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

Gli autori riconoscono con gratitudine Susann Lehmann, Iloana Klamfue e Petra Wolff per l'edilizia e la cura degli animali e Matthias Wyss per il supporto durante la creazione del sistema di campionamento del sangue online. Il piccolo animale PET/CT è stato finanziato dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG).

<ol>
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

I risultati presentati sono estratti da un progetto su larga scala sull'attività neuronale in un modello animale transgenico della malattia di Huntington rispetto ai ratti di tipo selvatico. Complessivamente sono stati cateterizzati 30 ratti transgenici e selvatici ed è stato eseguito il campionamento del sangue manuale e online in parallelo a[18F]FDG-PET/CT. Tre AIF di ratti wildtype sono mostrati qui per dimostrare la gamma dei possibili esiti del protocollo. I risultati del progetto completo sui cambiamenti dell'attività neuronale in un modello animale della malattia di Huntington saranno pubblicati altrove.
Il metodo qui descritto consente un campionamento continuo del sangue rapido e preciso in una grande coorte e fornisce un AIF senza spazi per la modellazione cinetica dei dati PET/CT dinamici nei piccoli animali. Viene generata una circolazione sanguigna esterna per rilevare l'effettiva attività temporale nel sangue degli animali; di conseguenza si evita una perdita di sangue. La procedura chirurgica si basa su Jespersen et al.8 ed è stata modificata per soddisfare le esigenze di campionamento del sangue arterioso durante le misurazioni PET/TC. Il sistema di shunt è stato convalidato da Weber etal. Con la configurazione qui usato usato, un volume di sangue esterno di circa 1,1 mL è in esecuzione attraverso il sistema di rilevatore-pompa. Un ratto di 4 mesi ha un volume sanguigno totale di circa 30 mL. Il diametro della vena femorale e dell'arteria è di circa 0,45-0,6 mm10 e deve essere un po 'inamidata per inserire il catetere utilizzato.
L'AIF può anche essere misurato attraverso sporadica raccolta manuale del sangue o essere ricostruito dai primi tempi delle immagini PET stesse (derivata dall'immagine). Entrambi gli approcci sono stati eseguiti con i dati qui presentati e confrontati con il campionamento continuo del sangue.
Rispetto al campionamento manuale del sangue, con il campionamento del sangue online una risoluzione temporale notevole (qui: 1800 punti dati per 30 min) diventa possibile. Le estrazioni manuali di sangue (qui: 5 punti dati per 30 min) sono limitate al volume sanguigno presente nel piccolo animale, in quanto questi campioni non vengono pompati nella circolazione dell'animale. Inoltre, un intervallo massimo di 10-15 s è tecnicamente attuabile e le informazioni importanti per la modellazione cinetica sono mancate. Questo può essere visto anche nei dati presentati, come una differenza nel numero massimo rilevato di campionamento continuo e manuale del sangue è evidente (Figura 3A,C,E). Con il campionamento del sangue online il picco rilevato era superiore rispetto alla funzione di input derivata dall'immagine dell'aorta ascendente11 (Figura 3B,D,F). La funzione di input derivata da Imaged è limitata alla risoluzione spaziale degli scanner PET, che si traduce in effetti di volume parziali12 ed è influenzata dagli intervalli di tempo ricostruiti.
Un vantaggio generale di questa procedura di campionamento continuo del sangue è che il tracciante può essere applicato tramite il catetere, che è meno incline al disturbo rispetto all'iniezione attraverso la vena posteriore della coda laterale. Tenete a mente che il tracciante deve essere applicato in un volume moderato per evitare che il tracciante rimanga all'inizio del sistema di tubi. Per garantire che nessuna attività rimanga nel volume morto del pezzo a T, viene lavato con soluzione salina eparinizzata in seguito. Inoltre, si consiglia l'utilizzo di una pompa di infusione in quanto consente la regolazione della velocità dell'iniezione del tracciante e può contribuire ad un'acquisizione più coordinata del picco massimo di radioattività con campionamento manuale del sangue13.
