Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Cerenkov luminescentiebeeldvorming van interscapular Brown VetWeefsel

Published: October 7, 2014 doi: 10.3791/51790
Automatic Translation
1,2, 3, 1, 1
1Molecular Imaging Laboratory, MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School, 2Center for Drug Discovery, School of Pharmacy, China Pharmaceutical University, 3Perkin Elmer

Introduction

Bruin vetweefsel (BAT) is een speciaal weefsel voor thermogenese bij zoogdieren, en een van de belangrijkste functies is om de energiebalans van het hele lichaam te handhaven door absorberen grote hoeveelheden chemisch / voedselenergie als warmte 1. Meest unieke kenmerken BAT omvatten overvloedig ontkoppelingseiwit-1 (UCP-1) expressie, overvloedige kleine oliedruppeltjes, een groot aantal mitochondria in een enkele cel, en significante vascularisatie in het weefsel 2-5. Deze unieke eigenschappen sterk associëren met het weefsel van de belangrijke rol in de stofwisseling en het energieverbruik. BAT werd eerder beschouwd als niet meer aanwezig en bezitten geen significante fysiologische functies bij volwassen mensen 1 te zijn, hebben echter de afgelopen PET / CT-imaging onderzoek duidelijk aangetoond dat BAT presenteert nog steeds in de menselijke volwassenen 2,3,6-9. Een omgekeerde correlatie tussen BAT massa en body mass index (BMI) is opgericht uit verschillende studies, en recent studies gaven aan dat fysieke oefeningen de massa van de BBT zou kunnen verhogen. Deze resultaten suggereren sterk dat de disfunctie van BBT strak geassocieerd met de pathologie van obesitas en diabetes 2,6,10,11. Daarnaast is steeds meer bewijs geeft aan dat de functie van BAT sterk gerelateerd is aan diverse andere pathologieën, zoals neurodegeneratieve ziekten en kanker 3,7,12,13.

BAT activering, een proces om de thermogenese te verhogen, kan worden bereikt onder verschillende omstandigheden, zoals blootstelling aan kou, lichaamsbeweging en medicatie en genetische manipulatie 1,14,15. Blootstelling aan kou en noradrenaline behandeling zijn de meest gebruikte methoden om de BBT te activeren. Koud, die door verschillende mechanismen worden waargenomen zoals thermoreceptors in de huid stimuleert sympathische zenuwen en leidt tot de afgifte van norepinefrine (NE) BAT. Het model NE triggers UCP-1 thermogenese initialiseren de normale lichaamstemperatuur. Onder deze conditiop, de opname van glucose verhoogt ook om meer koolstof bronnen voor de verhoogde stofwisseling te bieden in BBT 1,16,17. PET-beeldvorming met 18F-FDG heeft bevestigd dat de opname van gelabelde glucose verhoogd onder koude omstandigheden in menselijke studies 6.

In termen van optische beeldvorming, BAT is een ideaal doelwit. De interscapular BAT heeft een unieke ligging in muizen, ver weg van de grotere organen zoals de lever, het hart en de maag. Daarom signaalinterferentie met deze grote organen significant (figuur 1a). Intussen is de ondiepe ligging van interscapular BAT maakt het mogelijk meer signalen worden opgevangen door de detectie camera. Bovendien BAT is een geconcentreerde massa orgel, die het lichtsignaal in bepaalde gebieden beperkt. Daarnaast is de unieke driehoekige conditie van BAT maakt het gemakkelijk te onderscheiden van andere weefsels (Figuur 1a).

