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

Författarna erkänner tacksamt Susann Lehmann, Iloana Klamfuß och Petra Wolff för djur boende och omsorg och Matthias Wyss för stöd under inrättandet av online blod provs system. Det lilla djuret PET/CT finansierades av Deutsche Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG).

<ol>
	<li>Schain, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arterial+input+function+derived+from+pairwise+correlations+between+PET-image+voxels.">Arterial input function derived from pairwise correlations between PET-image voxels.</a> Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 33 (7), 1058-1065 (2013).</li><li>Schain, M., Zanderigo, F., Mann, J. J., Ogden, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+the+binding+potential+BPND+without+a+reference+region+or+blood+samples+for+brain+PET+studies.">Estimation of the binding potential BPND without a reference region or blood samples for brain PET studies.</a> NeuroImage. 146, 121-131 (2017).</li><li>Bentourkia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+Input+Function+at+the+Entry+of+the+Tissue+of+Interest+and+Its+Impact+on+PET+Kinetic+Modeling+Parameters.">Determination of the Input Function at the Entry of the Tissue of Interest and Its Impact on PET Kinetic Modeling Parameters.</a> Molecular Imaging and Biology. 17 (6), 748-756 (2015).</li><li>Phelps, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> PET. , (2004).</li><li>Laforest, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+input+functions+in+rodents:+challenges+and+solutions.">Measurement of input functions in rodents: challenges and solutions.</a> Nuclear Medicine and Biology. 32 (7), 679-685 (2005).</li><li>Napieczynska, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+the+Arterial+Input+Function+Recording+Method+on+Kinetic+Parameters+in+Small-Animal+PET.">Impact of the Arterial Input Function Recording Method on Kinetic Parameters in Small-Animal PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 59 (7), 1159-1164 (2018).</li><li>Sijbesma, J. W. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Approach+to+Repeated+Arterial+Blood+Sampling+in+Small+Animal+PET:+Application+in+a+Test-Retest+Study+with+the+Adenosine+A1+Receptor+Ligand+[(11)C]MPDX.">Novel Approach to Repeated Arterial Blood Sampling in Small Animal PET: Application in a Test-Retest Study with the Adenosine A1 Receptor Ligand [(11)C]MPDX.</a> Molecular Imaging and Biology: MIB: the Official Publication of the Academy of Molecular Imaging. 18 (5), 715-723 (2016).</li><li>Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femoral+arterial+and+venous+catheterization+for+blood+sampling,+drug+administration+and+conscious+blood+pressure+and+heart+rate+measurements.">Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements.</a> Journal of Visualized Experiments. (59), e3496 (2012).</li><li>Weber, B., Burger, C., Biro, P., Buck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+femoral+arteriovenous+shunt+facilitates+arterial+whole+blood+sampling+in+animals.">A femoral arteriovenous shunt facilitates arterial whole blood sampling in animals.</a> European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 29 (3), 319-323 (2002).</li><li>Liu, H. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microvascular+anastomosis+of+submillimeter+vessels-a+training+model+in+rats.">Microvascular anastomosis of submillimeter vessels-a training model in rats.</a> Journal of Hand and Microsurgery. 5 (1), 14-17 (2013).</li><li>van der Weerdt, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-derived+input+functions+for+determination+of+MRGlu+in+cardiac+(18)F-FDG+PET+scans.">Image-derived input functions for determination of MRGlu in cardiac (18)F-FDG PET scans.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 42 (18), 1622-1629 (2001).</li><li>Alf, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+brain+glucose+metabolism+by+18F-FDG+PET+with+real-time+arterial+and+image-derived+input+function+in+mice.">Quantification of brain glucose metabolism by 18F-FDG PET with real-time arterial and image-derived input function in mice.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 54 (1), 132-138 (2013).</li><li>Eriksson, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+computerized+infusion+pump+for+control+of+tissue+tracer+concentration+during+positron+emission+tomography+in+vivo+pharmacokinetic/pharmacodynamic+measurements.">A computerized infusion pump for control of tissue tracer concentration during positron emission tomography in vivo pharmacokinetic/pharmacodynamic measurements.</a> BMC Medical Physics. 8, 2 (2008).</li><li>Burger, C., Buck, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracer+kinetic+modelling+of+receptor+data+with+mathematical+metabolite+correction.">Tracer kinetic modelling of receptor data with mathematical metabolite correction.</a> European Journal of Nuclear Medicine. 23 (5), 539-545 (1996).</li><li>Iida, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Error+analysis+of+a+quantitative+cerebral+blood+flow+measurement+using+H2(15)O+autoradiography+and+positron+emission+tomography,+with+respect+to+the+dispersion+of+the+input+function.">Error analysis of a quantitative cerebral blood flow measurement using H2(15)O autoradiography and positron emission tomography, with respect to the dispersion of the input function.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 6 (5), 536-545 (1986).</li><li>Munk, O. L., Keiding, S., Bass, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+to+estimate+dispersion+in+sampling+catheters+and+to+calculate+dispersion-free+blood+time-activity+curves.">A method to estimate dispersion in sampling catheters and to calculate dispersion-free blood time-activity curves.</a> Medical Physics. 35 (8), 3471-3481 (2008).</li><li>Meyer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+correction+for+tracer+arrival+delay+and+dispersion+in+CBF+measurements+by+the+H215O+autoradiographic+method+and+dynamic+PET.">Simultaneous correction for tracer arrival delay and dispersion in CBF measurements by the H215O autoradiographic method and dynamic PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 30 (6), 1069-1078 (1989).</li><li>Lanz, B., Poitry-Yamate, C., Gruetter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-derived+input+function+from+the+vena+cava+for+18F-FDG+PET+studies+in+rats+and+mice.">Image-derived input function from the vena cava for 18F-FDG PET studies in rats and mice.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (8), 1380-1388 (2014).</li><li>Geworski, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicenter+comparison+of+calibration+and+cross+calibration+of+PET+scanners.">Multicenter comparison of calibration and cross calibration of PET scanners.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 43 (5), 635-639 (2002).</li><li>Boellaard, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standards+for+PET+image+acquisition+and+quantitative+data+analysis.">Standards for PET image acquisition and quantitative data analysis.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 50, 11-20 (2009).</li></ol>