Esistono alcune possibili difficoltà che potrebbero verificarsi durante l'elaborazione del protocollo e possono essere gestite dalla risoluzione dei problemi seguente. Una posizione non ottimale dei cateteri potrebbe portare ad un'esecuzione incompleta del protocollo, quindi assicurarsi che siano fissati accuratamente con la sutura prossimale e che il catetere sia spinto 2-3 cm propimali nel recipiente. Inoltre, è possibile utilizzare l'adesivo di fibrina. Anche la formazione di trombi può ostigare i cateteri. Questo può essere gestito aumentando la concentrazione di eparina e il successivo lavaggio dei cateteri o del sistema di tubi. Tale risultato non ottimale a causa di intasamento dei cateteri è mostrato nei risultati, il picco massimo è mancato (Figura 3E). Un altro punto critico per quanto riguarda la protezione e il benessere degli animali è la lunghezza del flusso sanguigno extracorporeo. Si consiglia quindi di ridurre al minimo la lunghezza del sistema di tubi.
Quando viene eseguito il campionamento del sangue, è necessario prendere in considerazione tre correzioni dell'AIF risultante. In primo luogo, la correzione del plasma. I traccianti equilibrati tra plasma e cellule del sangue, principalmente eritrociti. A seconda della velocità di questi processi di diffusione, il tracciante disponibile è presente principalmente nel plasma. Per alcuni traccianti, il rapporto tra plasma e sangue intero deve essere considerato, come quelli più lipofilici. In questi casi, l'attività plasmatica deve essere determinata. Se si usa [18F]FDG, non è necessario centrifugiare il sangue per determinare l'attività plasmatica, in quanto esegue un elibrismo molto rapido tra plasma e globuli rossi e la disponibilità di [18F]FDG nel plasma è simile a quella dell'intero sangue. In secondo luogo, la correzione dei metaboliti. Molti traccianti sono metabolizzati nel sangue intero e alcuni di questi metaboliti sono ancora etichettati radioattivamente14. Questa frazione è presente nell'AIF, ma non è disponibile per l'assorbimento dei tessuti. Per alcuni traccianti i metaboliti devono essere determinati nel sangue intero o nel plasma e l'AIF deve essere corretto. In terzo luogo, la correzione della dispersione. La dispersione è causata da diversi fattori, tra cui (a) la differenza di tempo sistematica tra i tempi di arrivo del tracciante nel tessuto rispetto al sito di campionamento periferico (correzione del ritardo) e (b) e la sbisciazione della forma dell'AIF, in quanto il trasporto tracciante all'interno del sistema di tubi èinfluenzato dalla sua cinetica di ritardo di primo ordine (PT 1). Sono state proposte diverse correzioni basate sulla deconvoluzione, basate principalmente sul modello di Iida et al.15, ma la maggior parte di esse sono soggette al rumore. Un metodo di correzione che elude la deconvoluzione ed è quindi meno soggetto al rumore è stato proposto da Munk et al.16. Le misurazioni necessarie per stimare i parametri di correzione devono essere eseguite per ogni combinazione di tubi e traccianti utilizzati. La correzione della dispersione deve essere eseguita prima della correzione del ritardo di tempo17. Tuttavia, principalmente i processi di perfusione dei tessuti veloci sono influenzati dalla dispersione ed è stato anche dimostrato che per la modellazione di [18F]FDG studi una correzione di dispersione non è assolutamente necessario18. Pertanto, negli esempi presentati la correzione della dispersione dell'AIF non è stata applicata.
Una corretta calibrazione del calibratore della dose in loco e il suo regolare controllo di qualità sono un prerequisito per il tipo di procedure di calibrazione incrociata qui presentate. Tuttavia, se l'attività somministrata all'animale viene misurata con lo stesso calibratore della dose, qualsiasi deviazione di precisione verrà annullata, a condizione che la deviazione sia costante e che sia stata seguita la procedura completa di calibrazione incrociata, correzioni specifiche del nuclide (ad esempio, per emivita variabile o rapporto di ramificazione diverso). Utilizzando una tale procedura di calibrazione per armonizzare i sistemi PET/CT utilizzati nell'assistenza e nella ricerca sulla salute umana, si potrebbe ottenere una precisione di almeno il 5-10%19,20.
Gli AIF calibrati e corretti generati dalla corretta attuazione di questo protocollo consentono la quantificazione dei dati PET/CT per la caratterizzazione dei modelli di malattie animali, la sperimentazione di nuove opzioni terapeutiche, la creazione di nuovi traccianti e il trasferimento di traccianti esistenti in un'altra specie. Apparentemente, il campionamento continuo del sangue in [18]FDG-PET/CT nei ratti fornisce le informazioni più affidabili per il calcolo dell'input nella modellazione bio-cinetica. Tenendo conto del metabolismo individuale, in particolare lo sgombero del fegato, è possibile una valutazione più precisa degli effetti patologici o terapeutici rilevanti. Con questo protocollo praticabile, una maggiore efficienza dell'analisi preclinica dei dati PET/CT è facilmente attuabile.