Cerenkov luminescentie imaging (CLI), een nieuw opgedoken molecular imaging technologie 18-26, maakt gebruik van de luminescentie gegenereerd op basis van de + en - verval van radionucliden zoals 18 F en 131 I in het medium. De geladen deeltjes (zoals + en -) polariseert moleculen, terwijl het reizen op de middellange 18-20, en luminescentie / licht is te horen als de gepolariseerde moleculen ontspannen terug naar evenwicht. De geëmitteerde luminescentie wordt Cerenkov Luminescentie (CL). De unieke spectrale eigenschappen van CL omvatten het brede spectrum gehele ultraviolet (UV) en zichtbare spectrum 18-20, en de inverse correlatie tussen de intensiteit en het kwadraat van de golflengte (λ 2). Zowel UV en zichtbare bereik van het uitgestraalde licht kan worden gebruikt voor verschillende toepassingen. De UV-gedeelte van Cerenkov luminescentie is toegepast voor in vivo fotoactivatie van gekooide luciferin 21, terwijl het uitgestraalde licht in de langere golflengte kan wordengebruikt voor in vivo optische beeldvorming 18,27-31.

Voor kleine dierstudies CLI beeldvorming met een optisch afbeeldingssysteem is sneller en kosteneffectiever dan PET. Bovendien kan CLI worden toegepast in het screenen van een beeldvormingssysteem met een hoge doorvoercapaciteit. De voor-en nadelen van deze technologie zijn in verschillende reviews 25,32,33 besproken. 3D tomografie van CLI is intensief bestudeerd in verschillende groepen 28,34-37, en de toepassingen van CLI voor endoscopische imaging en intra-operatieve beeldvorming werden met succes aangetoond bij muizen en 30,38. Bovendien Spinelli en Thorek et al. Hebben aangetoond dat CLI beeldvorming kunnen worden toegepast op menselijke proefpersonen, waardoor de technologie ook mogelijkheden voor klinische toepassingen 39, 40.

In de loop van de herontdekking van de BBT bij de mens, PET-beelden duidelijk aangegeven dat eenaanzienlijk bedrag van 18 F-FDG opgehoopt in BBT onder bepaalde voorwaarden 2,3,6. Daarnaast PET beeldvorming met muizen ook ongetwijfeld toonde aan dat BAT kunnen worden gemarkeerd met 18 F-FDG 41 42. In dit verslag tonen we hoe Cerenkov fluorescentie geëmitteerd door 18F-FDG kan worden gebruikt voor beeldvorming BAT in kleine dieren met behulp van een optisch afbeeldingssysteem. Onze aanpak zorgt voor een snelle, goedkope en gemakkelijke manier van BBT beeldvorming voor kleine dieren. Deze techniek kan worden gebruikt als een alternatieve methode voor PET beeldvorming met 18F-FDG, speciaal laboratorium zonder PET faciliteiten.

Protocol

Opmerking: Alle dierproeven moeten op grond van goedgekeurde institutionele protocollen en verzorging van dieren richtlijnen worden uitgevoerd.

1 In Vivo CLI beeldvorming BAT met 18 F-FDG

1.1 Achtergrond Imaging:

  1. Voor 18 F-FDG-injectie, plaatst vier naakt muizen in een inductie kamer die is verbonden met isofluraan in balans met zuurstof voor 5 min naar anesthesie. Plaats dan de vier verdoofde muizen in de beeldvormende apparatuur.
  2. Het verwerven van de achtergrond afbeelding met de volgende parameters: Open filter, f = 1, bin = 8, FOV = D, en de belichtingstijd = 120 sec, podium temperatuur = 37 ° C.

1.2 BAT Imaging met 18 F-FGD:

  1. Injecteer de verdoofde muizen met 280 uCi 18F-FDG in PBS intraveneus in de staartader. Na de injectie terug de muizen een kooi met voedsel en water.
    Opmerking: Het is noodzakelijk om intraveneus 18 F-FDG om een fatsoenlijk contrast rond BAT gebied te realiseren. Slechts een zeer zwak contrast kan worden gezien met dezelfde hoeveelheid 18F-FDG als een intraperitoneale injectie wordt gebruikt.
  2. Acquire CLI afbeeldingen 30, 60 en 120 min na 18F-FDG injectie met dezelfde parameters als achtergrond imaging (stap 1.1.2). Voor elke opnamesessie, laat 5 minuten voor de verdoving Herstart.
  3. Om de signaal-ruisverhouding (S / N) te kwantificeren, gebruik dan de imaging software interface om twee even grote ellips ROI over de interscapular BAT en een gebied dat grenst aan de BBT (referentiegebied) trekken (figuur 1b).