Författarna har inget att avslöja.

De presenterade resultaten extraheras från ett större projekt om neuronala aktivitet i en transgen djurmodell av Huntingtons sjukdom jämfört med vild typs råttor. Totalt 30 transgena och vildtyp råttor var kateteriserad och manuell och online blodprovstagning parallellt med [18F] FDG-PET/CT utfördes. Tre AIF-fonder av vildtyp råttor visas här för att demonstrera utbudet av möjliga resultat av protokollet. Resultaten av det kompletta projektet om förändringar av neuronala aktivitet i en djurmodell av Huntingtons sjukdom kommer att publiceras på annat håll.
Den här beskrivna metoden möjliggör snabb och noggrann kontinuerlig blodprovstagning i en stor kohort och ger en oavbruten AIF för kinetisk modellering av dynamiska PET/CT-data i små djur. En extern blodcirkulation genereras för att upptäcka faktisk tid aktivitet i blodet hos djuren; Därför undviks en förlust av blod. Det kirurgiska ingreppet är baserat på Jespersen et al.8 och ändrades för att tillgodose behoven av arteriella blodprovstagning under PET/CT mätningar. Shuntsystemet validerades av Weber et al.9. Med här används setup, en extern blodvolym på ca 1,1 mL går genom detektor-pumpsystem. En råtta från 4 månaders ålder har en total blodvolym på ca 30 mL. Diametern på den femorala venen och artären är cirka 0,45-0.6 mm10 och måste vara lite stärkta för att sätta in katetern används.
AIF-fonden kan också mätas via sporadisk manuell blod insamling eller rekonstrueras från tidiga tidpunkter i själva PET-bilderna (bild-derived). Båda tillvägagångssätten utfördes med här presenterade data och jämfört med den kontinuerliga blodprovstagningen.
I jämförelse med manuell blodprovstagning, med online blodprovstagning en märkbar högre temporala upplösning (här: 1800 datapunkter per 30 min) blir möjligt. Manuella blod dragningar (här: 5 datapunkter per 30 min) är begränsade till den blodvolym som finns i det lilla djuret, eftersom dessa prover inte pumpas tillbaka in i cirkulationen av djuret. Dessutom är ett maximalt intervall på 10-15 s tekniskt genomförbar och viktig information för Kinetic modellering missas. Detta kan också ses i de presenterade data, som en skillnad i den upptäckta maximalt av kontinuerlig och manuell blodprovstagning är uppenbar (figur 3a, C, E). Med blodprovstagning på nätet var den upptäckta toppen högre än med den bild härledda inmatningsfunktionen i aorta ascendens11 (figur 3B, D, F). Den avbildade inmatningsfunktionen är begränsad till den rumsliga upplösningen hos PET-skannrar, vilket resulterar i partiella volymeffekter12 och påverkas av de rekonstruerade tidsramarna.
En generell fördel med detta kontinuerliga blod provs förfarande är att spårämne kan appliceras via katetern, vilket är mindre känsligt för störningar än injektion via den laterala svans venen. Tänk på att spårämne ska appliceras i en måttlig volym för att förhindra att spårämne blir kvar i början av rörsystemet. För att säkerställa att ingen aktivitet är kvar i den döda volymen av T-bit, är det spolas med hepariniserad saltlösning efteråt. Dessutom rekommenderas användning av en infusionspump eftersom den möjliggör justering av hastigheten på spår injektionen och kan bidra till ett mer samordnat förvärv av maximal radioaktivitet med manuell blodprovstagning13.
Det finns några möjliga problem som kan uppstå under protokoll bearbetningen och kan hanteras av följande felsökning. En suboptimal position av katetrar kan leda till en ofullständig exekvering av protokollet, därför se till att de är korrekt fixerade med den proximala suturen och att katetern skjuts 2-3 cm proximalt in i kärlet. Dessutom kan fibrin lim användas. Även bildandet av Trombi kan täppa till katetrar. Detta kan hanteras genom att öka heparin koncentrationen och efterföljande spolning av katetrar eller rörsystemet. Ett sådant suboptimala utfall på grund av igensättning av katetrar visas i resultaten, den maximala toppen missas (figur 3E). En annan kritisk punkt om djurskydd och välbefinnande är längden på extrakorporeal blodflödet. Det föreslås därför att minska längden på röret systemet till ett minimum.
