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

Die Autoren würdigen Susann Lehmann, Iloana Klamfuß und Petra Wolff für Tierhaltung und -pflege sowie Matthias Wyss für die Unterstützung beim Aufbau des Online-Blutentnahmesystems. Das Kleintier PET/CT wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG) gefördert.

<ol>
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Die Autoren haben nichts zu verraten.

Die vorgestellten Ergebnisse stammen aus einem größeren Projekt zur neuronalen Aktivität in einem transgenen Tiermodell der Huntington-Krankheit im Vergleich zu Wildtypratten. Insgesamt wurden 30 transgene und wildtypisierte Ratten katheterisiert und parallel zu [18F]FDG-PET/CT manuell und online blutentnahme. Drei AIF von Wildtypratten werden hier gezeigt, um die Bandbreite der möglichen Ergebnisse des Protokolls zu demonstrieren. Die Ergebnisse des gesamtumfassenden Projekts über Veränderungen der neuronalen Aktivität in einem Tiermodell der Huntington-Krankheit werden an anderer Stelle veröffentlicht.
Die hier beschriebene Methode ermöglicht eine schnelle und genaue kontinuierliche Blutentnahme in einer großen Kohorte und bietet einen lückenlosen AIF für die kinetische Modellierung dynamischer PET/CT-Daten bei Kleintieren. Eine externe Durchblutung wird erzeugt, um die tatsächliche Zeitaktivität im Blut der Tiere zu erkennen; dadurch ein Blutverlust vermieden wird. Der chirurgische Eingriff basiert auf Jespersen et al.8 und wurde modifiziert, um den Bedarf an arterieller Blutentnahme während der PET/CT-Messungen zu decken. Das Shunt-System wurde von Weber et al.9validiert. Mit dem hier verwendeten Setup läuft ein externes Blutvolumen von ca. 1,1 ml durch das Detektor-Pumpensystem. Eine Ratte im Alter von 4 Monaten hat ein Gesamtblutvolumen von etwa 30 ml. Der Durchmesser der Femoralvene und der Arterie beträgt ca. 0,45-0,6 mm10 und muss ein wenig ausgehungert sein, um den verwendeten Katheter einzufügen.
Der AIF kann auch mittels sporadischer manueller Blutentnahme gemessen oder aus frühen Zeitpunkten der PET-Bilder selbst rekonstruiert werden (bildabgeleitet). Beide Ansätze wurden mit den hier vorgestellten Daten durchgeführt und mit der kontinuierlichen Blutentnahme verglichen.
Im Vergleich zur manuellen Blutentnahme wird bei Online-Blutentnahme eine deutlich höhere zeitliche Auflösung (hier: 1800 Datenpunkte pro 30 min) möglich. Manuelle Blutentnahmen (hier: 5 Datenpunkte pro 30 min) sind auf das Blutvolumen des Kleintieres beschränkt, da diese Proben nicht in den Kreislauf des Tieres zurückgepumpt werden. Darüber hinaus ist ein maximales Intervall von 10-15 s technisch umsetzbar und wichtige Informationen für die kinetische Modellierung fehlen. Dies lässt sich auch in den dargestellten Daten ablesen, da ein Unterschied in der festgestellten Höchstmenge an kontinuierlicher und manueller Blutentnahme offensichtlich ist (Abbildung 3A,C,E). Bei der Online-Blutentnahme war der nachgewiesene Peak höher als bei der bildabgeleiteten Eingangsfunktion der aufsteigenden Aorta11 (Abbildung 3B,D,F). Die von Imaged abgeleitete Eingabefunktion ist auf die räumliche Auflösung von PET-Scannern beschränkt, was zu Partmasseneffekten12 führt und von den rekonstruierten Zeitrahmen beeinflusst wird.
Ein allgemeiner Vorteil dieses kontinuierlichen Blutentnahmeverfahrens besteht darin, dass der Tracer über den Katheter aufgetragen werden kann, der weniger anfällig für Störungen ist als eine Injektion über die seitliche Schwanzvene. Beachten Sie, dass der Tracer in einem moderaten Volumen aufgetragen werden sollte, um zu verhindern, dass der Tracer am Anfang des Rohrsystems verbleibt. Um sicherzustellen, dass keine Aktivität im totstehenden Volumen des T-Stücks verbleibt, wird es anschließend mit einer heparinisierten Salinelösung gespült. Darüber hinaus wird der Einsatz einer Infusionspumpe empfohlen, da sie die Einstellung der Geschwindigkeit der Tracer-Injektion ermöglicht und zu einer koordinierteren Erfassung der maximalen Radioaktivitätsspitze mit manueller Blutentnahme13beitragen kann.