1.3 Validatie van het CLI Bron:

  1. Verdoven vier muizen en injecteer de muizen met 280 uCi van 18 F-FDG intraveneus.
  2. Offer de muizen 60 minuten na de injectie van 18F-FDG door injectie van natrium pentobarbital (200 mg / kg, IP). Verwijder voorzichtig de skin van de interscapular gebied. Beeld alle muizen met dezelfde parameters als hierboven (1.1.2), tegelijkertijd (figuur 2a).
  3. Verwijder de interscapular wit vetweefsel (WAT) en BAT, en dan beeld ontleed muizen met dezelfde parameters (Figuur 2b) voorzichtig.
  4. Vanuit de CLI afbeeldingen berekenen bijdrage uit BAT door twee ROI met de volgende vergelijking: R (BAT) = (CLI a -CLI b) (BAT) / (CLI a -CLI b) (BBT verwijderd), waarbij ROI een is voor het interscapular gebied en ROI b is voor het referentiegebied (Figuur 2b).

2 BAT Imaging Application

2.1 Monitoring Activering met NE

  1. Verdeel naakt muizen in twee groepen (n = 4 stuks).
  2. Injecteren een groep met norepinefrine (NE) (50 pl, 10 mM) intraperitoneaal. Met de tweede groep als niet-geactiveerde control. Na 30 min, verdoven beide groepen met isofluraan voor 5 min, en vervolgens intraveneus elke muis met 18 F-FDG (220 uCi).
    Opmerking: De intraperitoneale injectie van NE moet 30 minuten duren voor 18 F-FDG-injectie te voorkomen drastisch schudden van de muizen.
  3. Beeld de muizen 60 min na 18F-FDG injectie met dezelfde parameters als de bovenstaande protocollen.

2.2 Monitoring Activering Under Cold Exposure

  1. Meet de lichaamstemperatuur van de muizen in de koude kamer met een rectale thermometer. Temperaturen moet ongeveer 30 graden.
  2. Beeld de muizen 60 min na 18F-FDG injectie met dezelfde beeldvormende parameters zoals de bovenstaande protocollen. Gebruik muizen die worden bewaard bij kamertemperatuur (25 ° C) als de controles en beeld ze met dezelfde.
  3. Voor een koude blootstelling studie, plaatst de muizen in een koude ruimte (4 ° C) gedurende 4 uur voor 18 F-FDG-injectie en de terugkeer van de mijs op de koude kamer na elke opnamesessie en na het herstellen van de anesthesie.
  4. parameters zoals hierboven.

2.3 Monitoring deactiveren BAT Onder Long Anesthesie

  1. Voor lange anesthesie (60 - 70 min), muizen intraperitoneaal geïnjecteerd met ketamine / xylazine en houd ze onder anesthesie voor 60 - 70 minuten bij kamertemperatuur geroerd.
  2. Nadat de muizen verdoofd, injecteren 18F-FDG (220 pCi) intraveneus via de staartader.
  3. Beeld de muizen 60 min na 18F-FDG injectie met dezelfde parameters als de bovenstaande protocollen.

3 spectrale componenten voor elke pixel en Multispectral Cerenkov Luminescentie Tomography Studies

  1. Verdoven een muis voor 5 min, en vervolgens te injecteren 300 uCi 18 F-FDG intraveneus. Acquire multispectrale beelden 60 min na 18F-FDG injectie van dorsale zijde van het dier met de volgende parameters: f = 1, bin = 16, verwervingtijd = 300 sec per filter, emissie-filters = 580, 600, 620, 640, 660 en 680 nm.
  2. Gedrag spectrale ontmenging met Living Imaging 4.3.1-software en selecteer twee componenten (BBT en niet-specifieke signalen) en automatische unmixing (figuur 4).
  3. Het gedrag van de 3D-reconstructie op basis van de methode gerapporteerd door Kuo ea. 28,43. Verwerk de Cerenkov emissiespectrum in het diffuse licht propagatiemodel, Tikhonov regularisatie toepassing op NNLS (niet-negatieve kleinste kwadraten) optimalisering van de residuen en genereert het oppervlak tomografie (die wordt gebruikt voor 3D beeld coregistration) van de structuur licht imaging (Figuur 5 ).
    Opmerking: Voor multispectrale CLI spectrale ontmenging en tomografie, worden minstens 5 beelden met verschillende filters nodig.