När blodprovstagning utförs måste tre korrigeringar av den resulterande AIF-fonden beaktas. Första, plasma korrigering. Tracers jämvikt mellan plasma och blodceller, främst erytrocyter. Beroende på hur snabbt dessa diffusionsprocesser är, är den tillgängliga spårämne huvudsakligen närvarande i plasma. För vissa spårämnen, förhållandet mellan plasma till helblod måste övervägas, såsom mer lipofila sådana. I dessa fall måste plasma aktiviteten bestämmas. Om [18f] FDG används, finns det ingen anledning att Centrifugera blodet för att bestämma plasma aktiviteten, eftersom det jämmer mycket snabbt mellan plasma och röda blodkroppar och tillgången på [18f] FDG i plasma är liknande den i hela blodet. För det andra, metabolit korrigering. Många spårämnen metaboliseras i helblod och några av dessa metaboliter är fortfarande radioaktivt märkta14. Denna fraktion förekommer i AIF-fonden men är inte tillgänglig för vävnadsupptag. För vissa spårämnen måste metaboliter bestämmas i helblod eller plasma och AIF-fonden måste korrigeras. För det tredje, dispersion korrigering. Spridningen orsakas av flera faktorer, bland annat (a) den systematiska tidsskillnaden mellan den spårbara ankomsttiden i vävnaden i förhållande till den perifera provtagningsplatsen (fördröjnings korrigering) och (b) och smeten för AIF-fondens form, eftersom spår transport inom rörsystemet påverkas av dess första order fördröjning (PT1) Kinetics. Flera korrigeringar baserade på deconvolution har föreslagits, huvudsakligen baserade på modellen av Iida et al.15, men de flesta av dem är mottagliga för buller. Munk et al.16har föreslagit en korrektions metod som kringgår avfaltning och därför är mindre utsatt för buller. De nödvändiga mätningarna för att uppskatta korrigerings parametrarna måste utföras för varje kombination av slangar och spårämne som används. Dispersion korrigering bör göras innan tidsfördröjning korrigering17. Men främst snabb vävnad perfusion processer påverkas av dispersion och det har också visats, att för modellering av [18F] FDG studier en dispersion korrigering är inte absolut nödvändigt18. I de presenterade exemplen har därför inte spridnings korrigeringen av AIF-fonden tillämpats.
En ordentlig kalibrering av dos kalibratorn på plats och dess regelbundna kvalitetskontroll är en förutsättning för den typ av tvär kalibrerings procedurer som presenteras här. Om den verksamhet som administreras till djuret mäts med samma doskalibrator kommer dock alla avvikelser i noggrannheten att annulleras, under förutsättning att avvikelsen är konstant och att det fullständiga kors kalibreringsförfarandet har följts, inklusive nuklidspecifika korrigeringar (t. ex. för varierande halveringstid eller olika förgrening ratio). Med hjälp av ett sådant Kalibreringsförfarande för harmonisering av PET/CT-system som används inom hälso-och sjukvård och forskning, kan en noggrannhet på minst 5-10% uppnås19,20.
De kalibrerade och korrigerade AIF-fonderna som genererats genom ett lyckat genomförande av detta protokoll möjliggör kvantifiering av PET/CT-data för karakterisering av djur sjukdomsmodeller, testning av nya behandlingsalternativ, etablering av nya spårämnen och överföring av befintliga spårämnen till en annan art. Till synes, kontinuerlig blodprovstagning i [18] FDG-PET/CT hos råttor ger den mest tillförlitliga informationen för beräkning av indata i bio kinetisk modellering. Genom att ta hänsyn till den individuella metabolismen, särskilt leverclearance, en mer exakt bedömning av de relevanta patologiska eller terapeutiska effekter är möjligt. Med detta genomförbara protokoll är en högre verkningsgrad för prekliniska PET/CT dataanalys lätt genomförbar.