Es gibt einige mögliche Schwierigkeiten, die während der Protokollverarbeitung auftreten können und durch die folgende Fehlerbehebung behoben werden können. Eine suboptimale Position der Katheter kann zu einer unvollständigen Ausführung des Protokolls führen, so dass sie genau mit der proximalen Naht fixiert werden und der Katheter 2-3 cm proximal in das Gefäß geschoben wird. Darüber hinaus kann Fibrin-Klebstoff verwendet werden. Auch die Bildung von Thromben kann die Katheter verstopfen. Dies kann durch Erhöhung der Heparinkonzentration und nachfolgende Spülung der Katheter oder des Rohrsystems gehandhabt werden. Ein solches suboptimales Ergebnis durch Verstopfung der Katheter wird in den Ergebnissen angezeigt, der maximale Peak wird verfehlt (Abbildung 3E). Ein weiterer kritischer Punkt in Bezug auf Tierschutz und Wohlbefinden ist die Länge des extrakorporalen Blutflusses. Es wird daher vorgeschlagen, die Länge des Rohrsystems auf ein Minimum zu reduzieren.
Bei der Blutentnahme sind drei Korrekturen des resultierenden AIF zu berücksichtigen. Erstens, Plasmakorrektur. Tracer gleichgewichtieren zwischen Plasma und Blutzellen, vor allem Erythrozyten. Je nachdem, wie schnell diese Diffusionsprozesse sind, ist der verfügbare Tracer hauptsächlich im Plasma vorhanden. Bei einigen Tracern muss das Verhältnis von Plasma zu Vollblut berücksichtigt werden, z. B. lipophiler. In diesen Fällen muss die Plasmaaktivität bestimmt werden. Wenn [18F]FDG verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit, das Blut zu zentrifugieren, um die Plasmaaktivität zu bestimmen, da es sehr schnell zwischen Plasma und roten Blutkörperchen ausgleicht und die Verfügbarkeit von [18F]FDG im Plasma ähnlich der im Vollblut ist. Zweitens, metabolitenkorrektur. Viele Tracer werden im Vollblut metabolisiert und einige dieser Metaboliten sind noch radioaktiv14gekennzeichnet. Dieser Anteil ist im AIF vorhanden, steht aber nicht für die Gewebeaufnahme zur Verfügung. Bei einigen Tracern müssen Metaboliten im Vollblut oder Plasma bestimmt und der AIF korrigiert werden. Drittens, dispersionskorrektur. Die Streuung wird durch mehrere Faktoren verursacht, darunter a) die systematische Zeitverschiebung zwischen den Ankunftszeiten des Tracers im Gewebe im Verhältnis zur peripheren Probenahmestelle (Verzögerungskorrektur) und b) und die Verschmierung der Form des AIF als Tracertransport innerhalb des Rohrsystems wird durch seine erste Auftragsverzögerung (PT1) Kinetik beeinflusst. Es wurden mehrere Korrekturen vorgeschlagen, die auf der Dekonvolution basieren, hauptsächlich auf der Grundlage des Modells von Iida et al.15, aber die meisten von ihnen sind anfällig für Lärm. Munk et al.16haben eine Korrekturmethode vorgeschlagen, die die Dekonvolution umgeht und daher weniger lärmanfällig ist. Für jede Kombination von Schläuchen und Tracer müssen die notwendigen Messungen durchgeführt werden, um die Korrekturparameter abzuschätzen. Die Dispersionskorrektur sollte vor der Zeitverzögerungskorrektur17erfolgen. Allerdings sind hauptsächlich schnelle Gewebeperfusionsprozesse von der Dispersion betroffen und es hat sich auch gezeigt, dass für die Modellierung von[18F]FDG-Studien eine Dispersionskorrektur nicht unbedingt notwendig ist18. Daher wurde in den vorgestellten Beispielen die Dispersionskorrektur des AIF nicht angewandt.
Eine ordnungsgemäße Kalibrierung des Dosierkalibrators vor Ort und seine regelmäßige Qualitätskontrolle ist Voraussetzung für die hier vorgestellten Kreuzkalibrierungsverfahren. Wenn jedoch die dem Tier verabreichte Aktivität mit dem gleichen Dosiskalibrator gemessen wird, wird jede Abweichung in der Genauigkeit aufgehoben, sofern die Abweichung konstant ist und das vollständige Kreuzkalibrierungsverfahren, einschließlich Nuklilid-spezifische Korrekturen (z. B. für unterschiedliche Halbwertszeit oder unterschiedliche verzweigtes Verhältnis). Mit einem solchen Kalibrierungsverfahren zur Harmonisierung von PET/CT-Systemen, die in der menschlichen Gesundheitsversorgung und Forschung eingesetzt werden, konnte eine Genauigkeit von mindestens 5-10% erreicht werden19,20.
Die kalibrierten und korrigierten AIF, die durch die erfolgreiche Umsetzung dieses Protokolls generiert werden, ermöglichen die Quantifizierung von PET/CT-Daten zur Charakterisierung von Tierseuchenmodellen, das Testen neuer Therapieoptionen, die Etablierung neuer Tracer und die vorhandenen Tracer in eine andere Art. Anscheinend liefert die kontinuierliche Blutentnahme bei [18]FDG-PET/CT bei Ratten die zuverlässigsten Informationen für die Berechnung des Inputs in der biokinetischen Modellierung. Unter Berücksichtigung des individuellen Stoffwechsels, insbesondere der Leberclearance, ist eine genauere Beurteilung der relevanten pathologischen oder therapeutischen Wirkungen möglich. Mit diesem praktikablen Protokoll ist eine höhere Effizienz der präklinischen PET/CT-Datenanalyse einfach umsetzbar.