Representative Results

In figuur 1, interscapular BAT (figuur 1a) werd belicht op alle tijdstippen (30, 60, 120 min), en het contrast tussen BAT en het referentiegebied kan gemakkelijk worden waargenomen (Figuur 1b). Name, de contour van het beeld de BAT nauw weerspiegelt haar fysieke verschijning, die een driehoekige contour heeft. Het signaal verhoudingen tussen BAT en het referentiegebied waren 2,37, 2,49 en 2,53 voudig bij 30, 60 en 120 minuten na injectie (Figuur 1a).

Uit de stapsgewijze dissectie experiment, door 85% van het signaal op de interscapular plaats was afkomstig van de BAT (figuur 2). Er was echter nog een residusignaal gelegen nabij de bovenrand van de BAT, die waarschijnlijk afkomstig van de BAT resterende weefsel en andere aangrenzende weefsels die bloedvaten en spieren omvatten.

Er is beschreven dat BAT activatie kan worden bereikt doorNorepinefrine (NE) behandeling en blootstelling aan kou 3,6. Eerst zagen we BAT activering met NO in dezelfde groep muizen met en zonder NO behandeling onder de korte (5 min) isofluraananesthesie. De gegevens toonden significant hogere CLI signaal onder de NO-behandelde conditie (1,23 maal) dan zonder NE behandeling (figuur 3a).

In humane studies, PET-imaging toonde aan dat proefpersonen onder blootstelling aan kou had veel hoger 18 F-FDG-opname in de BBT zijn dan die bij kamertemperatuur 6. In deze muizen studie, werd een toename van 39% 18 F-FDG opname waargenomen in de BAT van de dieren behandeld met koude blootstelling (Figuur 3b).

Bij muizen, kunnen de BBT-activiteit worden beïnvloed door verschillende anesthesie regimes 3,41. Bijvoorbeeld, kunnen 18 F-FDG-opname in de BBT aanzienlijk worden verlaagd na een uur van de anesthesie met ketamine 41. Het vergelijken van de 18 F-FDG uptake in dezelfde groep muizen basis van een korte (5 min met isofluraan) en lange anesthesie (70 min met ketamine / xylazine) regimes, een daling met 54% in 18 F-FDG BAT opname werd waargenomen in de groep verdoofd met ketamine / xylazine ( Figuur 3c).

Het is bekend dat heem-bevattende proteïnen (zoals hemoglobine in bloed en cytochroom c in mitochondria) kan aanzienlijke lichtabsorptie, en verwacht wordt dat de overvloedige bloedvaten in BAT 1, het spectrum van de CLI en de spectrale verandert vorm van het BBT-gebied anders dan andere gebieden zal zijn. Denkbaar, spectrale unmixing technieken stellen ons in staat om de twee CLI spectra te scheiden. Uit figuur 4a, is geen bijzondere stippellijn kijker van het ongemengde beeld van component # 1 (scheiden, # 1) en de bijbehorende spectrum (blauwe lijn in figuur 4d) erg lijkt het emissiespectrum van 18 F in pure media, waarbij de CLI intensiveringty is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de golflengte 18,20. Deze gegevens suggereren dat scheiden, nr.1 weergegeven een aspecifieke CLI signaal dat is waarschijnlijk van zeer geringe dieptes, zoals 18F-FDG accumulatie in de huid. De piek van de ongemengde nr.2 spectrum (rode lijn) was ongeveer 640 nm, suggereert het signaal van de BAT. Interessant tegenstelling tot de aanzienlijke vermindering van de intensiteit van CLI korter dan 640 nm, geen dramatische daling van de intensiteit waargenomen zodra bereikte een piek (rode lijn in figuur 4), wat aangeeft betere penetratie van het uitgestraalde licht bij langere golflengten.