Positron emissions tomografi/datortomografi (PET/CT) är en nukleär bildteknik som möjliggör visualisering av metaboliska processer i kroppen efter injektion av en radioaktiv märkt ligand, även kallad Tracer. Medan ligand är en molekyl som är involverad i en metabolisk väg eller riktar in sig på cellytan proteiner, är den radioaktiva etiketten en positron-Emitting radionuklid. Gamma strålar är indirekt avges av positron förfall och tillåta detektion av dess fördelning i organismen med extrakorporeal PET detektorer. På detta sätt kan olika cellulära molekyler riktas: signalsubstans receptorer och transportörer, metaboliska processer som glykolys eller mitokondriella proteiner som Translocator protein 18 kDa (TSPO) att upptäcka aktiverade glia celler.
I preklinisk forskning är PET/CT en attraktiv metod för att studera biokemiska processer på ett icke-invasiv sätt in vivo, vilket möjliggör longitudinella studier. PET/CT-data stöder analyser av sjukdomsmekanismer, bedömning av nya läkemedels egenskaper och farmakokinetik samt validering av både nuvarande och nya radiotracers för translationell forskning.
Under PET/CT-analyser kan tre spårämnen definieras (exempel på 2-vävnadens fack modell): för det första flödar spårämnet i blodet efter dess applicering (tillstånd 1; conc.[blod]). Andra, det kommer in i vävnaden via kapillär sängen och kan det antingen fritt röra sig inom extracellulära rymden eller är Ospecifikt bunden till olika cellulära eller extracellulära strukturer (stat 2; conc.[unspec]). För det tredje kan spårämne vara specifikt bundet (med eller utan metabolisk svällning) till sin målmolekyl (State 3, conc.[spec]). Alla dessa dynamiska processer mellan avdelningarna är till viss del dubbelriktad och diffusions processerna beskrivs av Hastighetskonstanter (K1, K2, K3 och K4). Medan koncentrationen av spårämne i blodet (dvs tillstånd 1) kallas "input", koncentrationen av ospecifikt och specifikt bunden Tracer (dvs tillstånd 2 och tillstånd 3) kallas "output" och kan direkt härledas från PET bilden. Denna fysiologiska relation kan visas i 2-vävnadens fack modell (figur 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> Figur 1 : De två-vävnaderna compartmental modell. De fysiologiska förhållandena i de tre olika tracertillstånden och de dynamiska processerna mellan dem visas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
I det ideala fallet, conc.[spec] är proportionell mot koncentrationen av dess målmolekyl. Resultatet av PET/CT-mätningen är dock summan av conc.[spec] och conc.[unspec]. För att fastställa conc.[spec] i regionen av intresse, parallellt conc.[unspec] av en referens region saknar målprotein/väg bestäms. Genom att använda lämpliga matematiska ekvationer kan man nu beräkna conc.[spec], oftast med hjälp av kupé modellen (en bio-Kinetic modellering strategi). Men i många fall, en sådan referens region saknar målproteinet är inte tillgänglig1,2. I dessa fall kan conc.[Blood] användas för att bestämma conc.[spec]. Eftersom conc.[blod] är varierande på grund av olika lever-och njure clearance, utsöndring, blodflödet, olika hjärna-blod barriär penetration och sjukdomsrelaterade faktorer3, den nuvarande Guldstandarden är att mäta conc.[ blodet] parallellt med PET/datortomografi genom kontinuerlig blodprovstagning. Detta ger den arteriella inmatningsfunktionen (AIF), som definieras som conc.[blod] över tid4. Notera, utför kontinuerlig blodprovstagning anses tekniskt mycket utmanande, särskilt i små djur som råttor eller möss5.
Här, vi ger ett enkelt och praktiskt protokoll för att kontinuerligt prov blod från råttor via en arteriovenös (a-v) shunt mellan lår bens ven och artär. Kopplat till en kommersiellt tillgänglig detektor-pumpsystem, kan vi generera en realtid, kontinuerlig AIF under dynamisk [18f] fluorodeoxyglukos ([18f] FDG)-PET/CT skannar hos råttor och jämförde den med alternativa metoder. PET/CT Imaging utfördes i manliga Sprague Dawley råttor vid en ålder av 4 månader med en genomsnittlig vikt på 462 g ± 33 g (medelvärde ± standardavvikelse) med hjälp av en multimodalitet PET/CT scanner.
Eftersom en mängd olika enheter används under serien av mätningar (dos kalibrator, online Blood sampler, PET/CT, och väl Counter), en kvalitetskontroll procedur som kallas kors kalibrering behövs för att kontrollera den kvantitativa noggrannheten av alla system och att kompensera för olikheter. Kors kalibrering i samband med blodprovstagning på nätet innebär att räkna hastigheten för en given aktivitetskoncentration mätt i korrigerade PET-bilder kan omvandlas till den koncentration som mäts med Twilite-systemet för samma koncentration. Därför har man fastställt ett kors Kalibreringsförfarande mellan PET/CT, blod provs system och väl räknare.
Denna mycket standardiserade metodik ger en kraftfull metod för att kvantifiera metaboliska och cellulära processer i preklinisk smådjur forskning och är ett elegant sätt att förbättra tillförlitligheten och reproducerbarheten av AIF. AIF-fonden kan sedan användas för att kvantifiera den specifikt bundna spårämne i vävnad i prekliniska PET/CT-data med hjälp av bio kinetisk modellering.