La tomografia a emissione di positroni/tomografia computerizzata (PET/CT) è una tecnologia di imaging nucleare che consente la visualizzazione dei processi metabolici nel corpo in seguito all'iniezione di un ligando etichettato radioattivamente, chiamato anche tracciante. Mentre il ligando è una molecola che è coinvolta in una via metabolica o si rivolge alle proteine della superficie cellulare, l'etichetta radioattiva è un radionuclide che emette positrone. I raggi gamma sono emessi indirettamente dal decadimento del positrone e consentono di rilevare la sua distribuzione nell'organismo con rivelatori PET extracorporei. In questo modo, diverse molecole cellulari possono essere mirate: recettori e trasportatori di neurotrasmettitori, processi metabolici come glicolisi o proteine mitocondriali come la proteina traslocatore 18 kDa (TSPO) per rilevare le cellule glia attivate.
Nella ricerca preclinica, il PET/TC è un metodo interessante per studiare i processi biochimici in modo non invasivo in vivo, consentendo così studi longitudinali. I dati PET/CT supportano l'analisi dei meccanismi della malattia, la valutazione delle caratteristiche e della farmacocinetica dei nuovi farmaci e la convalida di entrambi i radiotracciatori attuali e nuovi per la ricerca traslazionale.
Durante le analisi PET/T È possibile definire tre stati di tracciante (esempio del modello di compartimento a 2 tessuti): in primo luogo, il tracciante scorre all'interno del sangue dopo la sua applicazione (stato 1; conc.[sangue]). In secondo luogo, entra nel tessuto attraverso il letto capillare e può esserci liberamente muoversi all'interno dello spazio extracellulare o è inspecifico legato a diverse strutture cellulari o extracellulari (stato 2; conc.[non spec]). In terzo luogo, il tracciante può essere specificamente legato (con o senza intrappolamento metabolico) alla sua molecola bersaglio (stato 3, conc.[spec]). Tutti questi processi dinamici tra i compartimenti sono in una certa misura bidirezionali e i processi di diffusione sono descritti da costanti di frequenza (K1, k2, k3 e k4). Mentre la concentrazione del tracciante nel sangue (cioè lo stato 1) è chiamata "Input", la concentrazione di tracciante inspecifico e specificamente legato (cioè stato 2 e stato 3) è chiamata "Output" e può essere derivata direttamente dall'immagine PET. Questa relazione fisiologica può essere visualizzata nel modello di compartimento a 2 tessuti (Figura 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> Figura 1 : Il modello compartimentale a due tessuti. Vengono visualizzate le condizioni fisiologiche dei tre diversi stati di tracciante e i processi dinamici tra di essi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Nel caso ideale, il conc.[spec] è proporzionale alla concentrazione della sua molecola bersaglio. Tuttavia, l'output della misura PET/CT è la somma di conc.[spec] e conc.[unspec]. Per determinare la conc.[spec] nella regione di interesse, in parallelo viene determinato il conc. Utilizzando equazioni matematiche appropriate è ora possibile calcolare il conc. Tuttavia, in molti casi, tale regione di riferimento priva della proteina bersaglio non è disponibile1,2. In questi casi, il conc.[sangue] puòessere utilizzato per determinare il conc. Dal momento che il conc.[sangue] varia a causa di diversa distanza del fegato e dei reni, escrezione, flusso sanguigno, diversa penetrazione della barriera rom-sangue cerebrale e fattori correlati alla malattia3, l'attuale gold standard è quello di misurare il conc. sangue in parallelo alla scansione PET/TC mediante campionamento continuo del sangue. Questo dà la funzione di input arterioso (AIF), che è definita come conc.[sangue] nel tempo4. Da notare che l'esecuzione di un campionamento continuo del sangue è considerato tecnicamente altamente impegnativo, soprattutto in piccoli animali come ratti o topi5.
Qui, forniamo un protocollo facile e pratico per campionare continuamente il sangue dai ratti attraverso uno shunt arteriovenoso (a-v) tra la vena femorale e l'arteria. Accoppiati a un sistema di rivelatore-pompa disponibile in commercio, siamo in grado di generare un AIF continuo in tempo reale durante la scansione dinamica [18F]fluorodeoxyglucose ([18 F]FDG)-PET/CT nei ratti e confrontarla con approcci alternativi. L'imaging PET/CT è stato eseguito in ratti sprague dawley maschi all'età di 4 mesi, con un peso medio di 462 g e 33 g (media deviazione standard) utilizzando uno scanner PET/CT multimodalità.
Poiché durante la serie di misurazioni viene utilizzata un'ampia gamma di dispositivi (calibratore di dose, campionatore di sangue online, PET/CT e contatore dei pozzi), è necessaria una procedura di controllo della qualità denominata taratura incrociata per verificare l'accuratezza quantitativa di tutti i sistemi e per compensare le differenze. La calibrazione incrociata nel contesto del campionamento del sangue online significa che il tasso di conteggio per una determinata concentrazione di attività misurata in immagini PET corrette può essere convertito nella concentrazione misurata con il sistema di twilite per la stessa concentrazione. Pertanto, è stata stabilita una procedura di calibrazione incrociata tra PET/TC, sistema di campionamento del sangue e contatore del pozzo.
Questa metodologia altamente standardizzata fornisce un potente approccio per quantificare i processi metabolici e cellulari nella ricerca preclinica su piccoli animali ed è un modo elegante per migliorare l'affidabilità e la riproducibilità dell'AIF. L'AIF può quindi essere utilizzato per quantificare il tracciante specificamente associato nel tessuto nei dati preclinici PET/TC utilizzando la modellazione bio-cinetica.