Positronen-Emissionstomographie/Computertomographie (PET/CT) ist eine Kernbildtechnologie, die die Visualisierung von Stoffwechselprozessen im Körper nach Injektion eines radioaktiv markierten Liganden, auch Tracer genannt, ermöglicht. Während der Liganden ein Molekül ist, das an einem Stoffwechselweg beteiligt ist oder auf Zelloberflächenproteine abzielt, ist das radioaktive Etikett ein positronenetierendes Radionuklid. Gammastrahlen werden indirekt durch den Positronenzerfall emittiert und ermöglichen den Nachweis seiner Verteilung im Organismus mit extrakorporalen PET-Detektoren. Auf diese Weise können verschiedene zelluläre Moleküle ins Visier genommen werden: Neurotransmitter-Rezeptoren und -Transporter, Stoffwechselprozesse wie Glykolyse oder mitochondriale Proteine wie das Translocator-Protein 18 kDa (TSPO), um aktivierte Gliazellen zu erkennen.
In der präklinischen Forschung ist PET/CT eine attraktive Methode, um biochemische Prozesse in vivo nicht-invasiv zu untersuchen und so Längsschnittstudien zu ermöglichen. PET/CT-Daten unterstützen die Analyse von Krankheitsmechanismen, die Bewertung der Merkmale und pharmakokinetischen Neuer Arzneimittel und die Validierung von aktuellen und neuartigen Radiotracern für die translationale Forschung.
Bei PET/CT-Analysen können drei Tracerzustände definiert werden (Beispiel des 2-Gewebe-Kompartimentmodells): Zunächst fließt der Tracer nach seiner Anwendung innerhalb des Blutes (Zustand 1; Conc.[Blut]). Zweitens gelangt es über das Kapillarbett in das Gewebe und kann sich dort entweder frei innerhalb des extrazellulären Raumes bewegen oder ist unspezifisch an verschiedene zelluläre oder extrazelluläre Strukturen gebunden (Zustand 2; Conc.[unspec]). Drittens kann der Tracer (mit oder ohne metabolisches Trapping) gezielt an sein Zielmolekül gebunden werden (Zustand 3, conc.[spec]). Alle diese dynamischen Prozesse zwischen den Fächern sind zum Teil bidirektional und die Diffusionsprozesse werden durch Ratenkonstanten (K1, k2, k3 und k4) beschrieben. Während die Konzentration des Tracers im Blut (d.h. Zustand 1) "Input" genannt wird, wird die Konzentration des unspezifisch und spezifisch gebundenen Tracers (d.h. Zustand 2 und Zustand 3) als "Output" bezeichnet und kann direkt aus dem PET-Bild abgeleitet werden. Diese physiologische Beziehung kann im 2-Gewebe-Fachmodell (Abbildung 1) dargestellt werden.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> Abbildung 1 : Das Zwei-Gewebe-Teilmodell. Die physiologischen Bedingungen der drei verschiedenen Tracerzustände und die dynamischen Prozesse zwischen ihnen werden angezeigt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Im Idealfall ist Conc.[spec] proportional zur Konzentration seines Zielmoleküls. Der Ausgang der PET/CT-Messung ist jedoch die Summe von conc.[spec] und conc.[unspec]. Um conc.