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

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

För kvantitativ analys och bio kinetisk modellering av positron emissions tomografi/datortomografi (PET/CT) data, bestämning av temporal blod tid-aktivitetskoncentration även känd som arteriell input funktion (AIF) är en viktig punkt, särskilt för karakterisering av djur sjukdomsmodeller och införandet av nyutvecklade radiotracers. Kunskapen om tillgängligheten av radiotracer i blodet hjälper till att tolka PET/CT-härledda data av vävnads aktivitet. För detta ändamål är blodprovstagning online under PET/CT-avbildning tillrådligt att mäta AIF-fonden. Till skillnad från manuell blodprovstagning och bild-härledda metoder, kontinuerlig online blodprovstagning har flera fördelar. Förutom den minimerade blodförlusten, det finns en förbättrad upplösning och en överlägsen noggrannhet för blod aktivitet mätning. Men den stora nackdelen med online blodprovstagning är den kostsamma och tidskrävande förberedelse för att kateterisera femorala fartyg av djuret. Här, vi beskriver ett enkelt och komplett arbetsflöde för kateterisering och kontinuerlig blodprovstagning under små djur PET/CT Imaging och jämförde den med manuell blodprovstagning och en bild-derived metod. Genom att använda detta mycket standardiserade arbetsflöde demonstreras bestämning av fluordeoxyglukos ([18F] FDG) AIF. Vidare kan detta förfarande tillämpas på alla radiotracer i kombination med olika djurmodeller för att skapa grundläggande kunskaper om tracerkinetiska och modellegenskaper. Detta möjliggör en mer exakt utvärdering av läkemedels beteende, både för diagnostiska och terapeutiska metoder i den prekliniska forskningen av onkologiska, neurodegenerativa och myokardiella sjukdomar.

Inställningen av shuntsystemet visas i figur 2. Representativa resultat av kontinuerlig blodprovstagning jämfört med manuella blod provs data i tre vildtyp råttor under en tidsperiod på 30 min presenteras i figur 3a, C. I början av den kontinuerliga blodprovstagningen kan en initial topp (maximum av radio aktivitetskoncentration) ses vid 5 s efter spår injektion. Efteråt, aktiviteten i blodet avtar snabbt och når en platå på ca 15 min. I den manuella blod provs data är den upptäckta toppen mindre och platån är inte lätt att definiera (figur 3A, C). Jämförelsen av den kontinuerliga blodprovstagningen till de avbildningshärledda uppgifterna visas i figur 3B, D. I de bildhärda uppgifterna är höjden och utgångspunkten för platån tydligt synliga, men maxhöjden är dock mindre jämfört med kontinuerliga blod provs data för alla djur (figur 3B, D).
Ett suboptimal resultat av kontinuerlig blodprovstagning med vår inställning visas i figur 3E, F. I början av den kontinuerliga blodprovstagningen var ingen datainsamling inom den första 3,5 min möjligt på grund av blodproppar. Genom att koppla loss rörsystemet vid kontakt orange och flytande med hepariniserad saltlösning, startades flödet i rörsystemet och mätningen fortsatte. En topp kan ses på ca 4 min, som inte registrerar maximalt av radioaktivitet i blod (figur 3E, F). Manuell blodprovstagning (figur 3E) och bild härledda analyser (figur 3F) var fortfarande möjliga och jämförbara med de korrekta resultaten.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> Figur 3 : Representativa resultat av kontinuerlig blodprovstagning jämfört med manuell blodprovstagning. Typiska arteriella inmatningsfunktioner som härrör från kontinuerlig blodprovstagning jämfört med manuell blodprovstagning (vänster kolumn) och kontinuerlig blodprovstagning jämfört med den bild härledda metoden (höger kolumn) visas. Panelerna A-D visar resultaten av korrekt genomförande av protokollet på två olika djur. Panelerna E och F illustrerar ett suboptimal utfall av mätningen. Alla data som visas korrigerades för tvär kalibreringsfaktorn och bakgrunden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>

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

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

Kontinuerlig blodprovstagning i små djur positron emissions tomografi/datortomografi möjliggör mätning av arteriell input funktion

Här beskrivs ett protokoll för kontinuerlig blodprovstagning under PET/CT-avbildning av råttor för att mäta den arteriella inmatningsfunktionen (AIF). Kateterisering, kalibrering och inställning av systemet och dataanalys av blod radioaktivitet påvisas. De genererade data ger indataparametrar för efterföljande bio kinetisk modellering.