<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

Per l'analisi quantitativa e la modellazione biocinetica della tomografia a emissione di positroni/dati di tomografia computerizzata (PET/CT), la determinazione della concentrazione temporale temporale temporale temporale temporale-attività nota anche come funzione di input arterioso (AIF) è un punto chiave, in particolare per la caratterizzazione dei modelli di malattie animali e l'introduzione di radiotracciatori di recente sviluppo. La conoscenza della disponibilità di radiotracer nel sangue aiuta a interpretare i dati PET/CT-derivati dell'attività tissutale. A tale scopo, si consiglia di misurare l'AIF durante l'imaging PET/T. A differenza del campionamento manuale del sangue e degli approcci derivati dall'immagine, il campionamento continuo del sangue online presenta diversi vantaggi. Oltre alla perdita di sangue ridotta al minimo, c'è una risoluzione migliorata e una precisione superiore per la misurazione dell'attività sanguigna. Tuttavia, il principale inconveniente del prelievo di sangue online è la preparazione costosa e dispendiosa in termini di tempo per cateterizzare i vasi femorali dell'animale. Qui, descriviamo un flusso di lavoro facile e completo per la cateterizzazione e il campionamento continuo del sangue durante la piccola imaging PET/CT animale e lo confrontamo con il campionamento manuale del sangue e un approccio derivato dall'immagine. Utilizzando questo flusso di lavoro altamente standardizzato, viene dimostrata ladeterminazione dell'AIF fluorodeossiassia ([18 F]FDG). Inoltre, questa procedura può essere applicata a qualsiasi radiotracciatore in combinazione con diversi modelli animali per creare una conoscenza fondamentale delle caratteristiche cinetica e del modello tracciante. Ciò consente una valutazione più precisa del comportamento dei prodotti farmaceutici, sia per gli approcci diagnostici che terapeutici nella ricerca preclinica delle malattie oncologiche, neurodegenerative e miocardiche.