[spec] im Interessengebiet zu bestimmen, wird parallel die Conc.[unspec] eines Referenzbereichs ohne Zielprotein/Signalweg bestimmt. Durch die Verwendung geeigneter mathematischer Gleichungen kann man nun conc.[spec] berechnen, am häufigsten mit dem Kompartimentmodell (ein biokinetischer Modellierungsansatz). In vielen Fällen ist jedoch eine solche Referenzregion ohne Zielprotein nicht verfügbar1,2. In diesen Fällen kann das Conc.[Blut] verwendet werden, um conc.[spec]zu bestimmen. Da das Conc.[Blut] aufgrund unterschiedlicher Leber- und Nierenclearance, Ausscheidung, Blutfluss, unterschiedlicher Hirn-Blut-Barriere-Penetration und krankheitsbedingter Faktorenvariiert 3, ist der aktuelle Goldstandard die Messung des conc.[ Blut] parallel zum PET/CT-Scan durch kontinuierliche Blutentnahme. Dadurch ergibt sich die arterielle Eingangsfunktion (AIF), die im Laufe der Zeit als conc.[Blut] definiert ist4. Bemerkenswert ist, dass die Durchführung einer kontinuierlichen Blutentnahme als technisch sehr anspruchsvoll angesehen wird, insbesondere bei Kleintieren wie Ratten oder Mäusen5.
Hier bieten wir ein einfaches und praktisches Protokoll, um kontinuierlich Blut von Ratten über einen arteriovenösen (a-v) Shunt zwischen der Femoralvene und der Arterie zu proben. Gekoppelt mit einem handelsüblichen Detektor-Pumpensystem sind wir in der Lage, bei dynamischen [18F]Fluorodeoxyglucose ([18F]FDG)-PET/CT-Scans bei Ratten einen kontinuierlichen Echtzeit-AIF zu erzeugen und mit alternativen Ansätzen zu vergleichen. Die PET/CT-Bildgebung wurde bei männlichen sprague dawley Ratten im Alter von 4 Monaten mit einem durchschnittlichen Gewicht von 462 g bei 33 g (mittlere Standardabweichung) mit einem multimodalen PET/CT-Scanner durchgeführt.
Da bei der Messreihe eine Vielzahl von Geräten verwendet wird (Dosiskalibrator, Online-Blutprobennehmer, PET/CT und Well-Counter), ist ein Qualitätskontrollverfahren, das als Kreuzkalibrierung bezeichnet wird, erforderlich, um die quantitative Genauigkeit aller Systeme zu überprüfen und Unterschiede zu kompensieren. Die Kreuzkalibrierung im Rahmen der Online-Blutentnahme bedeutet, dass die Zählrate für eine gegebene Aktivitätskonzentration, gemessen in korrigierten PET-Bildern, in die mit dem Twilit-System gemessene Konzentration für die gleiche Konzentration umgewandelt werden kann. Daher wurde ein Kreuzkalibrierungsverfahren zwischen PET/CT, Blutentnahmesystem und Brunnenzähler eingerichtet.
Diese hochstandardisierte Methodik bietet einen leistungsstarken Ansatz zur Quantifizierung metabolischer und zellulärer Prozesse in der präklinischen Kleintierforschung und ist eine elegante Möglichkeit, die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des AIF zu verbessern. Der AIF kann dann verwendet werden, um den spezifisch gebundenen Tracer im Gewebe in präklinischen PET/CT-Daten mittels biokinetischer Modellierung zu quantifizieren.

