposition. Sélectionnez 18 F et définissez l’heure de début de l’acquisition d’images, ce qui permet au bouton Moyen d’effectuer une correction d’arrière-plan.Activez l’étalonnage et entrez le facteur d’étalonnage. Enregistrez les données sanguines corrigées et calibrées à l’aide du bouton Enregistrer le TAC et sélectionnez le sang. fichier crv.Au début de l’échantillonnage sanguin continu, un pic initial de concentration de radioactivité peut être observé à partir d’environ cinq secondes après l’injection de traceurs dans l’analyse en ligne. Après ce pic, l’activité dans le sang diminue rapidement, atteignant un plateau à environ 15 minutes. Dans les données manuelles d’échantillonnage sanguin, le pic détecté est plus petit et le plateau n’est pas facile à définir.Dans les données dérivées de l’image, le pic et le point de départ du plateau sont clairement visibles. Néanmoins, le maximum du pic est plus faible par rapport aux données continues d’échantillonnage sanguin. Dans ce prélèvement sanguin continu sous-optimal, aucune acquisition de données n’a été possible au cours des 3 1/2 premières minutes de l’échantillonnage en raison de la coagulation du sang.Après avoir dégagé le caillot, le débit dans le système de tube a été redémarré et la mesure a été continuée, révélant un pic à environ quatre minutes qui n’a pas enregistré la radioactivité maximale dans le sang. Toutefois, l’échantillonnage manuel du sang et les analyses dérivées d’images étaient encore possibles dans cet échantillonnage sous-optimal et ont démontré des résultats comparables à ceux observés pour des résultats corrects d’échantillonnage continu du sang. Gardez le bien-être de l’animal à l’esprit pendant toute la procédure, préparez le système de shunt exactement comme recommandé, et essayez de réduire la longueur du tube.Le protocole peut être utilisé pour la variation de nouvelles traces diagnostiques de PET, la caractérisation de nouveaux modèles de maladie, et l’évaluation de la réponse thérapeutique de nouvelles thérapeutiques dans le cadre préclinique.

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

Techniques de base chirurgical chez le cobaye Göttingen: intubation, cathétérisme vésical, cathétérisme des vaisseaux fémoraux, et perfusion Transcardial

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

Recherche

Médecine

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

Fémorale cathétérisme artériel et veineux pour le prélèvement sanguin, Drug Administration et la pression artérielle Conscient et Mesures du rythme cardiaque

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

Quantification de l&#39;activité plaque d&#39;athérome et inflammation vasculaire à l&#39;aide [18 F] fluorodésoxyglucose par émission de positons / tomodensitométrie (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

Protocole d&#39;hyperthermie Durée du corps entier long chez la souris

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

Génération et quantification 3-Dimensional des lésions artérielles chez la souris utilisant la tomographie optique de projection

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

Imagerie non invasive et analyse des ischémie cérébrale chez les rats de vie en utilisant la tomographie par émission de positons avec<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

Dépôts de tissus humains adipeux brun segmentés automatiquement par tomographie par émission de positons / informatisée et la résonance magnétique images enregistrées

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

Préservation des nerfs Obstruction à mi-urétrale (NEMO) chez les femelles petits rongeurs

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

Prélèvement sanguin répétitif dans la veine sous-clavière d’un rat conscient

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 ...