La configurazione del sistema di shunt viene visualizzata nella Figura 2. I risultati rappresentativi dei dati di campionamento del sangue continuo rispetto ai dati di campionamento ematico manuale in tre ratti selvatici in un arco di tempo di 30 min sono presentati nella Figura 3A, C. All'inizio del campionamento continuo del sangue, un picco iniziale (massimo di concentrazione di radioattività) può essere visto a 5 s dopo l'iniezione del tracciante. Successivamente, l'attività nel sangue diminuisce rapidamente e raggiunge un altopiano a circa 15 min. Nei dati di campionamento ematico manuale il picco rilevato è più piccolo e l'altopiano non è facile da definire (Figura 3A,C). Il confronto tra il campionamento continuo del sangue e i dati derivati dall'immagine viene visualizzato nella figura 3B,D. Nei dati derivati dall'immagine, il picco e il punto di partenza dell'altopiano sono chiaramente visibili, tuttavia il massimo del picco è più piccolo rispetto ai dati di campionamento del sangue continuo per tutti gli animali (Figura 3B,D).
Un risultato non ottimale del campionamento continuo del sangue con la nostra configurazione è illustrato nella Figura 3E,F. All'inizio del campionamento continuo del sangue, non era possibile alcuna acquisizione di dati entro i primi 3,5 min a causa della coagulazione del sangue. Scollegando il sistema di tubi a arancione del connettore e galleggiando con soluzione salina emainizzata, il flusso nel sistema tubo è stato riavviato e la misurazione è continuata. Un picco può essere visto a circa 4 min, che non registra il massimo di radioattività nel sangue (Figura 3E,F). Il campionamento del sangue manuale (Figura 3E) e le analisi ricavate dall'immagine (Figura 3F) erano ancora possibili e comparabili ai risultati corretti.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> Figura 3 : Risultati rappresentativi del prelievo continuo del sangue rispetto al prelievo ematico manuale. Vengono mostrate le funzioni di input arterioso tipiche derivate dal campionamento continuo del sangue rispetto al campionamento manuale del sangue (colonna sinistra) e al campionamento continuo del sangue rispetto all'approccio derivato dall'immagine (colonna destra). I gruppi di esperti A-D dimostrano i risultati della corretta attuazione del protocollo in due diversi animali. I pannelli E e F illustrano un risultato non ottimale della misurazione. Tutti i dati mostrati sono stati corretti per il fattore di calibrazione incrociata e lo sfondo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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

Il campionamento continuo del sangue nella tomografia a emissione di positroni di piccole dimensioni/tomografia computerizzata consente la misurazione della funzione di input arteriosa

Qui viene descritto un protocollo per il campionamento continuo del sangue durante l'imaging PET/T dei ratti per misurare la funzione di input arterioso (AIF). Vengono dimostrati la cateterizzazione, la calibrazione e l'impostazione del sistema e l'analisi dei dati della radioattività sanguigna. I dati generati forniscono parametri di input per la successiva modellazione bio-cinetica.