<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

Für die quantitative Analyse und biokinetische Modellierung von Positronenemissionstomographie/Computertomographie (PET/CT)-Daten ist die Bestimmung der zeitlichen Blutzeitaktivitätskonzentration, auch bekannt als arterielle Inputfunktion (AIF), ein schlüsselfertiger Punkt, insbesondere für die Charakterisierung von Tierseuchenmodellen und die Einführung neu entwickelter Radiotracer. Das Wissen über die Verfügbarkeit von Radiotracer im Blut hilft, PET/CT-abgeleitete Daten der Gewebeaktivität zu interpretieren. Zu diesem Zweck ist eine Online-Blutentnahme während der PET/CT-Bildgebung ratsam, um den AIF zu messen. Im Gegensatz zu manueller Blutentnahme und bildabgeleiteten Ansätzen hat eine kontinuierliche Online-Blutentnahme mehrere Vorteile. Neben dem minimierten Blutverlust gibt es eine verbesserte Auflösung und eine überlegene Genauigkeit für die Blutaktivitätsmessung. Der Hauptnachteil der Online-Blutentnahme ist jedoch die kostspielige und zeitaufwändige Vorbereitung, um die Femoralgefäße des Tieres katheterisieren zu können. Hier beschreiben wir einen einfachen und vollständigen Workflow für Katheterisierung und kontinuierliche Blutentnahme bei der PET/CT-Bildgebung von Kleintieren und vergleichen ihn mit manueller Blutentnahme und einem bildabgeleiteten Ansatz. Anhand dieses hochstandardisierten Workflows wird die Bestimmung des Fluorodesoxyglucose ([18F]FDG) AIF demonstriert. Darüber hinaus kann dieses Verfahren auf jeden Radiotracer in Kombination mit verschiedenen Tiermodellen angewendet werden, um grundlegende Kenntnisse der Tracer-Kinetik und Modelleigenschaften zu schaffen. Dies ermöglicht eine genauere Beurteilung des Verhaltens von Arzneimitteln, sowohl für diagnostische als auch für therapeutische Ansätze in der präklinischen Forschung von onkologischen, neurodegenerativen und Myokarderkrankungen.

Die Einrichtung des Shunt-Systems wird in Abbildung 2dargestellt. Repräsentative Ergebnisse der kontinuierlichen Blutentnahmedaten im Vergleich zu manuellen Blutentnahmedaten bei drei Wildtypratten über einen Zeitraum von 30 min sind in Abbildung 3A,Cdargestellt. Zu Beginn der kontinuierlichen Blutentnahme ist ein anfänglicher Höhepunkt (maximale Radioaktivitätskonzentration) bei 5 s nach der Tracer-Injektion zu sehen. Danach nimmt die Aktivität im Blut rapide ab und erreicht ein Plateau in ca. 15 min. In den manuellen Blutentnahmedaten ist der erkannte Peak kleiner und das Plateau ist nicht leicht zu definieren (Abbildung 3A,C). Der Vergleich der kontinuierlichen Blutentnahme mit den bildabgeleiteten Daten ist in Abbildung 3B,Ddargestellt. In den bildabgeleiteten Daten sind der Gipfel und der Ausgangspunkt des Plateaus deutlich sichtbar, dennoch ist das Maximum des Peaks kleiner als die kontinuierlichen Blutentnahmedaten für alle Tiere (Abbildung3B,D).
Ein suboptimales Ergebnis der kontinuierlichen Blutentnahme mit unserem Setup ist in Abbildung 3E,Fdargestellt. Zu Beginn der kontinuierlichen Blutentnahme war aufgrund der Blutgerinnung keine Datenerfassung innerhalb der ersten 3,5 min möglich. Durch trennen des Rohrsystems am Stecker orange und schwimmend mit heparinisierter Saline-Lösung wurde der Durchfluss im Rohrsystem neu gestartet und die Messung fortgesetzt. Ein Peak ist bei ca. 4 min zu sehen, der nicht das Maximum der Radioaktivität im Blut aufzeichnet (Abbildung 3E,F). Manuelle Blutentnahmen (Abbildung 3E) und bildabgeleitete Analysen (Abbildung 3F) waren noch möglich und mit den richtigen Ergebnissen vergleichbar.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> Abbildung 3 : Repräsentative Ergebnisse einer kontinuierlichen Blutentnahme im Vergleich zur manuellen Blutentnahme. Typische arterielle Eingabefunktionen, die aus kontinuierlicher Blutentnahme im Vergleich zur manuellen Blutentnahme (linke Spalte) und einer kontinuierlichen Blutentnahme im Vergleich zum bildabgeleiteten Ansatz (rechte Spalte) abgeleitet werden, werden gezeigt. Die Panels A-D zeigen die Ergebnisse der korrekten Umsetzung des Protokolls bei zwei verschiedenen Tieren. Die Panels E und F veranschaulichen ein suboptimales Ergebnis der Messung. Alle angezeigten Daten wurden für den Kreuzkalibrierungsfaktor und den Hintergrund korrigiert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

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

Kontinuierliche Blutentnahme in der Kleintier-Positronen-Emissionstomographie/Computertomographie ermöglicht die Messung der arteriellen Eingabefunktion

Hier wird ein Protokoll zur kontinuierlichen Blutentnahme während der PET/CT-Bildgebung von Ratten zur Messung der arteriellen Eingangsfunktion (AIF) beschrieben. Gezeigt werden die Katheterisierung, die Kalibrierung und Einrichtung des Systems sowie die Datenanalyse der Blutradioaktivität. Die generierten Daten liefern Eingabeparameter für die nachfolgende biokinetische Modellierung.

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

In diesem Video wird ein Protokoll für die kontinuierliche Blutentnahme bereitgestellt. Die Blutradioaktivität wird parallel zu einem PET/CT mit einem extrakorporalen arterienförmigen Shunt gemessen. Auf diese Weise wird die arterielle Eingabefunktion zur nachfolgenden Quantifizierung von PET/CT-Daten erzeugt und ermöglicht später eine präzise biokinetische Modellierung.Die Hauptvorteile dieses Protokolls sind, dass es reproduzierbar ist, einen minimalen Blutverlust erzeugt und eine hohe Genauigkeit in der zeitlichen Auflösung der arteriellen Eingabefunktion ermöglicht. Es ist wichtig, alle Messgeräte, die zur Bestimmung der Aktivitätskonzentration des Blutes verwendet werden, zu kreuzkalibrieren. Die Technische Daten werden von Anne Moller, einer Technikerin aus unserem Labor, demonstriert.Nach der Bestätigung einer mangelnden Reaktion auf Zehenkniff in einer 12-stündigen fastenratte, rasieren Sie das Bein und die Leiste auf der chirurgischen Seite des Tieres und reinigen Sie die exponierte Haut mit zusätzlichem Desinfektionsmittel. Tragen Sie Salbe auf das Auge des Tieres auf, und legen Sie eine rektale Sonde für die kontinuierliche Überwachung und Aufrechterhaltung der Körpertemperatur. Kleben Sie die Gliedmaßen der Ratte an die Arbeitsfläche und desinfizieren Sie die Einsatzstelle mit einem Schleimhautdesinfektionsmittel.Machen Sie einen etwa 20-Millimeter-Schnitt an der Leiste, und sezieren Sie die feinen Hautschichten, um die Oberschenkelvene, Arterie und Nerven zu belichten. Legen Sie zwei feine Filamente unter die Oberschenkelvene und arterien, und ligate die Gefäße mit den distalen Filamenten. Halten Sie die Gefäße unter Spannung mit einer Bulldogge Klemme, verwenden Sie die proximalen Nahtfilamente, um das Gefäß mit den Bulldoggenklemmen ohne Knoten zu verspannen.Blockieren Sie die Vene mit einer proximalen Aneurysmenklemme zwei bis drei Millimeter distal aus der Naht mit der Bulldogge klemme, und verwenden Sie Hornhautschere, um einen Schnitt zu machen, der 1/3 des Gefäßdurchmessers beträgt. Der Gefäßschnitt ist der kritischste Schritt in unserem Protokoll. Bitte stellen Sie sicher, dass Sie mikrochirurgische Instrumente wie Hornhautscheren verwenden und sicherstellen, dass das Gefäß sorgfältig in einem 45-Grad-Winkel geschnitten wird.Verwenden Sie einen sterilen Wattestäbchen, um das austretende Blut zu entfernen, und verdünnen Sie die Vene mit einer dumpfen Zange. Halten Sie das Gefäß offen, legen Sie den geschärften Katheter in die Vene in proximaler Richtung bis zum Aneurysmclip ein. Öffnen Sie den Aneurysmus-Clip, und drücken Sie den Katheter noch zwei bis drei Zentimeter.Wenn der Katheter richtig platziert wurde, fließt Blut in den Katheter. Sichern Sie den Katheter mit den beiden proximalen Knoten. Verwenden Sie eine Insulinspritze, um 100 Mikroliter heparinisierter Saline durch den Katheter zu spülen und zu aspirieren, um die Funktionalität des Katheters zu überprüfen.Dann legen Sie einen Katheter in die Arterie, wie gerade für die Vene gezeigt, und schließen Sie das Bein mit Nähten. Demonstriert wird das Verfahren von Joanna Forster, einer Technikerin aus unserem Labor. Zur Bildaufnahme das Tier in eine kopfanfällige Position auf die Shuttle-Bettpalette stellen und das Shuttlebett zur Injektion in die verlängerte Bettposition bewegen.Schließen Sie die Katheter an das Shunt-System an, und starten Sie die Peristaltikpumpe mit einer Durchflussrate von 1,52 Milliliterpro Minute, um das Shunt-System mit dem Blut des Tieres zu füllen. Bewegen Sie das Shuttlebett in die Mitte des Sichtfeldes der Positronen-Emissionstomographie oder PET, Erkennungsring, und starten Sie das Online-Blutentnahmesystem. Starten Sie dann den PET/Computertomographie- oder CT-Workflow.Nach 60 Sekunden 0,5 bis 1 Milliliter einer etwa 22-Megabecquerel-Dosis von 18F-Fluorodeoxyglucose intravenös über das T-Stück injizieren. Spülen Sie das T-Stück mit ca. 150 Mikroliterheparinisierter Salinelösung. Für die PET-Emissionserfassung die Option Acquire by time auf 3, 600 Sekunden und F-18 als Studienisotop festlegen.Verwenden Sie 350 bis 650 Kiloelektronenvolt als Energielevel und 3, 438 Nanosekunden als Zeitfenster. Wählen Sie für die CT-Erfassung in der Erfassungsoption Dämpfungsscan aus, und wählen Sie im Feld Projektionseinstellungen 180 Projektion für eine halbgesamte Gesamtrotation aus. Wählen Sie für das Sichtfeld und die Auflösungseinstellungen niedrig als Vergrößerung und vier mal vier für die Bindung mit einer axialen Scanlänge von 275 Millimetern und 3, 328 Pixel n. B. die transaxiale Ladung gekoppelte Gerätegröße aus.Legen Sie im Feld Belichtungseinstellungen 500 Mikroamps für den Strom, 80 Kilovolt für die Spannung und 180 Millisekunden für die Belichtungszeit fest. Dann erwerben Sie ein dynamisches PET in den nächsten 60 Minuten, gefolgt von einem CT-Scan am Ende der PET-Bildgebung. Legen Sie für ein PET-Emissionshistogramm eine Reihe von 20 Rahmen als dynamische Rahmen einstellung fest und wählen Sie die Subtraktion für die Verzögerungen aus.Wählen Sie im Feld erweiterte Einstellungen 128 als Sinogrammbreite, drei als Spanne und 79 als Ringdifferenz und Totzeitkorrektur aus. Verwenden Sie für die PET-Rekonstruktion eine zweidimensionale geordnete Erwartungsmaximierung der Teilmenge und wenden Sie das Streusonogramm mit vier Iterationen und Fourier zum Reinning als Rekonstruktionsalgorithmus an. Wählen Sie dann 128 mal 128 als Matrixgröße aus, verwenden Sie eine als Bildzoom, und wählen Sie alle für die Frames und alle für die Segmente aus.Für die manuelle Blutentnahme 30, 60, 90, 600 und 1, 800 Sekunden nach Beginn der bildgebenden Erfassung, öffnen Sie das erste Drei-Wege-Ventil. Sammeln Sie 100 Mikroliter arterielles Blut in einem EDTA Kapillarblut-Entnahmeröhrchen 30 Sekunden nach der Tracer-Injektion. Um die Aktivität des Vollbluts zu messen, laden Sie die Probe in einen Brunnenzähler, um die Berechnung der Aktivität des Vollblutes für jeden Zeitpunkt der manuellen Blutentnahme in Kilobecquerel pro Milliliter zu ermöglichen.Für die Online-Blutentnahme verwenden Sie die Tube-Anleitung, um die Röhre in den Detektor zu platzieren, und starten Sie die Blutproben-Software. Öffnen Sie die Erfassungsschnittstelle, und bestätigen Sie, dass der Computer der Online-Blutentnahme einrichtung und des PET/CT zeitsynchronisiert sind. Drücken Sie die Starttaste genau 60 Sekunden vor dem Injizieren des Tracers, um genügend Daten für die Hintergrundkorrektur zu erfassen.Speichern Sie die Rohdaten über die Schaltfläche Speichern in der PMOD-Datenbank nach der Messung. Zur Korrektur und Kalibrierung der Online-Blutdaten wechseln Sie zur Korrekturschnittstelle und aktivieren die Zerfallskorrektur. Wählen