Multispectral Cerenkov luminescentie tomografie (msCLT) werd gebruikt voor de 3D-reconstructie. msCLT is eerder beschreven door Kuo et al. 28,43, en is geconstrueerd van een reeks 2D planaire beelden die met een aantal smalle bandfilters (> 5 filters). De gereconstrueerde 3D-beelden zijn coregistEred met oppervlak tomografie die wordt gegenereerd uit de structuur licht en de beelden blijkt dat een aanzienlijk deel van de CLI signaal afkomstig van interscapular BAT (Figuur 5). Opmerkelijk is dat de coronale afbeelding (figuur 5a) schetst duidelijk de twee lobben van de BBT, die sterk lijken op de driehoek contour van de figuur 5e BAT.

Figuur 1
Figuur 1: (a) driehoekige contour van interscapular BAT (blauwe pijl) in een muis; (Links) BBT is bedekt met wit vetweefsel, en (rechts) BBT is blootgesteld. (B) CLI beelden van een muis na 30 en 60 minuten na 18 F-FDG (280 uCi) intraveneuze injectie. De beelden duidelijk de contouren van de BBT. (C) Kwantitatieve analyse van CLI signaal van interscapular BBT en een referentiegebied. Herdruk uit referentie 42. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2: (a) Vertegenwoordiger beelden van muizen voor (links) en na (rechts) BAT verwijderen. (B) kwantificering geeft aan dat> 85% CLI afkomstig van BBT. Herdruk uit referentie 42. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3
Figuur 3:(A) Representatieve CLI afbeeldingen BAT van muizen met (links) en zonder (rechts) NE stimulatie onder korte isofluraan anesthesie. (B) Kwantitatieve analyse van de CLI-signalen van de twee groepen in (a) (n = 4 voor elke groep). (C) Representatieve CLI afbeeldingen BAT van muizen met (links) en zonder (rechts) koud stimulatie onder korte isofluraan anesthesie. (D) Kwantitatieve analyse van de CLI-signalen van de twee groepen die in (e) (n = 3-4 voor elke groep). (E) Vertegenwoordiger CLI beelden van BBT bij 60 min na 18 F-FDG injectie onder korte isofluraananesthesie (5 min) (links) en ketamine / xylazine anesthesie (70 min) (rechts). (F) Kwantitatieve analyse van de CLI-signalen van de twee groepen die in (g) (n = 4 voor elke groep). Herdruk uit referentie 42. Pleidooise klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 4
Figuur 4:. Spectrale unmixing voor aspecifieke CLI en BAT CLI (a) scheiden, # 1 blijkt dat niet-specifieke CLI signaal van 18F-FDG wordt verdeeld over het hele lichaam (de ongemengde spectrum voor dit weergegeven in (d) (blauwe lijn )). (B) scheiden, # 2 aan dat de meeste CLI op interscapular site van BBT (de ongemengde spectrum wordt weergegeven in (d) (rode lijn)). De CLI piek ligt rond de 640 nm. (C) Samengevoegd beeld van scheiden, # 1 en # 2. (D) De CLI spectra van scheiden, # 1 en # 2. Herdruk uit referentie 42. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. </ P>

Figuur 5
Figuur 5: Multispectraal Cerenkov luminescentie tomografie (a - d) 3D-reconstructie van de beelden.. Interscapular BAT blijkt in coronale (a), sagittale (b) en transversale (c) bezoeken, en in het 3D beeld (d); (E) Fysische BAT vorm wordt getoond (blauwe pijl), die correleert met gereconstrueerde beelden. Herdruk en passen uit referentie 42. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Discussion