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

In questo video viene fornito un protocollo per il prelievo continuo del sangue. La radioattività del sangue sarà misurata in parallelo a un PET/TC utilizzando uno shunt arteriovenoso extracorporeo. In questo modo, viene generata la funzione di input arterioso per la successiva quantificazione dei dati PET/CT e consente in seguito una precisa modellazione biocinetica.I principali vantaggi di questo protocollo sono che è riproducibile, genera una perdita di sangue minima e facilita un'elevata precisione nella risoluzione temporale della funzione di input arterioso. È essenziale calibrare attraverso tutti i dispositivi di misurazione da utilizzare per la determinazione della concentrazione di attività del sangue. A dimostrare la procedura sarà Anne Moller, una tecnico del nostro laboratorio.Dopo aver confermato una mancanza di risposta al dito del dito in un ratto digiunato di 12 ore, radere la gamba e l'inguine sul lato chirurgico dell'animale e pulire la pelle esposta con un disinfettante aggiuntivo. Applicare un unguento all'occhio dell'animale e posizionare una sonda rettale per il monitoraggio continuo e il mantenimento della temperatura corporea. Rastrettare gli arti del topo sulla superficie di lavoro e disinfettare il sito operativo con un disinfettante per mucose.Fai un'incisione di circa 20 millimetri all'inguine e seziona gli strati fini della pelle per esporre la vena femorale, l'arteria e il nervo. Posizionare due filamenti fini sotto la vena femorale e l'arteria e ligare i vasi con i filamenti distali. Tenendo i vasi in tensione con un morsetto bulldog, utilizzare i filamenti di sutura prossimale per tese il vaso con i morsetti del bulldog senza nodo.Blocca la vena con un morsetto aneurisma prossimale da due a tre millimetri distale dalla sutura con il morsetto bulldog e usa le forbici corneali per fare un'incisione che è 1/3 del diametro del vaso. L'incisione della nave è il passo più critico del nostro protocollo. Assicurarsi di utilizzare strumenti microchirurgici, come le forbici corneali, e assicurarsi di tagliare il vaso con cura con un angolo di 45 gradi.Utilizzare un batuffolo di cotone sterile per rimuovere il sangue che perde e dilatare la vena con una forza opaca. Tenendo aperto il recipiente, inserire il catetere affilato nella vena nella direzione prossimale, fino alla clip dell'aneurisma. Apri la clip dell'aneurisma e spingi il catetere da altri due a tre centimetri.Se il catetere è stato posizionato correttamente, il sangue fluirà nel catetere. Fissare il catetere con i due nodi prossimali. Utilizzare una siringa per insulina per sciacquare e aspirare 100 microlitri di soluzione salina eparinata attraverso il catetere per verificare la funzionalità del catetere.Quindi posizionare un catetere nell'arteria, come appena dimostrato per la vena, e chiudere la gamba con suture. A dimostrare la procedura sarà Joanna Forster, una tecnico del nostro laboratorio. Per l'acquisizione di immagini, posizionare l'animale in una posizione soggetta a teste sul pallet del letto navetta e spostare il letto navetta nella posizione estesa del letto per l'iniezione.Collegare i cateteri al sistema shunt e avviare la pompa peristaltica con una portata di 1,52 millilitri al minuto per riempire il sistema di shunt con il sangue dell'animale. Spostare il letto navetta al centro del campo visivo della tomografia ad emissione di positroni, o PET, anello di rilevamento e avviare il sistema di campionamento del sangue online. Quindi avviare il flusso di lavoro PET/tomografia computerizzata, o TC.Dopo 60 secondi, iniettare da 0,5 a un millilitro di una dose di circa 22 megabecquerel di 18F-fluorodeossiglucosio per via endovenosa attraverso il pezzo a T. Lavare il pezzo a T con circa 150 microlitri di soluzione salina eparinata. Per l'acquisizione delle emissioni di PET, impostare l'opzione acquire by time su 3.600 secondi e selezionare F-18 come isotopo dello studio.Utilizzare da 350 a 650 kiloelettronici come livello di energia e da 3.438 nanosecondi come finestra di temporizzazione. Per l'acquisizione CT, selezionate la scansione di attenuazione nell'opzione di acquisizione e nel campo delle impostazioni di proiezione selezionate 180 proiezioni per una rotazione totale di metà. Per le impostazioni del campo visivo e della risoluzione, selezionare basso come ingrandimento e quattro per quattro per l'associazione con una lunghezza di scansione assiale di 275 millimetri e 3.328 pixel come dimensione del dispositivo accoppiato alla carica transassiale.Nel campo delle impostazioni di esposizione, impostare 500 microampe per la corrente, 80 kilovolt per la tensione e 180 millisecondi per il tempo di esposizione. Quindi acquisire un PET dinamico nei prossimi 60 minuti, seguito da una TAC alla fine dell'imaging PET. Per un istogramma a emissione di PET, impostare una serie di 20 fotogrammi come inquadratura dinamica e selezionare sottrai per i ritardi.Nel campo impostazioni avanzate, selezionare 128 come larghezza del sinogramma, tre come intervallo e 79 come differenza di anello e correzione del tempo morto. Per la ricostruzione pet, utilizzare una massimizzazione delle aspettative del sottoinsieme ordinato bidimensionale e