Sie 18 F aus, und definieren Sie die Startzeit der Bildaufnahme, sodass die Schaltfläche Durchschnitt die Hintergrundkorrektur durchführen kann.Aktivieren Sie die Kalibrierung, und geben Sie den Kalibrierungsfaktor ein. Speichern Sie die korrigierten und kalibrierten Blutdaten mit der Taste TAC speichern, und wählen Sie das Blut aus. crv-Datei.Zu Beginn der kontinuierlichen Blutentnahme kann ab etwa fünf Sekunden nach der Tracer-Injektion in der Online-Analyse ein anfänglicher Höhepunkt der Radioaktivitätskonzentration beobachtet werden. Nach diesem Höhepunkt nimmt die Aktivität im Blut rapide ab und erreicht ein Plateau von etwa 15 Minuten. In den manuellen Blutentnahmedaten ist die nachgewiesene Spitze kleiner und das Plateau ist nicht leicht zu definieren.In den bildabgeleiteten Daten sind der Gipfel und der Ausgangspunkt des Plateaus deutlich sichtbar. Dennoch ist das Maximum der Spitze kleiner im Vergleich zu den kontinuierlichen Blutentnahmedaten. Bei dieser suboptimalen kontinuierlichen Blutentnahme war in den ersten 3 1/2 Minuten der Blutgerinnung keine Datenerfassung möglich.Nach dem Löschen des Gerinnsels wurde der Durchfluss im Röhrensystem neu gestartet und die Messung fortgesetzt, was einen Spitzenwert von etwa vier Minuten offenbarte, der die maximale Radioaktivität im Blut nicht aufzeichnete. Manuelle Blutentnahmen und bildabgeleitete Analysen waren bei dieser suboptimalen Probenahme jedoch noch möglich und zeigten Vergleichbare mit denen, die bei korrekten kontinuierlichen Blutentnahmeergebnissen beobachtet wurden. Behalten Sie das Wohlbefinden des Tieres während des gesamten Verfahrens im Auge, bereiten Sie das Shunt-System genau wie empfohlen vor und versuchen Sie, die Länge der Schläuche zu reduzieren.Das Protokoll kann für die Variation neuer diagnostischer PET-Spuren, die Charakterisierung neuer Krankheitsmodelle und die Bewertung der Therapiereaktion neuer Therapeutika im präklinischen Umfeld verwendet werden.

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

Grundlegende chirurgische Techniken in der Göttinger Miniaturschwein: Intubation, Blasenkatheter, Femoral Schiff Katheterisierung und Transcardial Perfusion

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

Forschung

Medizin

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

Femoral arterielle und venöse Katheterisierung zur Blutentnahme, Drug Administration und Conscious Blutdruck und Herzfrequenz-Messungen

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

Die Quantifizierung der atherosklerotischen Plaque Aktivität und Gefäßentzündungen mit [18-F] Fluordeoxyglukose Positronen Emissions Tomographie / Computertomographie (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

Protokoll für Long Duration Ganzkörper-Hyperthermie in Mäuse

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 und 3-Dimensional Quantifizierung der arterielle Läsionen in Mäuse mit optischen Projektionstomographie

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

Nicht-invasive Bildgebung und Analyse der zerebralen Ischämie in lebenden Ratten mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie mit<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

Menschen braunes Fettgewebe Depots automatisch durch Positronenemissionstomographie / Computertomographie Segmentierte und Registrierte Magnetic Resonance 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 sparende Mittelharnröhrenobstruktion (NEMO) in Female Kleine Nagetiere

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

Wiederholte Blutentnahme aus der Vena subclavia einer bewussten Ratte

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 ...