Onderzoek in verband met BBT is uitgevoerd gedurende meerdere decennia. Voordien was het geweest als er geen significante fysiologische relevantie tijdens de menselijke volwassenheid 1 hebben. Echter, de recente grootschalige klinische PET-beeldvorming met 18 F-FDG en andere onderzoeken hebben bevestigd BAT is nog steeds aanwezig in de bovenste borst, nek en andere locaties bij volwassenen 2,3. Recente studies hebben sterk gesuggereerd dat BAT speelt een belangrijke rol in obesitas en diabetes 2,6. Ander onderzoek geeft ook aan dat BAT speelt een belangrijke rol bij het ​​verouderingsproces 12 en dat zijn activiteit kan worden verbeterd door oefening 10,44.

Zowel in klinische studies bij de mens en preklinische onderzoek, PET-beeldvorming met 18 F-FDG is de meest gebruikte methode om de BBT-studie. Voor preklinische dierproeven, PET het algemeen veel duurder dan optische beeldvorming. In dit protocol, dat tonen we CLIk met 18 F-FDG kan worden toegepast voor het optisch beeldvormende technieken in kleine dieren. Net als andere optische beeldvormende technieken, weefsel doordringende beperking en een lage gevoeligheid voor diepe doelen zijn de intrinsieke beperkingen van CLI 25,32. Toch kort Spinelli et al. Aangetoond dat waardig CLI signaal kon worden waargenomen bij 10 mm weefsel diepte 32 P 28,43 en Thorek e.a.. bleek dat 16 mm penetratie in lymfeknopen van patiënten kan worden bereikt na 18F-FDG injectie 39, 40. Vergeleken met PET imaging, CLI kan worden uitgevoerd met een relatief goedkope beeldvormingssysteem. Recent Thorek e.a.. Aangetoond dat aanzienlijk hoge gevoeligheid kan worden bereikt met CLI zo laag hoeveelheden 18F-FDG gekregen (ongeveer 2CI) in de schakelelementen van patiënten 39, 40. In vitro testen gaven aan dat CLI signaal van 0,01 Ci 90Y was detecteerbaar in oplossing 25,32,33

Tijdens experimenten vonden we dat CLI contrast van BAT met 18F-FDG is sterk gerelateerd aan de injectiemethoden. Intraveneuze injectie van 18 F-FDG kan uitstekend contrast voor interscapular BAT bieden, terwijl intraperitoneale injectie met dezelfde hoeveelheid van 18 F-FDG toonde slechts een zwak contrast in de BBT-gebied.

Spectral ontmenging, een praktische techniek om twee gescheiden signalen, is op grote schaal gebruikt in fluorescentie beeldvorming. Het is bekend dat de opname van 18F-FDG wordt niet sterk doelwitspecifieke en verschillende doelen / weefsels verschillende lichtvermindering eigenschappen. We vonden het hoogtepunt van de CLI spectrum van BBT is ongeveer 640 nm, en deze gegevens terug te vinden de feitelijke context van de BBT. De 3D-reconstructie van dit protocol is zeer bruikbaar, omdat het kan worden uitgevoerd met een in de handel verkrijgbare optische beeldvorming op basis van de lichtverstrooiende eigenschappen van verschillende golflengten. Met deze aanpak kunnen we het gebruik van een gespecialiseerde imaging systeem dat meerdere kijkhoek beelden voor 3D-reconstructie vereist vermijden.

Voor zowel spectrale ontmenging en 3D reconstructie wordt een grotere minimum van 600 foton tellingen van elk beeld in BBT vereist. Hiertoe grote binning (bin = 16), kleine f einde (f = 1) en een lange acquisitietijd (5 min) nodig voor elk beeld.

Samengevat, het benutten van de unieke ligging en de vorm van de BBT en de aanzienlijk hoge opname van 18 F-FDG in BAT, we laten zien hoe de BBT in kleine dieren optisch kan worden afgebeeld met 18 F-FDG via de CLI-techniek. Deze methode betrouwbaar kan worden gebruikt voor beeldvorming BAT en voor het toezicht op BAT activering. Daarnaast hebben we ook laten zien dat de spectrale ontmenging en 3D reconstruction zijn haalbaar en 3D volume kwantificering is mogelijk voor toekomstige studies.