applicare e salvare l'ecogramma a dispersione con quattro iterazioni e Fourier per la ricombinazione come algoritmo di ricostruzione. Quindi seleziona 128 per 128 come dimensione della matrice, usane uno come zoom dell'immagine e seleziona tutto per i fotogrammi e tutto per i segmenti.Per il prelievo manuale del sangue 30, 60, 90, 600 e 1.800 secondi dopo l'avvio dell'acquisizione dell'imaging, aprire la prima valvola a tre vie. Raccogliere 100 microlitri di sangue arterioso in un tubo di raccolta del sangue capillare EDTA 30 secondi dopo l'iniezione di tracciante. Per misurare l'attività di tutto il sangue, caricare il campione in un contatore del pozzo per consentire il calcolo dell'attività di tutto il sangue per ogni punto temporale del prelievo manuale del sangue in kilobecquerel per millilitro.Per il prelievo del sangue online, utilizzare la guida del tubo per posizionare il tubo nel rilevatore e avviare il software del campionatore di sangue. Aprire l'interfaccia di acquisizione e verificare che il computer della configurazione di prelievo del sangue online e del PET/CT sia sincronizzato nel tempo. Premere il pulsante Start esattamente 60 secondi prima che il tracciante sia iniettato per acquisire dati sufficienti per la correzione in background.Salvare i dati non elaborati tramite il pulsante Salva nel database PMOD dopo la misurazione. Per la correzione e la calibrazione dei dati del sangue online, passare all'interfaccia di correzione e abilitare la correzione del decadimento. Selezionare 18 F e definire l'ora di inizio dell'acquisizione dell'immagine, consentendo al pulsante Media di eseguire la correzione in background.Attivare la calibrazione e immettere il fattore di calibrazione. Salvare i dati del sangue corretti e calibrati utilizzando il pulsante Salva TAC e selezionare il sangue. crv.All'inizio del prelievo continuo del sangue, si può osservare un picco iniziale nella concentrazione di radioattività a partire da circa cinque secondi dopo l'iniezione di tracciante nell'analisi online. Dopo questo picco, l'attività nel sangue diminuisce rapidamente, raggiungendo un altopiano a circa 15 minuti. Nei dati manuali di prelievo del sangue, il picco rilevato è più piccolo e l'altopiano non è facilmente definito.Nei dati derivati dall'immagine, il picco e il punto di partenza dell'altopiano sono chiaramente visibili. Tuttavia, il massimo del picco è inferiore rispetto ai dati di prelievo continuo del sangue. In questo prelievo continuo non ottimale del sangue, non è stata possibile alcuna acquisizione di dati durante i primi 3 minuti e mezzo del campionamento a causa della coagulazione del sangue.Dopo aver cancellato il coagulo, il flusso nel sistema di tubi è stato riavviato e la misurazione è stata continuata, rivelando un picco a circa quattro minuti che non ha registrato la massima radioattività nel sangue. Il prelievo manuale del sangue e le analisi di immagine erano ancora possibili in questo campionamento non ottimale, tuttavia, e dimostravano risultati paragonabili a quelli osservati per correggere i risultati continui del prelievo del sangue. Tieni a mente il benessere dell'animale durante l'intera procedura, prepara il sistema di shunt esattamente come raccomandato e cerca di ridurre la lunghezza dei tubi.Il protocollo può essere utilizzato per la variazione di nuove tracce diagnostiche di PET, la caratterizzazione di nuovi modelli di malattia e la valutazione della risposta terapeutica di nuove terapie in ambiente preclinico.

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

Tecniche chirurgiche di base Nella cavia Gottinga: intubazione, cateterismo vescicale, cateterizzazione nave femorale, e Perfusione Transcardial

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

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Medicina

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

Femorale cateterismo arterioso e venoso per il campionamento del sangue, Drug Administration e pressione sanguigna consapevole e misure di frequenza cardiaca

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

Quantificazione di attività placca aterosclerotica e l&#39;infiammazione vascolare utilizzando [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography / Computed Tomography (FDG-PET/TC)

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

Protocollo per lungo Ipertermia Corpo intera durata in Mouse

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

Generazione e quantificazione 3-Dimensional di arteriosa lesioni nei topi mediante tomografia ottica di proiezione

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

Imaging non invasiva e analisi di ischemia cerebrale in ratti Living Utilizzando Positron Emission Tomography con<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

Umano Brown adipose Depositi tessuti segmentato automaticamente da Positron Emission Tomography / tomografia computerizzata e registrati Risonanza Magnetica 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-sparing Mid-ostruzione uretrale (Nemo) nel femminile piccoli roditori

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

Campionamento ripetitivo di sangue dalla vena succlavia del ratto cosciente

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 ...