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

I den här videon tillhandahålls ett protokoll för kontinuerlig blodprovstagning. Blodradioaktivitet kommer att mätas parallellt med en PET/CT med hjälp av en extrakorporeal arteriovenös shunt. Genom att göra detta genereras den arteriella ingångsfunktionen för efterföljande kvantifiering av PET/CT-data och tillåter senare på en exakt biokinetisk modellering.De främsta fördelarna med detta protokoll är att det är reproducerbara, genererar minimal blodförlust, och underlättar en hög noggrannhet i tidsmässiga upplösning av arteriell ingång funktion. Det är väsentligt att korskalibrera alla mätanordningar som skall användas för bestämning av blodets aktivitetskoncentration. Demonstrerar proceduren blir Anne Möller, en tekniker från vårt labb.Efter att ha bekräftat en brist på svar på tå nypa i en 12-timmars fastad råtta, raka benet och ljumsken på den kirurgiska sidan av djuret och rengöra den exponerade huden med ytterligare desinfektionsmedel. Applicera salva på djurets öga, och placera en rektalsond för kontinuerlig övervakning och underhåll av kroppstemperaturen. Tejpa råttans lemmar till arbetsytan, och desinficera operationsplatsen med ett slemhämtande desinfektionsmedel.Gör en cirka 20-millimeters snitt vid ljumsken, och dissekera de fina hudlagren för att exponera lårbensvenen, artären och nerven. Placera två fina glödtrådar under lårbensvenen och artären, och ligate kärlen med de distala glödtrådarna. Håll kärlen under spänning med en bulldog clamp, använd de proximala suturfilamenten för att spänna kärlet med bulldogklämmorna utan knut.Blockera venen med en proximal aneurysm klämma två till tre millimeter distala från suturen med bulldog klämma, och använda hornhinnans sax för att göra ett snitt som är 1/3 av kärlet diameter. Farkosten snitt är det mest kritiska steget i vårt protokoll. Vänligen se till att använda mikrokirurgiska instrument, som kornealsax, och se till att skära fartyget försiktigt i en 45-graders vinkel.Använd en steril bomullspinne för att ta bort det läckande blodet, och vidga venen med en tråkig tlyck. Håll kärlet öppet, sätt in den slipade katetern i venen i den proximala riktningen, upp till aneurysmklämman. Öppna aneurysm klippet, och tryck katetern ytterligare två till tre centimeter.Om katetern har placerats korrekt kommer blod att rinna in i katetern. Säkra katetern med de två proximala knutarna. Använd en insulinspruta för att spola och aspirera 100 mikroliter av hepariniserad koksaltlösning genom katetern för att kontrollera kateterns funktionalitet.Placera sedan en kateter i artären, som bara visat för venen, och stäng benet med suturer. Demonstrerar proceduren blir Joanna Forster, en tekniker från vårt laboratorium. För bildinhämtning, placera djuret i en huvudbenägen position på skyttelbäddpallen och flytta skyttelbädden till den förlängda sängens position för injektion.Anslut katetrarna till shuntsystemet, och starta peristaltiska pumpen med ett flöde på 1,52 milliliter per minut för att fylla shuntsystemet med blodet från djuret. Flytta skyttelbädden till mitten av synfältet av positronemissionstomografi, eller PET, detektionsring, och starta online-blodprovtagningssystemet. Starta sedan PET/datortomografin, eller CT, arbetsflödet.Efter 60 sekunder injicerar du 0,5 till en milliliter av en cirka 22-megabecquereldos av 18F-fluorodeoxyglucose intravenöst via T-biten. Spola T-biten med ca 150 mikroliter av hepariniserad saltlösning. För PET-utsläppsförvärvet, ställ in alternativet förvärva efter tid till 3, 600 sekunder och välj F-18 som studieisotop.Använd 350 till 650 kiloelektronvolt som energinivå och 3, 438 nanosekonter som tidtagningsfönster. För CT-förvärvet väljer du dämpningsskanning i anskaffningsalternativet och i projektionsinställningarna fältet väljer 180 projektion för en halv total rotation. För inställningarna för synfält och upplösning väljer du låg som förstoring och fyra gånger fyra för bindningen med en 275-millimeters axiell skanningslängd och 3, 328 pixlar som den transaxiala laddningen kopplade enhetens storlek.I fältet exponeringsinställningar, ställ in 500 mikroamps för strömmen, 80 kilovolt för spänningen och 180 millisekunder för exponeringstiden. Sedan förvärva en dynamisk PET under de närmaste 60 minuterna, följt av en datortomografi i slutet av PET-avbildning. För ett PET-utsläpp histogram, ange en serie av 20 ramar som den dynamiska inramning och välj subtrahera för förseningarna.I fältet avancerade inställningar väljer du 128 som sinogrambredd, tre som spann och 79 som ringskillnad och dödtidskorrigering. För PET-rekonstruktion, använd en tvådimensionell ordnad delmängdsförväntningsmaximering och tillämpa och spara scatter-sonogram med fyra iterationer och Fourier för återbinning som rekonstruktionsalgoritmen. Välj sedan 128 av 128 som matrisstorlek, använd en som bildzoom och välj alla för bildramarna och allt för segmenten.För manuell blodprovtagning 30, 60, 90, 600, och 1, 800 sekunder efter start av bildtagningsförvärvet, öppna den första trevägsventilen. Samla in 100 mikroliter av arteriellt blod i ett EDTA kapillärbloduppsamlingsrör 30 sekunder efter spårämnesinjektionen. För att mäta helblodsaktiviteten, lasta provet i en brunnsräknare för att möjliggöra beräkning av helblodsaktiviteten för varje tidspunkt för den manuella blodprovstagningen i kilobecquerel per milliliter.För online blodprovtagning, använd röret guide för att placera röret i detektorn, och starta blod provtagaren programvara. Öppna förvärvet gränssnitt, och bekräfta att datorn av online blod provtagning setup och av PET / CT är tid synkroniseras. Tryck på Start-knappen exakt 60 sekunder innan spårämnet injiceras för att skaffa tillräckligt med data för bakgrundskorrigeringen.Spara rådata via Spara-knappen i PMOD-databasen efter mätningen. För korrigering och kalibrering av bloddatan online, växla till korrigeringsgränssnittet och aktivera sönderfallskorrigeringen. Välj 18 F och definiera starttiden för bildförvärv, vilket gör att knappen Medel för att utföra bakgrundskorrigering.Aktivera kalibreringen, och ange kalibreringsfaktorn. Spara de korrigerade och kalibrerade bloddata med hjälp av knappen Spara TAC, och välj blodet. filen CRV.I början av den kontinuerliga blodprovstagningen kan en initial topp i radioaktivitetskoncentrationen observeras med början på cirka fem sekunder efter spårämnesinjektion i onlineanalysen. Efter denna topp, minskar aktiviteten i blodet snabbt, når en platå på ca 15 minuter. I de manuella blodprovtagningsdata är den upptäckta toppen mindre och platån är inte lättdefinierad.I de bildhärledda uppgifterna syns toppen och utgångspunkten för platån tydligt. Trots detta är den maximala av toppen mindre jämfört med de kontinuerliga blodprovtagningsdata. I denna sub-optimala kontinuerlig blodprovtagning var ingen datainsamling möjlig under de första 3 1/2 minuterna av provtagningen på grund av blodpropp.Efter att ha rensat proppen, var flödet i rörsystemet startas om och mätningen fortsatte, avslöjar en topp på cirka fyra minuter som inte registrera den maximala radioaktiviteten i blodet. Manuell blodprovtagning och bild-härledda analyser var fortfarande möjligt i denna suboptimala provtagning, dock, och visat resultat jämförbara med dem som observerats för korrekt kontinuerlig blodprov provtagning resultat. Håll djurets välbefinnande i åtanke under hela proceduren, förbered shuntsystemet exakt som rekommenderat, och försök att minska längden på slangen.Protokollet kan användas för variation av nya diagnostiska PET-spår, karakterisering av nya sjukdomsmodeller och bedömning av terapisvar av nya terapier i den prekliniska inställningen.

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

Grundläggande kirurgiska tekniker i Göttingen minigris: Intubation, urinblåsan Kateterisering, Femoral fartyg Kateterisering och Transcardial perfusion

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

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

Femoral arteriell och venös Kateterisering för Blodprovstagning, Drug Administration och medvetna Blodtryck och hjärta Mått Rate

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

Kvantifiering av aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation använda [18-F] fluordeoxiglukos Positron Emission Tomography / datortomografi (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 för Långtidskurser Whole Body hypertermi hos möss

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 och 3-dimensionell kvantifiering av arteriell Skador i möss med användning av optisk Projection Tomography

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

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

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

Icke-invasiv avbildning och analys av cerebral ischemi i Living Råttor Använda positronemissionstomografi med<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

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

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

Human brun fettvävnad Depåer Segmenterad Automatiskt genom positronemissionstomografi / datortomografi och Registrerade 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

Nervsparande Mid-uretral obstruktion (NEMO) hos kvinnliga smågnagare

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

Repetitiv blodprovtagning från den subklaviska venen hos medveten råtta

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 ...