Disclosures

Publicatie van deze video-artikel wordt ondersteund door Perkin Elmer Company.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optical Imaging system Perkin Elmer IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated
CCD Size: 2.7 cm x 2.7 cm
Pixels: 2048 x 2048
Quantum Efficiency: 85%
Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm 2
Dark Current: <100 electrons/s/cm 2
Lens: f 0.95 50 mm
CCD Cooling: Cooled to 90 degree. 
18F-FDG IBA Molecular
norepinephrine Sigma N5785-250MG
Ketamine/Xylazine Sigma K113-10ML

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
  2. Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New Eng. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
  3. Nedergaard, J., Bengtsson, T., Cannon, B. Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. Amer. J. Physiol. Endocrinol. Metabolism. 293, 444-452 (2007).
  4. Tseng, Y. H., et al. New role of bone morphogenetic protein 7 in brown adipogenesis and energy expenditure. Nature. 454, 1000-1004 (2008).
  5. Zhang, H., et al. Cross talk between insulin and bone morphogenetic protein signaling systems in brown adipogenesis. Mol. Cell. Biol. 30, 4224-4233 (2010).
  6. van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. New Eng. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
  7. Zingaretti, M. C., et al. The presence of UCP1 demonstrates that metabolically active adipose tissue in the neck of adult humans truly represents brown adipose tissue. FASEB J. 23, 3113-3120 (2009).
  8. Chen, Y. I., et al. Anatomical and Functional Assessment of Brown Adipose Tissue by Magnetic Resonance Imaging. Obesity. 20, 1519-1526 (2012).
  9. Chen, Y. C., et al. Measurement of human brown adipose tissue volume and activity using anatomic MR imaging and functional MR imaging. J. Nucl. Med. 54, 1584-1587 (2013).
  10. Bostrom, P., et al. A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature. 481, 463-468 (2012).
  11. Yoneshiro, T., et al. Age-related decrease in cold-activated brown adipose tissue and accumulation of body fat in healthy humans. Obesity. 19, 1755-1760 (2011).
  12. Mattson, M. P. Perspective: Does brown fat protect against diseases of aging. Ageing Res. Rev. 9, 69-76 (2010).
  13. Stephens, M., Ludgate, M., Rees, D. A. Brown fat and obesity: the next big thing. Clin. endocrinol. 74, 661-670 (2011).
  14. Harms, M., Seale, P. Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential. Nat. Med. 19, 1252-1263 (2013).
  15. Farmer, S. R. Obesity: Be cool, lose weight. Nature. 458, 839-840 (2009).
  16. Inokuma, K., et al. Uncoupling protein 1 is necessary for norepinephrine-induced glucose utilization in brown adipose tissue. Diabetes. 54, 1385-1391 (2005).
  17. Isler, D., Hill, H. P., Meier, M. K. Glucose metabolism in isolated brown adipocytes under beta-adrenergic stimulation. Quantitative contribution of glucose to total thermogenesis. Biochem. J. 245, 789-793 (1987).
  18. Robertson, R., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54, 355-365 (2009).
  19. Spinelli, A. E., et al. Cerenkov radiation allows in vivo optical imaging of positron emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 55, 483-495 (2010).
  20. Liu, H., et al. Molecular optical imaging with radioactive probes. PloS One. 5, e9470 (2010).
  21. Ran, C., Zhang, Z., Hooker, J., Moore, A. In vivo photoactivation without 'light': use of Cherenkov radiation to overcome the penetration limit of light. Mol. Imaging. Biol. 14, 156-162 (2012).
  22. Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., Harpstrite, S., Piwnica-Worms, D. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PloS One. 5, e13300 (2010).
  23. Ruggiero, A., Holland, J. P., Lewis, J. S., Grimm, J. Cerenkov luminescence imaging of medical isotopes. J. Nucl. Med. 51, 1123-1130 (2010).
  24. Lewis, M. A., Kodibagkar, V. D., Oz, O. K., Mason, R. P. On the potential for molecular imaging with Cerenkov luminescence. Optics Letters. 35, 3889-3891 (2010).
  25. Mitchell, G. S., Gill, R. K., Boucher, D. L., Li, C., Cherry, S. R. In vivo Cerenkov luminescence imaging: a new tool for molecular imaging. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. 369, 4605-4619 (2011).
  26. Thorek, D. L., Ogirala, A., Beattie, B. J., Grimm, J. Quantitative imaging of disease signatures through radioactive decay signal conversion. Nat. Med. 19, 1345-1350 (2013).
  27. Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., Lewis, J. S., Grimm, J. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 11, 1-10 (2012).
  28. Spinelli, A. E., et al. Multispectral Cerenkov luminescence tomography for small animal optical imaging. Optics Express. 19, 12605-12618 (2011).
  29. Xu, Y., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53, 312-317 (2012).
  30. Liu, H., et al. Intraoperative imaging of tumors using cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. 53, 1579-1584 (2012).
  31. Thorek, D. L., et al. Positron lymphography: multimodal, high-resolution, dynamic mapping and resection of lymph nodes after intradermal injection of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 53, 1438-1445 (2012).
  32. Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52, 2009-2018 (2011).
  33. Spinelli, A. E., Marengo, M., Calandrino, R., Sbarbati, A., Boschi, F. Optical imaging of radioisotopes: a novel multimodal approach to molecular imaging. Quart. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 56, 280-290 (2012).
  34. Hu, Z., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Optics Express. 18, 24441-24450 (2010).
  35. Hu, Z., et al. Cerenkov luminescence tomography of aminopeptidase N (APN/CD13) expression in mice bearing HT1080 tumors. Mol. Imag. 12, 173-181 (2013).
  36. Zhong, J., et al. Cerenkov luminescence tomography for in vivo radiopharmaceutical imaging. Internatl. J. Biomed. Imaging. 2011, 641618 (2011).
  37. Zhong, J., Qin, C., Yang, X., Chen, Z., Tian, J. Fast-specific tomography imaging via Cerenkov emission. Mol. Imaging. Biol. 14, 286-292 (2012).
  38. Kothapalli, S. R., Liu, H., Liao, J. C., Cheng, Z., Gambhir, S. S. Endoscopic imaging of Cerenkov luminescence. Biomed. Optics Express. 3, 1215-1225 (2012).
  39. Spinelli, A. E., et al. First human Cerenkography. J. Biomed. optics. 18, 20502 (2013).
  40. Thorek, D. L., Riedl, C., Grimm, J. Clinical Cerenkov Luminescence Imaging of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 55, 1345-1350 (2014).
  41. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. J. Nucl. Med. 47, 999-1006 (2006).
  42. Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. In vivo optical imaging of interscapular brown adipose tissue with (18)F-FDG via Cerenkov luminescence imaging. PloS One. 8, e62007 (2013).
  43. Kuo, C., Coquoz, O., Troy, T. L., Xu, H., Rice, B. W. Three-dimensional reconstruction of in vivo bioluminescent sources based on multispectral imaging. J. Biomed. Optics. 12, 024007 (2007).
  44. Xu, X., et al. Exercise ameliorates high-fat diet-induced metabolic and vascular dysfunction, and increases adipocyte progenitor cell population in brown adipose tissue. Amer. J. Physiol. Regulatory, integrative and comparative physiology. 300, 1115-1125 (2011).

Tags

Geneeskunde Cerenkov luminescentie beeldvorming bruin vetweefsel 18F-FDG optische beeldvorming, spectrale ontmenging
Cerenkov luminescentiebeeldvorming van interscapular Brown VetWeefsel
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran,… More

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue. J. Vis. Exp. (92), e51790, doi:10.3791/51790 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter